Астигматизм в фотографии: Фотографии, показывающие, как видят мир люди с обычным зрением и

Хроматическая аберрация и монохроматическая аберрация — это два основных типа аберрации.

Хроматические аберрации — это несовершенства того, как линза рассеивает различные цвета света, подобно тому, как призма разделяет свет на радугу. Монохроматические аберрации — это проблемы, связанные с тем, как объектив фокусирует свет одного цвета.

Почти все объективы, которые я когда-либо использовал, демонстрируют некоторую степень хроматической и монохроматической аберрации при использовании для астрофотографии, особенно когда объектив используется с широко открытой диафрагмой при самом низком значении диафрагменного числа. Как правило, аберрации более распространены на объективах с низкими диафрагменными числами. В большинстве случаев аберрацию можно уменьшить, увеличив диафрагменное число объектива. Это очень неудобно для астрофотографии, потому что более низкие числа f / более желательны для сбора большего количества света от слабых звезд. Выбор объектива или установка диафрагменного числа для астрофото часто – это баланс между сбором достаточного количества света для экспозиции с низким диафрагменным числом и уменьшением эффекта аберрации с более высоким диафрагменным числом.

В большинстве видов фотографии аберрации смягчают изображение, особенно в углах кадра. Самые резкие линзы, как правило, имеют низкий уровень аберраций. Производители объективов обычно идут на многое, чтобы спроектировать объектив с как можно меньшим количеством видимых аберраций, обычно за счет добавления в их конструкцию корректирующих элементов объектива.

Дизайнер объектива обычно добавляет элементы особой формы для устранения определенной аберрации. Иногда выполнение одной коррекции может привести к другой аберрации, поэтому конструкции объективов могут стать чрезвычайно сложными, когда дизайнеры продолжают добавлять корректирующие элементы, пытаясь сдержать наличие аберраций, вносимых другими.

Прекрасным примером объектива с хорошей коррекцией является чудовищный Zeiss Otus 55mm f/1.4 (Amazon/B&H). Возможно, это один из самых резких полнокадровых объективов из когда-либо созданных (dpreview.com), а благодаря сложной конструкции объектива он также является одним из самых больших стандартных объективов с фиксированным фокусным расстоянием, когда-либо созданных для полнокадровых зеркальных фотокамер. Итак, когда Zeiss хвастается наличием 12 элементов в 10 группах в 55-мм Otus, они говорят о том, сколько дополнительных корректирующих линз было добавлено для достижения улучшенных характеристик. Сравните это число с гораздо более дешевым объективом Canon 50mm f/1. 8 STM (Amazon / B&H), в котором всего 6 элементов в 5 группах, и мы увидим, что Zeiss потребовалось в два раза больше кусочков стекла, чтобы создать их лучший дизайн. Теперь большее количество элементов объектива не означает, что объектив будет лучше, но дает нам некоторое представление о том, насколько усердно разработчик объектива пытался обуздать аберрации.

Теперь давайте рассмотрим два основных типа аберраций, как некоторые из них выглядят для точечных источников света (таких как звезды), а также некоторые реальные примеры каждого из них.

Хроматическая аберрация — это проблема дисперсии, из-за которой белый свет расщепляется на соответствующие ему цвета радуги.

Большинство объективов достаточно хорошо исправлены для хроматической аберрации, но нередко, особенно с светосильными объективами, все еще видны небольшие признаки хроматической аберрации, особенно в углах изображения, особенно при фотографировании очень контрастных объектов, таких как ветки деревьев на фоне яркое белое небо.

В астрофотографии хроматическая аберрация часто проявляется в виде цветного края на одной стороне звезды. Производители объективов часто используют комбинацию линз различной формы с низкой и высокой дисперсией для коррекции хроматических аберраций. Тем не менее, многие современные объективы по-прежнему часто показывают фиолетовые или зеленые блики с бахромой в высококонтрастных областях изображения. На изображении выше из моего обзора Rokinon 12 мм f/2 вы можете увидеть очень четкие пурпурные края вокруг одной стороны всех переэкспонированных бликов и небольшое количество зеленого на противоположной стороне бликов — прекрасный пример боковой хроматической аберрации.

