در این مبحث خطاهای اپتيكی لنز بررسی می شود.
پراش ( تفرق ) Aperture diffraction
پديده تفريق نور حاصل از اعمال ديافراگمهاي بسته كه از وضوح تصوير مي كاهد.
پراش (Diffraction)، اثری اپتیکی است که صرف‌نظر از مقدار مگاپیکسل دوربین، می‌تواند رزلوشن کلی عکاسی شما را محدود کند. نور طبیعی در هوای یکنواخت، به صورت مستقیم حرکت می‌کند.
البته در صورتی که از حفرۀ کوچکی مانند دریچۀ دیافراگم لنز، عبور کند دچار انحراف یا پراش (انکسار) میشود. در حالت عادی از آنجایی که دیافراگم با کاهش خطاهای لنز، باعث افزایش وضوح میشود، این اثر قابل چشمپوشی است. البته برای دیافراگمهای بسیار کوچک، این تکنیک در جهت مخالف با وضوح عمل می‌کند، که گفته میشود در این نقطه دوربین توسط پراش محدود شده است (diffraction limited). آشنایی با این محدودیت می‌تواند باعث جلوگیری از سافت شدن عکس و استفاده از سرعت‌های طولانی شاتر و ISOهای بالای ناشی از دیافراگم بسیار بسته شود.
شعاع‌های موازی نور پس از عبور از دریچۀ باریک، واگرا شده و با یکدیگر تداخل می‌یابند. این اثر هرچه اندازۀ دیافراگم نسبت به طول موج نور عبوری کمتر شود، اهمیت بیشتری می‌یابد، اما تا حدودی برای تمام منابع نوری متمرکز و هر اندازۀ دیافراگمی رخ میدهد.
دیافراگم بسته 
دیافراگم باز
از آنجایی که حالا اشعه‌های واگرا شده فواصل متفاوتی را طی می‌کنند، بعضی نسبت به دیگری تفاوت فاز پیدا کرده و در صورت تداخل باهم می‌توانند به طور کامل یا جزئی، یکدیگر را حذف کنند. این تداخل، الگوی پراشی تولید می‌کند، به طوری که، در جاهایی که امواج نوری با هم جمع می‌شوند، دارای پیک نوری و در جاهایی که یکدیگر را حذف می‌کنند، دارای نور کمتری است. اگر میزان روشنایی نور در هر نقطه بر روی یک خط اندازه‌گیری شود، اطلاعات به صورت نوارهایی مانند شکل زیر آشکار می‌شوند.
برای دیافراگم دایره‌ای ایده‌آل، الگوی دوبعدی پراش، پس از آن که توسط جرج ایری (George Airy) شناخته شد، دیسک ایری (Airy disk) نامیده میشود. عرض دیسک ایری (قطر اولین دایرۀ تیره) برای تعرف حداکثر رزلوشن تئوریکال یک سیستم اپتیکی استفاده میشود.
نمای سه‌بعدی 
دیسک اری
زمانی که قطر پیک مرکزی دیسک ایری نسبت به اندازۀ پیکسل دوربین (یا حداکثر دایرۀ پراکندگی ـ Circle of confusion) بزرگ شود، شروع به گذاشتن اثر اپتیکی بر روی تصویر می‌کند. به نوع دیگر، اگر دو دیسک ایری بیش از عرض خود، به هم نزدیک شوند، دیگر قابل تفکیک نیستند (معیار ریلای ـ Rayleigh criterion).
غیرقابل تفکیک 
قابل تفکیک
بنابراین، تفرق، محدودیتی اساسی برای رزلوشن ایجاد می‌کند، که مستقل از تعداد مگاپیکسل یا اندازۀ فرمت فیلم است. این محدودیت، فقط به عدد دیافراگم (f-stop) لنز و طول موج نور بستگی دارد. میتوان آن را از نظر تئوری، به عنوان کوچک‌ترین پیکسل از جزئیات عکس، تصور کرد. حتی اگر دو پیک هنوز هم قابل تفکیک شدن باشند، دیافراگمهای کوچک، کنتراست مقیاس کوچک را به دلیل همپوشانی جزئی، حلقۀ ثانویه و دیگر ریپل‌های اطراف دیسک مرکزی، کاهش می‌دهند (شکل بالا).
