Оптические аберрации (искажения) зрительной системы человека. Что такое дисторсия объектива и как её убрать

Восстановление постоянной составляющей.

Полутоновые (градационные) искажения.

Качество ТВ изображения. Для полностью тождественной передачи изображения окружающего нас мира необходима стереоцветная система с очень высокими качественными параметрами. Пока подобную систему реализовать не представляется возможным, и поэтому к качественным параметры ТВ изображения относятся: число строк, число кадров, число мельканий в одну с, число полутонов и их распределение в динамическом диапазоне изменения яркости, цветовой охват и др, которые определяют номинальное качество ТВ изображения , воспроизводимого данной системой. Кроме этих ограничений соответствие изображения оригиналу уменьшается из-за искажений, возникающих практически во всех элементах ТВ системы. Объективная и субъективная оценки параметров и искажений ТВ системы, условия наблюдения и обработка результатов также регламентированы.

Рассмотрим основные виды искажений и методы их оценки.

9.1. Геометрические (координатные) искажения.

Геометрические искажения возникают из-за изменения координат передаваемых элементов, проявляются в виде нарушения геометрического подобия ТВ изображения оригиналу. Геометрическое подобие нарушается в основном из-за не идентичности формы растра и относительных скоростей строчной и кадровой разверток при анализе и синтезе изображения.

Различают линейные и нелинейные растровые искажения.

На рис.9.1 представлены основные типы линейных растровых искажений, к которымотносятся: подушкообразные, бочкообразные, трапецеидальные.

Оценка производится по специальным квадратным или прямоугольным элементам, входящим в состав специализированных или универсальных испытательных таблиц с помощью коэффициентов геометрических искажений, визуально ее легче производить по испытательным элементам в форме окружностей и по всему полю изображения.

Рис.9.1. Геометрические искажения изображения “шахмотного поля”, возникающие из-за искажений формы растра

Подушкообразные искажения растра возникают из-за несоответствия линейной скорости развертывающего луча в центральной и периферийной части экрана за счет проекции на плоский экран электронных лучей отклоняемых по радиусу. При постоянной угловой скорости движения луча по мере удаления от центра экрана увеличивается длина луча, что приводит к возрастанию его линейной скорости, а следовательно к растягиванию изображения в по краям экрана (рис. 9.1а ). Для борьбы с подушкообразными искажениями применяют специальные методы коррекции формы отклоняющего тока, замедляющие скорость перемещения луча периферийной части экрана или изменяя размеры срок, увеличивая центральные и сжимая по краям.

Бочкообразные искажения возникают в результатеперекоррекции подушкообразных (рис 9.1.б ).

Подушкообразные и бочкообразные искажения оцениваются коэффициентом геометрических искажений по следующим формулам:

или

Трапециидальные искажения возникают из-за нарушения оптической и электрической оси к плоскости изображения (рис. 9.1.в ).

Искажения формата кадра могут возникать из-за нарушения соотношения величин отклоняющих токов строчной и кадровой разверток (рис.9.1.г, д.). Оценка величин данного типа искажений нецелесообразна, так как они легко корректируются органами регулировок размеров изображения по горизонтали и вертикали.

Нелинейные геометрические искажения (рис.9.2) возникают из-за непостоянства скоростей движения лучей по вертикали или горизонтали, то есть из-за нелинейности токов кадровой (рис.9.2.а) или строчной развертки (рис.9.2.б).

Рис.9.2. Геометрические искажения изображения, возникающие из-за нелинейности строчной и кадровой разверток

Коэффициенты геометрических искажений в вертикальном и горизонтальном направлении оцениваются следующим образом:

Человеческий глаз слабо замечает нелинейные искажения. Так нелинейность развертки до 5% в любом направлении практически незаметны, а при 8…12% изображение воспринимается как хорошее.

Я обожаю фотографировать на широкий угол. Если бы мне кто-то сказал выбрать один объектив, который я могу взять с собой в путешествие – это несомненно был бы широкоугольник! Как результат – у меня очень много фоток сделанных широким углом.