Лично я не трачу много времени на исправление хроматической аберрации при постобработке, поскольку обычно это не вредит фотографии в целом. В случаях, когда это отвлекает, Adobe Lightroom и Adobe Camera Raw имеют полезные и простые в использовании инструменты коррекции хроматических аберраций.

Все следующие типы аберраций являются формами монохроматической аберрации. Опять же, монохроматические аберрации — это проблемы, связанные с тем, как объектив фокусирует свет одного цвета.

Сферическая аберрация

Сферическая аберрация заставит точечные источники света показывать мягкие симметричные ореолы.

Это проблема, связанная с использованием линз сферической формы, которые имеют разное фокусное расстояние при разном диаметре апертуры. Лучи света, проходящие через край апертуры объектива, фокусируются на другом расстоянии, чем лучи света, проходящие через центр апертуры объектива. Несмотря на то, что линза по-прежнему позволяет создать четкую круглую точечную звезду, сферическая аберрация имеет тенденцию снижать общую контрастность изображения по всему кадру. В отличие от большинства других аберраций, наиболее заметных по краям изображения, сферическая аберрация все же будет заметна в центральной части изображения.

Большинство объективов достаточно хорошо исправлены для сферической аберрации, особенно из-за частого использования асферических линз. для коррекции сферической аберрации. Один случай, когда я столкнулся с небольшой сферической аберрацией, связан с моим любимым объективом для астрофотографии: Rokinon 24mm f/1.4 (полный обзор), несмотря на использование в нем асферических элементов. На широко открытой диафрагме f/1.4 объектив показывает отчетливые ореолы вокруг ярких звезд в центре изображения. Ореолы исчезают при диафрагмировании до значений от f/1,7 до f/2,0. В целом, небольшое количество сферической аберрации не так вредно для визуального восприятия астрофотографии, как некоторые другие аберрации, потому что звезды, как правило, по-прежнему кажутся круглыми, а дополнительный «туманный» вид на самом деле подчеркивает цвета звезд, подобно тому, как вы получить, если вы использовали противотуманный фильтр.

Коматическая аберрация

Коматическая аберрация или просто «Кома» названа в честь кометоподобной формы точечных источников света.

Кома возникает, когда свет от одного источника, попадающий на край линзы, не проецируется с тем же размером, что и свет, попадающий в центр линзы. По этой причине это становится более заметным при точечных источниках света на краю кадра и при низких диафрагменных числах. Кома характерна для светосильных объективов (с большой диафрагмой или низким диафрагменным числом), но ее также можно уменьшить, остановив объектив до более высокого диафрагменного числа. Многие аберрации объектива, которые искажают форму источников света, таких как звезды, часто считаются комой, но иногда объяснение более сложное. Самый простой способ распознать чистую кому — это ее кометоподобная форма.

Кома может возникать в любом из двух направлений. Когда хвосты направлены в сторону от центра изображения, это называется «внешняя кома», а наоборот — «внутренняя кома». Voigtländer 50mm f/1.1 Nokton (Amazon / B&H) – пример того, как производитель объективов решил, что скорость важнее исправления аберраций. На изображении видна тяжелая внутренняя кома в середине поля кадра. Он переходит в сочетание внутренней комы и сагиттального астигматизма у края кадра. Большинство серьезных аберраций объектива Nokton 50mm f/1.1 уменьшаются после остановки как минимум до f/2.8.

Тангенциальный и сагиттальный астигматизм

Из-за астигматизма точечные источники света на краю кадра выглядят вытянутыми в линию.

Астигматизм может проявляться в двух направлениях в зависимости от направления распространения света относительно оптической оси, проходящей по центру линзы. На приведенном выше рисунке белый треугольник в нижней части каждого кадра указывает направление к центру изображения. При тангенциальном астигматизме точечные источники света распределяются по линиям, которые, кажется, исходят из центра изображения, в то время как при сагиттальном астигматизме точечные источники света распределяются так, как если бы они вращались вокруг центра изображения. Астигматизм, по-видимому, является одной из самых сложных аберраций для дизайнеров объективов, которую нужно полностью исправить.