Pinhole camera. If the pinhole is too small, light diffracts into the "shadow"
regions, blurring the picture. In the first picture, the pinhole was extremely
small. Not only was the resulting photograph fuzzy due to diffraction,
but the exposurte was very long (several hours) so that fugures in the
room appear ghostly.
|
Here the pinhole was a bit too large, so the picture is fuzzy. The exposure
time was quite short, just a second or so.
 |
The pinhole was just right for this photograph.
 |
|
COMA دنباله دار شدن Comatic Aberration
عبارتست از کشیده شدن یک چشمه نقطه ای نور روی فیلم یا سنسور، هنگامی که خارج از مرکز لنز وارد دوربین می شود. از آنجا که این پدیده شبیه ستاره دنباله دار (Comet) است، به این پدیده هم Coma گفته اند.
اعوجاج خمره‌ای (بشکه ای) Barrel distortion
یک نوع اعوجاج هندسی تصویر رایج در لنزها که باعث میشود تصویر به سمت مرکز جمع شده و لبه‌های تصویر دارای انحنا شوند.
این حالت از تاثیر لنز پدیدار میشود و تصاویر را به صورت كروی یا غیر مسطح در میآورد. (اعوجاج خمره‌ای) بیشتر با لنز‌هـای واید انگل (زاویه باز) نمود پیدا میكند و یا در هنگامی ظاهر میگردد كه با یك لنز زومـ تا انتهای صحنه را واید (باز) بگیرید.با استفاده ز مبدل‌هـا (Convertors) این اثز تقویت میگردد. نمود این عارضه بیشتر در تصاویری با خطوط مستقیمـ مشاهده میگردد.خصوصاً این خطوط به لبه‌هـای كادر تصویر نزدیك باشند. به اثر وارونه این حالت اعوجاج جاسوزنی ( Pincushion Distorition) می گویند.
این پدیده بیشتر در تصاویری که دارای خطوط کاملا مستقیم مخصوصا در لبه های کادر تصویر هستند قابل مشاهده می باشد.
هر شخصی که از موضوعاتی مانند ساختمان ها و آثار معماری عکس تهیه کرده باشد، به نوعی با مسائل مربوط به اعوجاج تصویر آشنایی دارد.
مشکل
استفاده از یک لنز با فاصله کانونی فوق العاده کوتاه، منجر به بوجود آمدن جلوه ” چشم ماهی” ( fish-eye) می شود که در بسیاری از موارد ناخواسته است. خطوط مستقیم موجود در هر موضوعی ( مانند خطوط ظاهری ساختمان ها، خط افق و دکوراسیون داخلی اتاق ها) کمانی شکل، و یا حداقل دارای انحنا به نظر می رسند. این تحریف خطوط که اصزلاحا “اعوجاج” نامیده می شود، در لنزهای زوم چشمگیرتر از لنزهای معمولی است.
تحلیل
اعوجاج، نتیجه تغییرات جزئی در بزرگ نمایی تصویر در کادر آن است. لنزهایی که از نظر ساختمانی قرینه نیستند، خصوصا مستعد این نوع تحریف تصویر هستند. بنابراین غیر قرینه بودن ساختار لنزهای زوم، به معنی افزایش امکان وقوع اعوجاج، در این نوع لنزهاست.
راه حل
اصلاح به وسیله نرم افزارهای ویرایش تصویر امکان پذیر است. با این وجود تبدیل خطوط دارای انحنا به خطوط صاف، دشوارتز از اصلاح خطوط کج خواهد بود. فیلتر Spherize می تواند انتخاب مناسبی برای تصحیح این اعوجاج باشد.
راه اجتناب از مشکل
* از قرار دادن خطوط صاف مثل خط افق و یا تقاطع دو دیوار، در نزدیکی لبه کادر خودداری کنید.
* از به کار بردن فواصل کانونی فوق العاده( چه کوتاه و چه بلند) هنگام عکاسی با لنزهای زوم اجتناب کنید.