Основная проблема всех широкоугольников – это оптическое искривление, которое называется дисторсия (от distorsio лат. – искривление).

Если вы посмотрите на фотографию выше, то заметите что все линии не ровные, это яркий пример оптической дисторсии . Теперь наведите на фотографию мышкой и увидите, как должно быть. Итак, дисторсия это оптическое искажение, которое характерно для вашего объектива.

Дисторсия бывает двух видов – бочкообразная (выпуклая дисторсия) и подушкообразная (вогнутая дисторсия):

Дисторсия характерна для широкого угла. Вы не заметите дисторсию на телевиках или на портретниках. Поэтому чаще всего дисторсию приходится корректировать когда вы фотографируете на широкоугольную линзу. Особенно дисторсия ощутима если на фотографии много прямых линий через весь кадр, например, когда вы фотографируете архитектуру какой-нибудь сверхширокоугольной линзой (к примеру ) вам обязательно придется исправлять дисторсию.

И все-таки дисторсия это не всегда плохо. Если вы когда-либо фотографировали на фишай (рыбий глаз) то вы видели ярко выраженный пример оптической дисторсии, только на рыбьем глазе дисторсия это фишка, которая всем нравится. Выглядит это примерно так ():

Наведите на последний кадр и вы увидите фотографию на которой скорректирована дисторсия.

Как убрать дисторсию.

Если у вас есть фотошоп, убрать дисторсию проще простого. Вам нужно зайти в меню Filter, перейти на вкладку Distort и выбрать подменю Lens Correction. Теперь, передвигайте ползунок влево или вправо, до необходимого результата:

Естественно на коррекцию дисторсию у вас уйдет немало времени, поэтому не каждый захочет её корректировать. И в этом случае есть панацея. Называется она DXO Optic Pro . С помощью этой мудрённой программы вы можете корректировать дисторсию (и не только) автоматически. Все что вам нужно, это установить программу и загрузить плагин для вашей камеры и объектива, всё остальное программа сделает автоматически. Последнюю фотографию снятую фишаем я корректировал именно в ней.

Основы фотографии. Оптические искажения объектов.

Я думаю, многие читатели не раз замечали, что изображение на фотографии отличается от того, что мы видим своими глазами. Отчасти это связано с особенностями передачи перспективы при разном фокусном расстоянии. Об этом подробнее можно почитать в статье про . Помимо этого, на изображении могут появляться дефекты в виде цветовых ореолов на контрастных участках, затемнения кадра по краям и изменения геометрии объектов. Эти недостатки можно смело отнести к оптическим искажениям объективов, вот о них и поговорим в сегодняшней статье.

Дисторсия

Дисторсия - это геометрическое искажение прямых линий, когда они выглядят искривленными. Не стоит путать дисторсию и искажение перспективы, в последнем случае прямые параллельные линии становятся сходящимися, но не искривляются. Существует два типа дисторсии по виду воздействия на картинку: подушкообразная - когда линии вогнутые и бочкообразная - когда они выпуклые.

Подушкообразная дисторсия, нормальное изображение и бочкообразная дисторсия

Конечно на практике изображение редко принимает такие уродливые формы, как на схеме. Более реальным примером эффекта может служить фотография в начале статьи с небольшой бочкообразной дисторсией.

В первую очередь дисторсия видна на зум-объективах, причем чем больше кратность зума, тем сильнее она заметна. Обычно в широкоугольном положении можно наблюдать “бочку”, а в теле - “подушку”. Между крайними положениями объектива недостатки оптики становятся не такими заметными. Кроме этого уровень искажений может изменятся и от дистанции до объекта, в некоторых случаях близкий объект может быть им подвержен, а отдаленный получится на фотографии нормально.