По моему опыту, астигматизм, безусловно, является одной из самых распространенных аберраций, которые я вижу. , даже в дорогих объективах. Fujifilm 23mm f/1.4R (Amazon / B&H), несмотря на то, что в остальном это очень хороший объектив, демонстрирует заметный сагиттальный астигматизм в крайних углах при f/1,4. Астигматизм исчезает при остановке до f/2,0.

Искажение

Искажение возникает, когда объектив проецирует изображения разного размера в разных точках кадра.

Это может произойти в любом направлении, когда изображение на краю кадра кажется меньше изображения в центре (негатив или бочкообразная дисторсия) или когда изображение на краю кадра кажется больше, чем изображение в центре (положительное, прямолинейное или подушкообразное искажение). Объектив «рыбий глаз» — прекрасный пример объектива с экстремальными уровнями отрицательного искажения.

Искажение может быть особенно заметным при фотографировании объектов, которые должны быть прямыми. Ярким примером этого является фотография выше, сделанная с помощью объектива «рыбий глаз» Rokinon 8mm f/2.8 II (Amazon / B&H). Направляя камеру вверх, объектив сильно искажал горизонт и дорогу, на которой я стоял.

Некоторые объективы могут демонстрировать комбинацию как положительного, так и отрицательного искажения, называемого искажением усов, из-за волнообразного характера искажения прямых линий. Rokinon 14mm f/2. 8 (полный обзор) – это объектив с ярко выраженной дисторсией в виде усов.

С точки зрения практического воздействия на астрофотографии искажение, как правило, не представляет большой проблемы, но в случае таких объективов, как Rokinon 14mm f/2.8, которые имеют отвлекающее искажение, эффект обычно можно исправить при постобработке в Adobe. Lightroom или Adobe Camera Raw с профилем объектива (Adobe Lens Profile Downloader). Для объективов типа «рыбий глаз» мне нравится «неискажать» их с помощью метода «устранения рыбной ловли».

Кривизна поля

Кривизна поля — это когда линза фокусирует свет не на идеально плоской плоскости, а вместо этого фокусируется на воображаемой изогнутой поверхности.

Поскольку матрица большинства камер плоская, это приведет к изменению фокуса изображения. Кривизна поля обычно выглядит так, как будто края кадра не в фокусе, а центр в фокусе, и наоборот. Кривизна поля на самом деле является чертой, которая использовалась для создания художественного эффекта в новых объективах, таких как Lomography Petzval Lens (B&H), которая, как известно, создает «вихревое боке» из-за сочетания ярко выраженного виньетирования и кривизны поля. Я обнаружил, что кривизна поля наиболее распространена в старых конструкциях объективов. Обычно это не происходит на более современных объективах.

Я лично не использовал современный объектив Petzval, но у моего 40mm Voigtländer (Amazon / B&H) есть небольшая кривизна поля зрения, которую можно увидеть на портрете Дианы выше. Фоновые огни в центре изображения более не в фокусе, чем огни по краям изображения, что является хорошим индикатором кривизны поля.

Виньетирование

Виньетирование делает края кадра темнее, чем центр изображения. Это особенно часто встречается на светосильных (с низким f/числом) объективах. Лично мне нравится немного виньетирования для художественного эффекта, но это означает, что объектив собирает меньше света, чем это технически предполагается.

Поскольку виньетирование изменяет внешний вид общей яркости изображения, оно особенно вредно для видеопроизводства, где яркость одного снимка должна совпадать с другим снимком, и по этой причине кинообъективы часто классифицируют свои объективы с T-ступенями вместо F. -стопы, которые учитывают «Пропускание» объектива. Объективы, установленные на равные T-ступени, должны создавать изображения с одинаковой яркостью. Виньетирование наиболее распространено при низких диафрагменных числах и широкоугольных объективах. Если вы хотите устранить виньетирование, останов объектива до более высокого числа f/(меньшей диафрагмы) обычно уменьшает эффект.