* در موقع استفاده از لنزهای زوم، از فاصله کانونی استفاده کنید که دارای حداقل اعوجاج است( معمولا این فاصله در میانه دامنه دو فاصله کانونی لنز قرار دارد).
* خطوط مستقیم مهم را در میانه تصویر کادربندی کنید. یعنی جایی که اعوجاج به حداقل می رسد
عمده ی نرم افزارهای ویرایش عکس، قابلیت از بین بردن این اثر ناخواسته را دارند
Chromatic aberration
Chromatic aberration که به اختصار CA می گویند که با نام های achromatism و chromatic distortion نیز شناخته می شود به معنی اعوجاج رنگی است.
تصویر بالا با یک لنز با کیفیت عکس گرفته شده است و تصویر پایین با لنزی با کیفیت پایین تر که اعوجاج رنگی به وجود آورده است
هنگامی كه نور سفید از منشور عبور میكند به رنگهای هفتگانه شكسته میشود.علت این امر تفاوت ضریب شكست برای طول موجهای مختلف نور است. ضریب شكست شیشه لنز نیز برای رنگهای مختلف با طول موج های مختلف ، متفاوت است. این مسئله در كناره های تصویر نسبت به مركز آن شدید تر است. (یعنی مشكل در كناره های لنز نسبت به مركز بیشتر است).
هنگامی كه نور سفید از منشور عبور میكند به رنگهای هفتگانه شكسته میشود.علت این امر تفاوت ضریب شكست برای طول موجهای مختلف نور است. ضریب شكست شیشه لنز نیز برای رنگهای مختلف با طول موج های مختلف ، متفاوت است. این مسئله در كناره های تصویر نسبت به مركز آن شدید تر است. (یعنی مشكل در كناره های لنز نسبت به مركز بیشتر است).
دو نوع اعوجاج رنگی در لنز وجود دارد:
Axial Chormatic Aberration - یا اعوجاج رنگی محوری كه در آن فاصله كانونی رنگهای مختلف در محور اپتیكال متفاوت است.
- chromatic difference of magnification یا اختلاف بزرگنمایی رنگی كه در آن بزرگنمایی تصویر در مناطق محیطی تصویر، بسته به طول موج رنگ، فرق میكند.
در شكل زیر، دو نوع اعوجاج رنگی نشان داده شده است:
در عمل، اعوجاج محوری رنگ، خود را به صورت محو شدن رنگها نشان میدهد.اما اختلاف بزرگنمایی رنگی (chromatic difference of magnification یا Lateral Chromatic Magnification ) خود رابه صورت Color Fringing نشان میدهد كه در این حالت هاله ای از رنگ در اطراف لبه های اجسام موجود در تصویر ( كه طبیعتا باعث كاهش شارپ بودن تصویر میگردد) دیده میشود.این حالت بیشتر در لنزهای سوپر تله (بیش از 200 میلیمتر در فرمت 35 میلیمتری ) و یا واید (كمتر از 20 میلیمتر در فرمت 35 میلیمتری) وجود دارد. همچنین در لبه های اجسامی كه با اطراف از لحاظ رنگ وروشنایی دارای كنتراست بالایی هستند ،بیشتر به چشم میخورد.هاله های رنگی ایجاد شده بیشتر فیروزه ای(Cyan ) وبنفش (Magneta) هستند. اما رنگهای قرمز ،آبی و زرد نیز دیده می شوند. در حقیقت می توان گفت كه برخی رنگها در تصویر نهایی در فوكوس كامل نیستند.
نكته دیگر آنكه، این مشكل بیشتر با دیافراگم باز لنز دیده میشود چرا كه در اینحالت از كناره های لنز نور بیشتری عبور میكند.
نكته :
ممكن است در هنگام اسكن نمودن تصاویر نیز اشكال مشابهی در تصاویر دیده شود كه فرق آن با اعوجاج رنگی را می توان متوجه شد:در اعوجاج رنگی ناشی از لنز ،بیشترین مشكل در كناره های تصویر است اما در مورد اسكنر تغیییرات رنگها در تمام تصویر به صورت یكنواخت پراكنده است.
