Аберрации

Любой современный объектив представляет собой сложную оптическую систему из множества линз, объединенных в группы. Несмотря на прецизионную точность изготовления и сложные расчеты инженеров, полностью избавиться от физических законов преломления света невозможно. В результате световые лучи, проходя через стекло, не собираются в идеальную точку, что приводит к появлению оптических погрешностей.

Суть и принцип возникновения

В идеальной оптической модели лучи, исходящие из одной точки объекта, должны сходиться строго в одной точке плоскости изображения. На практике из-за волновой природы света, дисперсии и сферической формы поверхностей линз этого не происходит. Разные лучи преломляются под разным углами в зависимости от длины волны (цвета) и удаленности от оптической оси. Это приводит к размытию, потере контраста и искажениям.

Разновидности аберраций

Оптические погрешности делятся на две основные группы: монохроматические (проявляются для света любой длины волны) и хроматические (связанные с разложением света в спектр).

Монохроматические аберрации

• Сферическая аберрация — лучи, проходящие через периферийные участки линзы, преломляются сильнее и фокусируются ближе к объективу, чем лучи, проходящие через центр. Это снижает общую резкость и придает изображению «мягкий», вуалирующий эффект.
• Кома — асимметричное искажение, при котором внеосевые пучки света формируют на снимке пятна, напоминающие по форме кометы с хвостами, направленными от центра или к центру кадра.
• Астигматизм — дефект, при котором вертикальные и горизонтальные линии фокусируются в разных плоскостях. В результате объект не может быть резким по всей площади одновременно.
• Кривизна поля изображения — особенность, при которой фокальная поверхность представляет собой не плоский сенсор, а сферу. Из-за этого при резком центре края кадра неизбежно оказываются размытыми.
• Дисторсия — геометрическое искажение, при котором нарушается пропорциональность масштаба: прямые линии у края кадра искривляются наружу (бочкообразная) или внутрь (подушкообразная).

Хроматические аберрации

Хроматические аберрации возникают из-за того, что показатель преломления стекла зависит от длины волны света. Синяя часть спектра преломляется сильнее красной.

• Продольная хроматическая аберрация — лучи разных цветов фокусируются на разном расстоянии от объектива вдоль оптической оси. Это приводит к появлению цветных контуров (зеленых или пурпурных) вокруг объектов как в зоне резкости, так и в зоне нерезкости.
• Поперечная хроматическая аберрация (хроматизм увеличения) — лучи разного цвета имеют разный масштаб изображения на матрице. Проявляется преимущественно на периферии кадра в виде контрастных цветных каемок (красно-синих или зелено-фиолетовых) вдоль вертикальных контуров.

Влияние параметров и методы борьбы

Проявление аберраций во многом зависит от условий съемки и выбранных параметров экспозиции:

• Значение диафрагмы: Закрытие диафрагмы отсекает наиболее периферийные лучи, проходящие через края линз. Это эффективно подавляет сферическую аберрацию, кому и повышает общую резкость. Однако при сильном закрытии (сильном уменьшении относительного отверстия) начинает сказываться дифракция.
• Конструкция объектива: Производители борются с аберрациями с помощью сложных оптических схем, включающих асферические элементы, линзы из низкодисперсного стекла (ED, Apochromat) и специальные покрытия.
• Цифровая коррекция: Современные камеры и программы для обработки изображений (например, при проявке RAW) автоматически распознают профиль объектива и корректируют поперечные хроматические аберрации и дисторсию программным путем.