Блики

Блики возникают в результате отражений внутри объектива.

Невозможно полностью устранить отражения от полированных стеклянных поверхностей, поэтому, когда яркий свет попадает на объектив, он может отражаться и создавать блики на изображении. В астрофотографии блики редко бывают проблемой, поскольку на астрофотографиях редко можно увидеть чрезвычайно яркие источники света. Единственный случай, когда на астрофотографии может возникнуть засветка, — это съемка с луной в кадре.

Производители линз обычно наносят на поверхность линз несколько очень тонких слоев фторида магния или других специальных материалов. Каждый слой фторида магния помогает устранить отражения определенной длины волны или цвета света. Большинство современных объективов имеют эти элементы с многослойным просветлением, чтобы попытаться уменьшить возникновение бликов, но все же можно найти линзы без элементов с многослойным просветлением.

Объектив Voigtländer 40mm f/1.4 Nokton S.C. (Amazon / B&H) — это объектив с однослойным просветлением, специально разработанный для получения большего количества бликов, чем его аналог с многослойным просветлением (Amazon/B&H). Объектив популярен для использования в фотографии, где фотограф хочет получить менее контрастные изображения. Этот объектив особенно ценится в сообществе черно-белых фотографов из-за того, как он воспроизводит низкоконтрастные детали в тенях, особенно в условиях яркого контрового света. У меня был Voigtländer 40mm Nokton S.C., и я нашел его характерный блик довольно эстетичным, особенно для портретов.

Большинство аберраций преобладают при низких диафрагменных числах (широкая диафрагма). Таким образом, самый простой способ для фотографа попытаться свести к минимуму наличие аберраций — это установить объектив на более высокое число f/.

В соответствии с моими примерами до сих пор, большинство объективов, у которых есть проблемы с аберрациями, как правило, демонстрируют значительные улучшения, когда диафрагма объектива закрыта на одну или две ступени от полностью открытой. Например, если ваш объектив показывает сильную аберрацию при f/1,4, попробуйте уменьшить до f/2,0 или f/2,8, чтобы уменьшить эффект. Остановка объектива до более высокого диафрагменного числа уменьшит общее количество света, собираемого камерой, но также улучшит резкость и скроет аберрации.

Для астрофотографии аберрации могут быть отвлекающим элементом фотографии. Я обычно оцениваю качество объектива для использования в астрофотографии по его характеристикам аберрации при низких диафрагменных числах.

Я работал над простым методом проверки всех моих будущих объективов на предмет аберраций. Я хотел сделать тест достаточно простым для понимания и обеспечить хорошее визуальное представление и критерии успеха для оценки характеристик аберрации объектива. Цель теста — позволить фотографам понять, как работает один объектив по сравнению с другим, и помочь определить пороговое значение диафрагмы (f/число), за пределами которого объектив ведет себя приемлемо.

Теперь мне нравится тестировать свои объективы, используя их для фотосъемки в реальном мире, поэтому изначально я думал, что могу просто провести тесты, снимая звезды каждым объективом, а затем показав результаты. Но это представляет собой большую изменчивость, связанную со световым загрязнением, лунным циклом и изменениями ночного неба в течение календарного года. Вместо этого для моего теста на аберрацию я решил сделать простую тестовую таблицу для экрана моего компьютера (.zip). Это просто черное изображение с квадратной сеткой из 360 белых точек. Его можно использовать на ЖК-экранах с разрешением не менее 1440 пикселей на 9. 00px или выше.

Сфотографировав это изображение на экране моего компьютера с помощью объектива с различными значениями диафрагмы, можно увидеть и измерить характеристики аберрации объектива при этих значениях диафрагмы. Каждый объектив тестируется путем создания фотографии, перпендикулярной экрану, так что экран занимает правый верхний квадрант изображения. Пока мы разумно согласовываем кадрирование, размер точек изображения должен быть примерно одинаковым по отношению к размеру сенсора, независимо от используемого объектива или системы камеры, что дает нам хороший способ сравнить формы аберраций одного объектива к другому и через несколько систем. Например, у меня есть образцы, сделанные с объективом Canon EF 50mm f/1.8 STM, который можно использовать как с полнокадровой камерой, так и с камерой APS-C. Собираются два набора данных: по одному для каждой диафрагмы с полнокадровой матрицей и другой набор с матрицей APS-C (или в режиме кадрирования APS-C). При тестировании сенсоров другого размера, например, сенсоров Micro 4/3″ или 1″, тест будет выполняться идентично.