Хроматически аберрации

Второй вид оптических искажений, которые мы рассмотрим - это хроматические аберрации, довольно часто можно встретить сокращенное “ХА”. Хроматические аберрации вызваны разложением белого света на цветовые составляющие, из-за чего объект на снимке имеет немного разные размеры в разных цветах и как следствие по его краю появляются цветные контуры. Часто невидимые в центре кадра, они становятся заметны у объектов расположенных ближе к краям изображения. ХА не зависят ни от значения фокусного расстояния, ни от диафрагмы, но чаще и сильнее проявляются опять же в зум-объективах. Это обусловлено необходимостью внесения в оптическую схему дополнительных элементов для устранения эффекта, что для объективов с переменным фокусным расстоянием заметно сложнее, чем для фиксов.

На снимке слева ХА особенно заметны на волосах (фиолетовый контур) и на решетке окон (бирюзовый).

Нельзя сказать, что хроматические аберрации сильно портят снимок, но на конрастных объектах, особенно в контровой подсветке они становятся весьма заметны и довольно сильно бросаются в глаза.

Виньетирование

Последний пункт - виньетирование, иными словами затемнение областей по краям кадра. Обычно его можно заметить на широкоугольных объективах при максимально открытой диафрагме. Этот эффект встречается довольно редко.

Не стоит путать виньетирование вызванное недостатками оптики и появившееся из-за дополнительных аксессуаров. На картинке выше края получились черными из-за нескольких достаточно толстых светофильтров накрученных на объектив. Аналогичный эффект может получится и при навинчивании длинной бленды.

Изначально все оптические искажения напрямую зависят от класса и типа оптики, которую вы используете. Дорогие серии объективов имеют сложные схемы расположения линз и множество дополнительных элементов, что сводит к минимуму подобные нежелательные эффекты. Более дешевые объективы, особенно зумы, вследствие упрощения конструкции, намного сильнее подвержены подобным проблемам.

Спешу разочаровать читателей, объективов полностью лишенных вышеперечисленных проблем просто нет. В той или иной степени даже дорогие модели оптики с постоянным фокусным расстоянием все равно искажают картинку, правда заметно это в основном по краям кадра. Хорошая новость в том, что в большинстве своем эти эффекты не очень сильно портят картинку и довольно легко могут быть устранены программно (об этом поговорим в следующей статье). Кроме этого на камерах с неполноформатной матрицей, а это все любительские зеркалки, края изображения в любом случае обрезаются и при использовании хорошей оптики видимые искажении минимальны.

Материал взят на сайте .

Дисторсия (от distorsio лат. - искривление) - это оптическое искажение пространства. Наиболее характерно дисторсия проявляется при использовании широкоугольных объективов. Бывает дисторсия трех видов: бочкообразная (выпуклая), подушкообразная (вогнутая) и перспективная .

Подушкообразная дисторсия характерна для широкого угла. На телеобъективах она отсутствует, но зато может проявляться подушкообразная дисторсия (обычно от фокусного расстояния 200 мм и выше). Портретные и штатные объективы (например, 85 мм и 50 мм) наименее подвержены эффекту дисторсии, там она практически не заметна. Так что корректировать дисторсию чаще всего надо при съемке на широкоугольные объективы.

Когда дисторсия наиболее заметна?

Когда в кадре присутствуют прямые линии по всей его площади. К примеру, при съемке архитектуры широкоугольным или сверх-широкоугольным объективом вам непременно нужно будет заняться коррекцией дисторсии подушкообразной. А если точка съемки была низкой - то привет, дисторсия перспективная!*

Однако, есть в этом и позитивные моменты. Как я уже говорил ранее, кадры, сделанные сверх-широкоугольными объективами (т.н. «рыбий глаз») имеют ярко выраженные оптические дисторсии. Но в данном случае это не минус, а плюс объектива, его сильная сторона и этим он так ценится в фото-сообществе. Уверяю вас, никакой штатник, портретник и тем более телевик не смогут дать такого яркого вау-эффекта, когда охватывается пространство на все 180 градусов! И это, кстати, еще не предел для фишая! Существуют экземпляры, позволяющие за одно срабатывание затвора сделать фото на 270 градусов! Хотя, конечно, у каждого объектива есть свое предназначение и свои сильные стороны, определенный шарм у фишаев все же имеется:)

Коррекция дисторсии

К счастью, в случае необходимости, каждое из перечисленных выше искажений можно исправить. В пейзажной фотографии, кстати, дисторсии менее заметны, чем, например, фото архитектуры, изобилующее вертикальными линиями.