راه حل:
مشكل اعوجاج رنگی (بخصوص در لنزهای تلسكوپ كه فاصله كانونی زیاد دارند )تا سالها یكی از عیوب عمده لنزها بود.نیوتون برای حل این مشكل یك لنز خاص برای تلسكوپ ساخت بنام لنز نیوتونی معروف شد در این سیستم برای تجمع نور ازآینه استفاده می شد.John Dolland در سال 1758 با تركیب دو لنز توانست به یك لنز دو تكه ای( Doublet) دست یابد كه میزان اعوجاج رنگی آن خیلی كم بود.در این گونه لنزها كه به آنها Achromat گفته می شود، با تركیب دو لنز از جنسهای مختلف ، تفاوت فاصله كانونی برای دو رنگ آبی و قرمز به حدود 0.05 فاصله كانونی لنز می رسد.با تركیب تعداد بیشتر از لنزها به میتوان به حالتی رسید كه هر 3 رنگ اصلی دارای فاصله كانونی یكسان باشند.امروزه در این دسته لنزها ( APO = Apochromat ) باتركیب چندین لنز و نیز با استفاده از لنزهای دست ساز از جنس شیشه fluorite یا سایر مواد با ضریب تفرق كم ، تقریبا مشكل اعوجاج رنگی حل شده است.
موارد زیر نمونه هایی از این گونه لنزها هستند:
APO 300mm f2.8 EX HSM Sigma
Minolta 300mm f/4 APO G AF
Contax Zeiss Apo-Makro-Planar T* 120mm f/4.0 Macro Auto Focus
Leica 280mm f/4 APO-TELYT-R Telephoto Manual Focus
Nikon Nikkor 210mm f/5.6 AM (APO Macro) ED
Canon EF 300mm f/2.8L IS USM
اما...
اما قیمت این لنزها بسیار گران است .
اعوجاج رنگی مشكلی نیست كه به طور روزمره با آن درگیر باشید :
• این حالت فقط در فاصله كانونی های زیاد یا خیلی كم رخ میدهد.
• در مورد برخی تصاویر كه دارای اجسامی با رنگهای روشن و با كنتراست بالا با اطراف، هستند رخ میدهد.
• بیشتر در دیافراگمهای باز دیده می شود.
• و از همه مهمتر اینكه در چاپهای بسیار بزرگ جلب توجه میكند.
اما به هر حال ممكن است با این مشكل روبرو شوید ...
راه حل دیگر:
در این نوشتار ما 3 روش عمده نرم افزاری را برای حل مشكل اعوجاج رنگی ارائه می كنیم. روش اول با استفاده از فتوشاپ انجام می شود.روش دوم با استفاده از نرم افزاری بنام Picture Window 3.1 و در نهایت روش سوم با استفاده از یك پلاگین كوچك بنام Panorama Tool قابل انجام است.
چون در منابع مختلف و معتبر، هر كدام برای این اصلاح. روش خاصی را پیشنهاد كرده اند ،برای مقایسه بهتر یك تصویر را انتخاب كرده و مشكل اعوجاج رنگی آنرا با هر سه روش اصلاح می كنیم و در ضمن كار به مزایا و معایب هر روش نیز خواهیم پرداخت.
روش اول :
در فتو شاپ با روشهای گوناگونی میتوان به اصلاح اعوجاج رنگی پرداخت كه به نظر من روش زیر دقیقترین و آسانترین روش میباشد.
LENS FLARE
شماتیک لنز فلر
يك پديده ناشي از تفريق نور است که از يك منبع نوري در خارج از زاويه ديد لنز نشات می گیرد.
زمانی فلر اتفاق ميافتد كه نوری به اشكال غير از تصوير ( non-image forming light ) نظیر بازتاب داخلی و پراکندگی از ناهمگونی مواد به کار رفته در ساخت لنز ، وارد لنز ميشود و فیلم يا سنسور تصویر را متاثر مي كند.
استفاده از Lens hood بر روی لنز باعث کاهش فلر می شود.
موضوعات مرتبط:
تصویربرداری پزشکی،
آموزش عکاسی
برچسب‌ها:
تکنیکهای عکاسی,
لنزهای تصویربرداری,
فیزیک و مهندسی در عکاسی
ادامه مطلب
