Почему низкая хроматическая аберрация считается важной в цифровую эпоху?

идеальное изображение - без искажений:

имитация хроматической аберрации:

исправление хроматической аберрации путем регулировки положения каналов RGB (в более реалистичном примере это также потребует растяжения изображений, что приведет к еще большей потере качества)

вывод : хроматические аберрации это не просто смещенные цветовые каналы - это было бы просто. каждый отдельный канал размыт, и этот дефект не может быть полностью исправлен в цифровом формате.

Вы можете скорректировать хроматическую аберрацию с помощью вычислений, выравнивая красный/зеленый/синий слои. Однако, как и при исправлении геометрических искажений, эти исправления обычно не осуществляются целыми кратными пикселями и, таким образом, должны распределять свет от одного исходного пикселя как минимум на два целевых пикселя. Это приводит к потере резкости. Если вы попытаетесь противодействовать этому, изменив резкость впоследствии, вы усилите шум и склонны к ореолам.

Пока это звучит не хуже того, что уже делает коррекция искажений, и вы можете в основном комбинировать корректирующие действия по коррекции искажений и коррекции хроматических аберраций перед передискретизацией в прямоугольную сетку, чтобы получить меньше кумулятивного размытия, чем если бы вы передискретизировали независимо.

Пока все так плохо.

Следующая проблема заключается в том, что хроматические аберрации бывают двух видов. То, о чем я только что говорил, имеет дело только с боковой хроматической аберрацией, которая тем сильнее, чем больше вы удаляетесь от центра. Существует также продольная хроматическая аберрация, основным следствием которой является пурпурная окантовка: если вы фотографируете ветки дерева на фоне голубого или облачного неба, синие датчики обнаруживают значительное количество ультрафиолетового и почти ультрафиолетового света. Продольная хроматическая аберрация означает, что этот свет обычно изгибается сильнее , чем другой свет, помещая свою плоскость фокусировки перед датчиком. Это приводит к нерезким пурпурным ореолам вокруг ветвей как кстороны, предполагая, что ветви находятся в фокусе. Если они не в фокусе, голубоватые компоненты на самом деле могут быть в фокусе, давая небольшую красную окантовку (вы редко видите это, поскольку в первую очередь требуется, чтобы фокус был слишком коротким). Насколько проявляется эта пурпурная нерезкость, зависит от распределения длин волн, попадающих на синий сенсор. Светодиодные и люминесцентные лампы в помещении будут безвредны по сравнению с ними, лампы накаливания обычно, по крайней мере, холоднее (относительно цветовой температуры, а не терминологии художников), чем солнечный свет.

Что возвращает нас к латеральной аберрации: не только синий сенсор воспринимает несколько разных длин волн: все сенсоры обнаруживают целый диапазон длин волн с разной чувствительностью, а хроматическая аберрация по-разному воздействует на все эти длины волн, вызывая сигнал каждого из них. датчик не только перемещается, но и распределяется в соответствии с распределением падающих на него длин волн. Какой это будет дистрибутив? Различные настройки баланса белого предполагают распределение длин волн, но это предположение направлено на получение правильного баланса между тремя основными цветами.

Угадать правильное количество нерезкости означает получить правильный баланс более чем трех основных цветов, и этот баланс меняется намного больше по всей сцене, чем базовый баланс белого.

Таким образом, хотя вы можете статистически более или менее гарантировать, что ваша окантовка в основном усредняется до серого во всех направлениях, резкий черно-белый край при внимательном рассмотрении все равно будет превращаться в небольшую радугу из-за различных ( и только статистически предсказуемые) степени нерезкости.

Коррекция хроматических аберраций линзами работает не только с информационной плоскостью, но и представляет собой трехмерные конструкции, которые можно рассчитать, чтобы привести континуум длин волн в основном к одному и тому же месту на одной и той же плоскости фокусировки. Такую коррекцию невозможно выполнить с 3-полосными уменьшенными данными из одной плоскости фокусировки, потому что они просто не содержат такого же количества информации.

Есть много вещей, включая хроматическую аберрацию, баланс белого, цветовую температуру, бочкообразную/булавочную дисторсию, кому и т. д., которые можно исправить с помощью программного обеспечения. Но по-прежнему и всегда будет лучше делать это правильно в камере, чтобы вам не приходилось делать так много исправлений при постобработке. Несмотря на то, что эти исправления могут быть внесены в постобработку, каждое исправление приводит к некоторой потере разрешения/детализации и фактически может привести к дополнительным артефактам или нежелательным модификациям. Таким образом, передача на датчик наилучшего изображения всегда будет лучшим вариантом в целом.

Если бы вместо трех (RGB) датчиков в каждом пикселе у вас было, скажем, 100 датчиков, каждый из которых чувствителен к диапазону длин волн 1/100 видимого спектра, то у вас было бы достаточно данных для цифровой коррекции хроматической аберрации. Имея всего три сенсора, вы не можете сказать (например), является ли источник света красным или оранжевым, поэтому вы не знаете, насколько нужно его переместить, чтобы исправить аберрацию.

Работа объектива камеры заключается в проецировании миниатюрного изображения внешнего мира на плоскую поверхность пленки или цифрового датчика изображения. Оптики стремятся сделать линзы, дающие точное изображение, но, увы, они страдают от семи основных дефектов изображения, которые мы называем аберрациями. Вам следует изучить эти семь 1. Сферический 2. Кома 3. Астигматизм 4. Кривизна поля 5. Искажение 6. Дифракция/интерференция. 7. Хроматическая аберрация.

Хроматическая аберрация – световые лучи проходят через линзу. Изгиб (рисунок) линзы и плотность стекла влияют на их путь движения. Их заставляют отклоняться (рефракция — с латыни изгибаться внутрь). Мы можем проследить траектории этих лучей, и когда мы это проследим, то обнаружится конус света, достигающий вершины на некотором расстоянии вниз по потоку от линзы. Измеренное расстояние от линзы до апекса является фокусным расстоянием линзы. Чем больше фокусное расстояние, тем больше изображение (увеличение). Тщательное изучение трассировки луча показывает, что сначала в фокус попадает фиолетовый свет, затем зеленый, затем оранжевый и, наконец, красный.

Таким образом, каждый цвет имеет независимое фокусное расстояние, и каждый проецирует изображение разного размера. Красное изображение — самое большое, а фиолетовое — самое маленькое. Когда мы просматриваем это изображение, мы видим цветную окантовку, вызванную наложением изображений разных размеров.

Первым, кто попытался уменьшить хроматическую аберрацию, был Джон Доллонд, который в 1757 году продемонстрировал составную линзу, состоящую из сильной положительной линзы, сделанной из коронного стекла, и слабой отрицательной линзы, сделанной из бесцветного стекла. Такое сочетание значительно снижает хроматические аберрации. Такая конструкция называется ахроматической линзой (лат. - без цветовой ошибки).

Хроматические аберрации - это чума, в любом случае. Он ухудшает любую оптическую систему. Его можно смягчить, но до сих пор не устранить.