В качестве примера берем фото с бочкообразной дисторсией, на котором есть оба вида линий (горизонтальные и вертикальные), это наилучшим образом продемонстрирует эффективность инструментария Lens Correction. Если вы прочитали профиль на иллюстрации справа, то уже знаете, что фотография снята «сладкой парочкой» - полнокадровым фотоаппаратом и фишай-объективом.

Для начала исправим дисторсию - применим профиль и более точно откорректируем результат слайдером. Как видите, мы помахали ручкой бочкообразной дисторсии. Осталось выровнять горизонтальные и вертикальные линии.

Также здесь можно исправлять перспективные искажения. Для этого воспользуемся слайдерами, отвечающими за соответствующую коррекцию. А выстроить правильную геометрию кадра поможет специальная сетка (появляется по нажатию клавиши V). На иллюстрации вы видите, что вертикальная дисторсия уже исправлена.

Итак, все линии выстроены практически идеально (на иллюстрации используемые слайдеры отмечены). Из-за того, что мы исправляли бочкообразную дисторсию, у нас в нижней части кадра по центру произошла незначительная потеря информации. Поэтому финальный штрих - кадрирование (шестой инструмент в верхнем левом углу иллюстрации). Чтобы автоматически скадрировать, оставив все полезное пространство и исключить «съеденное» - ставим галочку напртив функции Constrain to Image (см. иллюстрацию).

Недостатки коррекции дисторсии

В результате коррекции искажений может потребоваться обрезание (кадрирование) изогнутых краев исправленного кадра, это может повлиять на композицию. Коррекция также перераспределяет разрешение изображения: при подушкообразной дисторсии после коррекции может подняться резкость по краям кадра по отношению к центру. При исправлении бочкообразной дисторсии - наоборот, резкость по краям кадра может упасть.

*Перспективная дисторсия технически не является искажением, поскольку она - естественное проявление передачи объективом трехмерного пространства. Наш мозг в свою очередь «знает», как правильно выглядят объекты в реальности, и следовательно, воспринимает сходящиеся линии на фото (в тех случаях, когда они должны быть параллельны), как не соответствующие действительности. Для корректного отображения перспективы используются специальные tilt/shift объективы, в которых свойства наклона /сдвига линз позволяют исключить появление перспективной дисторсии.

Вот мы и рассмотрели основные недостатки фотографической оптики и научились, как избежать их появления. А также овладели методами их нейтрализации при появлении на снимках.

Надеюсь, теперь ваши фотографии станут еще лучше. По крайней мере, в техническом плане стать таковыми они просто обязаны!

Юрий Кривенко , специально для funPhoto.ua

Аберрациями в фотографии называют искажения снимков, сформированные системой оптики. В зависимости от природы происхождения аберрации бывают хроматическими и геометрическими. Причиной возникновения хроматических (то есть цветовых) аберраций является неидеальность оптики фотоаппаратов. Фактически этот вид искажения можно назвать свойством объектива, потому что в той или иной мере оно присуще любому из них. Чем ниже качество используемой оптики, тем больше цветовых искажений наблюдается на снимках. Часто на фотографиях, сделанных дешевыми «мыльницами», наблюдается яркая разноцветная кайма, обрамляющая контрастные объекты. Это и есть хроматическая аберрация.

Для минимизации этого вида искажений были созданы специальные ахроматические линзы , состоящие из двух различных сортов стекла. Один из них – крон , обладает низким коэффициентом преломления, второй – флинт , наоборот, высоким. Правильное сочетание этих двух материалов позволяет свести видимую хроматическую аберрацию практически к нулю. Само же оптическое явление, при котором лучи света с разными длинами волн преломляются под разными углами, называется дисперсией стекла .

Не меньшей головной болью начинающих фотографов, чем цветовые, являются аберрации геометрические.