Тест на аберрацию Lonely Speck

Мне нужен был способ количественного сравнения характеристик объектива, поэтому я подумал о создании простой шкалы для измерения аберрации: самую длинную точку (в пикселях) и сравнение этого размера в процентах от высоты изображения (4000 пикселей в случае Sony a7II).

Так, например, если аберрация измеряется шириной 62 пикселя, результирующий уровень аберрации будет следующим: (62/4000)*100%, что приблизительно равно 1,5%.

Просто из моего тестирования того, как мне нравится использовать мои объективы, уровень аберрации 0,4 % или меньше считается «отличным», менее 1 % – «приемлемым», а уровень аберрации 1 % или выше считается «плохим». » производительность. Это своего рода грубая и произвольная шкала, но она дает нам возможность сравнивать объективы практически на любой системе камер. Углы APS-C, которые в любом случае имеют более низкий уровень аберрации, всегда измеряются относительно высоты кадра APS-C. Если бы тест проводился на системах камер еще меньшего размера, таких как Micro 4/3 или 1″, они были бы измерены относительно высоты соответствующих изображений. Для визуальной справки размеры каждой квадратной рамки в приведенном ниже тесте составляют ровно 2 мм на 2 мм при измерении на датчике полнокадровой камеры и 1,33 мм при измерении на датчике APS-C.

В этом примере с объективом Canon EF 50mm f/1.8 STM (Amazon / B&H) объектив показывает очень плохую производительность при f/1. 8 в углу полнокадрового изображения с уровнем аберрации 1,5%, но достигает очень хороший уровень 0,5 % при f/2,8, что согласуется с тем, как я обычно использую объектив для астрофотографии. Мы также можем видеть по форме аберрации, что объектив имеет сложную смесь комы на краю APS-C, которая переходит в отчетливый сагиттальный астигматизм на краю полного кадра.

Обычно такие результаты хорошо соответствуют резкости объектива. В случае с 50mm f/1.8 STM, он имеет тенденцию создавать изображения с более низкой резкостью при f/1.8 и становится намного резче при f/2.8 — в соответствии с нашим тестом.

Теперь некоторые технические примечания: этот тест не является идеальный.

Некоторые объективы, особенно с плавающими элементами (обычно зум-объективы и объективы с внутренними механизмами фокусировки), не всегда будут точно отображать аберрации при разных положениях фокуса. Поскольку мы фотографируем экран компьютера близко к камере, а не звезды в бесконечности, вполне возможно, что некоторые объективы могут показать другую производительность в реальных условиях при непосредственном сравнении с моим тестом. Тем не менее, по моему опыту, формы аберраций, как правило, остаются достаточно репрезентативными для того, что вы должны ожидать от объектива, даже в моих тестах с объективами, в которых используются плавающие линзы. Я возьму на заметку всегда сравнивать результаты тестов с реальными результатами, чтобы убедиться, что нет явных различий.

Вот как выглядят кадры с объектива Canon EF 50mm f/1.8 STM при съемке настоящих звезд на полном кадре. Формы аберраций очень похожи на то, что показал тест выше.

Наличие аберраций может особенно отвлекать при астрофотографии. Мой тест представляет собой простой стандартный способ сравнения характеристик аберрации объективов, надеюсь, не слишком технический. Я думаю, что это хороший стандартный тест, который должен оказаться полезным для поиска объективов с особенно хорошими характеристиками для астрофотографии.