Искажение, при котором точки объекта, расположенные за пределами оптической оси, на снимке отображаются в виде затемнений или линий, называется астигматизмом. Объекты на фотографии при астигматизме выглядят искривленными, изогнутыми и немного размытыми. Таким образом, астигматизм наряду с хроматическими аберрациями оказывает влияние на резкость изображения (пусть и в меньшей степени).

Если контуры объектов на фотографии имеют неестественно вогнутую или выпуклую форму, и это не является художественным замыслом, такой вид геометрической аберрации называется дисторсией . В первом случае (когда линии вогнуты внутрь) речь идет о бочкообразном искажении, во втором – о подушкообразном.

Дисторсии возникают в результате изменения линейного увеличения, обеспеченного оптикой, по полю изображения. Иными словами, световые лучи, проходя через центр линзы, сливаются в точке, расположенной дальше от линзы, чем лучи, которые проходят через ее края. Появлению бочкообразной дисторсии, как правило, способствует применение минимального значения зума, подушкообразной – соответственно, максимального. Наиболее явно искажение проявляется при использовании широкоугольных объективов.

Для снижения дисторсий применяется асферическая оптика. Благодаря включению в конструкцию объектива линзы с эллиптической или параболической поверхностью геометрическое подобие между объектом фотографии и его изображением восстанавливается. Разумеется, стоимость производства таких линз значительно превосходит цену изготовления сферической оптики.

Незначительные проявления дисторсии легко корректируются средствами графического редактора.

Вид геометрической аберрации, препятствующий формированию объективом плоского изображения, называется кривизной поля изображения . При таком искажении в фокусе может находиться или центр изображения, или его края.

Корректировка кривизны поля изображения осуществляется внесением изменений в сборку объектива. При этом обязательным условием является соблюдение правила Пецвала, определяющего качество элементов объектива. Если обратная величина произведения фокусного расстояния и показателя преломления одного элемента в сумме с общим числом элементов дает ноль, значит, этот элемент хорош. Результат этих расчетов именуется суммой Пецвала.

Интересно, что техникой исправления кривизны поля фотографы не владели вплоть до середины XIX века. Но это ничуть не мешало им заниматься художественным фото. Размытые углы и нечеткие края прикрывались замысловатыми виньетками, а портреты (с целью минимизации искажений) обрамлялись в овальные рамы.

Сложная аберрация, влияющая исключительно на световые лучи, проходящие через объектив под углом, называется коматической (или просто комой). На снимках кома проявляется в размытости отдельных точек изображения в форме кометы. «Хвост» кометы при этом может быть направлен к краю снимка (позитивная кома) или к его центру (негативная кома). Это искажение тем заметнее, чем ближе точка к краю снимка. Те же лучи света, которые проходят четко через центр объектива, коматической аберрации не подвержены.

Большинство геометрических аберраций можно снизить при помощи регулировки диафрагмы. Уменьшая ее диаметр, фотограф уменьшает одновременно и количество лучей, попадающих на края объектива. Но пользоваться этой возможностью нужно аккуратно. Потому что чрезмерное дифрагмирование приводит к росту величины дифракции.

– это оптический эффект, ограничивающий детальность снимка вне зависимости от установленного разрешения изображения. Причиной его возникновения является рассеивание светового потока при прохождении через диафрагму. Многие новички, стремясь увеличить глубину резкости, прикрывают диафрагменное отверстие до такой степени, что достигнутая резкость перекрывается сглаживающим действием дифракции. Этот эффект принято называть дифракционным пределом. Знание его величины позволяет избежать проблем с детализацией изображения. Для расчета дифракционного предела используется специальный калькулятор, доступный для бесплатного скачивания на большинстве специализированных сайтов.

При выборе фотоаппарата следует помнить, что объективов без аберраций не существует. Во всяком случае, пока. Даже самая дорогая оптика демонстрирует некоторые искажения изображений. Корректировка одного вида нарушений ведет к усилению другого – и этот процесс не имеет конца. Но для того, чтобы стать хорошим фотографом, совершенно необязательно дожидаться изобретение идеальной линзы. Достаточно изучить особенности конкретного объектива – и нивелировать его недостатки собственным мастерством.