Теперь этот метод тестирования является лишь одним из показателей качества объектива (есть и другие вещи, такие как фактические измерения резкости, качество сборки и т. д.). Хотя я считаю, что это отличный тест для оценки характеристик объектива для использования в астрофотографии, обязательно имейте в виду, что даже объективы, которые «не проходят» тест на аберрацию при определенных значениях диафрагмы, в остальном могут быть отличными. Хотя я бы не стал использовать Canon 50mm f/1.8 STM при f/1.8 для астрофотографии, он отлично подходит для других задач, таких как портреты, с такими настройками. Тест дал мне понять, что если я хочу добиться наилучшего компромисса между светосилой и показателями аберрации для астрофотографии, я должен закрыть объектив как минимум до f/2,8. Для получения дополнительной информации о том, как я выбираю объективы для астрофотографии, ознакомьтесь с моей статьей о том, как выбрать объектив для съемки Млечного Пути.

Я планирую провести во всех моих будущих обзорах объективов тест на аберрацию Lonely Speck , чтобы, надеюсь, получить отличный способ сравнить выбранные объективы для использования в астрофотографии. Если у вас есть объектив, который вы хотели бы протестировать с помощью этого метода, чтобы сравнить с моими результатами, загрузите тестовую таблицу (.zip) и попробуйте тот же тест на своем оборудовании. Если хотите, сообщите мне свои результаты, и я добавлю их в текущую таблицу тестов линз.

Я надеюсь, что эта статья дала вам практичный и, надеюсь, не слишком технический набор знаний об аберрациях объектива, о том, как они влияют на ваши фотографии, и о простом способе проверить производительность вашего объектива. Об оптике можно узнать гораздо больше. Чтобы получить дополнительную информацию о конструкции линз и аберрациях, ознакомьтесь с некоторыми из моих ресурсов: Википедия: оптическая аберрация, статья Роджера Чикалы «Семь смертельных аберраций» о LensRentals и, наконец, Астрономические файлы для обсерватории Блэк-Оук. Этот пост был бы невозможен, если бы они не поделились знаниями об оптических аберрациях.

Надеюсь, вам понравилась эта статья. Если вы хотите узнать больше о фотографировании Млечного Пути, ознакомьтесь с остальными уроками по астрофотографии 101 или сразу переходите к статье «Как фотографировать Млечный Путь».

Мы являемся участником партнерской программы Amazon Services LLC, партнерской рекламной программы, предназначенной для предоставления нам средств для получения вознаграждения за размещение ссылок на Amazon.com и аффилированные сайты. Мы также являемся участником партнерской программы B&H, которая также позволяет нам получать комиссионные, размещая ссылки на bhphotovideo.com.

Изучение астрофотографии

Астрофотография 101 абсолютно бесплатно для всех. Все уроки доступны на странице Lonely Speck Astrophotography 101, к которой вы можете получить доступ в любое время. Введите свой адрес электронной почты, и всякий раз, когда мы публикуем новый урок, вы будете получать его в свой почтовый ящик. Мы не будем спамить вас, и ваша электронная почта останется в безопасности. Кроме того, обновления будут рассылаться только периодически, обычно реже одного раза в неделю.

Помогите нам помочь вам!

Хотите верьте, хотите нет, но Lonely Speck — моя постоянная работа. Для нас было удивительным опытом наблюдать, как сообщество развивается вокруг изучения астрофотографии, и мы очень рады быть небольшой частью этого. Я узнал, что удивительные вещи случаются, когда вы просите о помощи, поэтому помните, что мы всегда здесь для вас. Если у вас есть вопросы о фотографии или вы просто хотите поделиться историей, свяжитесь с нами! Если вы найдете статьи здесь полезными, рассмотрите возможность помочь нам с пожертвованием.

[кнопка font_size=”16″ color=”#136e9f” text_color=”#ffffff” url=”https://www.paypal.com/cgi-bin/webscr?cmd=_donations&business=lonelyspeckblog%40gmail.com&item_name= Эти+советы+помощь+keep+lonelyspeck.com+running.&currency_code=USD&source=url” target=”_blank”]Пожертвовать[/button]

Большое спасибо за участие в нашем астрофотографическом приключении.