Aberracja chromatyczna. Oto jak powstaje

Aberracja chromatyczna to zjawisko optyczne, które polega na tym, że światło białe, składające się z różnych kolorów, nie jest skupiane w jednym punkcie przez soczewkę. W efekcie na zdjęciach pojawiają się kolorowe obwódki wokół obiektów, zwłaszcza na granicach kontrastowych. Aberracja chromatyczna może również zaburzać ostrość obrazu i zmniejszać wierność oddania kolorów.

Aberracja chromatyczna jest jednym z najczęstszych problemów, z którymi borykają się fotografowie i producenci obiektywów. Już Galileusz, który jako pierwszy użył teleskopu do obserwacji planet, miał problem z tym zjawiskiem. Nie jest ona zależna od jakości aparatu, lecz od fizyki światła i soczewek. Aby zrozumieć, jak dochodzi do aberracji chromatycznej, musimy cofnąć się do XVII wieku, kiedy to Isaac Newton odkrył, że białe światło składa się z wielu kolorów, które można rozdzielić za pomocą pryzmatu. Newton pokazał, że każdy kolor ma inną długość fali i inaczej załamuje się, przechodząc przez szkło. Im krótsza fala, tym większe załamanie. Dlatego na przykład fioletowe światło załamuje się bardziej niż czerwone.

Więcej o niezwykłych zjawiskach optycznych przeczytasz na Spider`s Web:

Teraz wyobraźmy sobie, że pryzmat jest częścią obiektywu aparatu. Jeśli światło pada na niego pod kątem, to różne kolory będą odbijać się od niego pod różnymi kątami i tworzyć na matrycy obraz, który nie jest zgodny z rzeczywistością. Na przykład, jeśli fotografujemy niebieskie niebo, to jego krawędzie mogą być zabarwione na fioletowo, a jeśli fotografujemy czerwony kwiat, to jego krawędzie mogą być zabarwione na pomarańczowo. To właśnie nazywamy aberracją chromatyczną.

Aberracja chromatyczna występuje w większości obiektywów fotograficznych, a także w soczewce ludzkiego oka. Jest to niepożądana wada, która pogarsza jakość odwzorowania. Jednak nie wszystkie obiektywy są tak samo podatne na aberrację chromatyczną. Zazwyczaj im lepsza jakość szkła użytego do budowy soczewki, tym mniejsza aberracja. Dlatego drogie, profesjonalne obiektywy mają mniejszy problem z aberracją chromatyczną niż tanie, amatorskie.

Aberracja chromatyczna powstaje na skutek zjawiska dyspersji szkła, czyli rozszczepiania się światła białego na poszczególne barwy widmowe. Każda barwa ma inną długość fali i prędkość, co oznacza, że ma też inny współczynnik załamania w szkle. Współczynnik załamania określa, jak bardzo światło zmienia kierunek po przejściu przez szkło. Im większy współczynnik załamania, tym większe załamanie.

W praktyce oznacza to, że światło czerwone, które ma najdłuższą długość fali i najmniejszy współczynnik załamania, jest najmniej załamywane przez szkło. Natomiast światło niebieskie, które ma najkrótszą długość fali i największy współczynnik załamania, jest najbardziej załamywane przez szkło. Pozostałe barwy leżą pomiędzy nimi.

W rezultacie światło białe, które pada na soczewkę, nie jest skupiane w jednym punkcie, lecz w różnych odległościach od soczewki, tworząc tzw. ognisko kolorowe. Im większa różnica między ogniskami kolorowymi, tym większa aberracja chromatyczna.

Aberracja chromatyczna dzieli się na dwie podstawowe odmiany: wzdłużną i poprzeczną.

Aberracja chromatyczna wzdłużna, zwana też podłużną, występuje wzdłuż osi optycznej obiektywu. Objawia się tym, że obiekty w różnych odległościach od obiektywu są ogniskowane w różnych płaszczyznach. Na przykład, jeśli ustawimy ostrość na obiekt znajdujący się w środku kadru, to obiekty znajdujące się przed nim lub za nim będą miały kolorowe obwódki. Aberracja chromatyczna wzdłużna jest najbardziej widoczna przy dużych otworach przysłony i małej głębi ostrości.

Aberracja chromatyczna poprzeczna, zwana też boczną, występuje poprzecznie do osi optycznej obiektywu. Objawia się tym, że obiekty znajdujące się na krawędziach kadru są ogniskowane w różnych punktach na matrycy. Na przykład, jeśli ustawimy ostrość na obiekt znajdujący się w środku kadru, to obiekty znajdujące się na brzegach kadru będą miały kolorowe obwódki. Aberracja chromatyczna poprzeczna jest najbardziej widoczna przy szerokich kątach i dużej głębi ostrości.

Aberrację chromatyczną można korygować na kilka sposobów. W najwcześniejszych zastosowaniach obiektywów aberracja chromatyczna była redukowana poprzez zwiększanie ogniskowej obiektywu tam, gdzie było to możliwe. Aktualnie najlepszym sposobem jest zapobieganie jej powstawaniu poprzez dobór odpowiedniego obiektywu i ustawień aparatu. Można też korygować aberrację chromatyczną w programach do obróbki zdjęć lub w aparacie, jeśli ma taką funkcję.

Aby zapobiec aberracji chromatycznej, należy wybierać obiektywy o wysokiej jakości, które mają specjalne soczewki korygujące aberrację chromatyczną. Takie soczewki nazywają się achromatami, apochromatami lub superachromatami, w zależności od liczby kolorów, które są skupiane w jednym punkcie. Im więcej kolorów, tym lepsza korekcja aberracji chromatycznej.

Należy też zwracać uwagę na parametry obiektywu, takie jak zakres ogniskowych, jasność, dystorsja czy winietowanie. Niektóre obiektywy mogą mieć większą aberrację chromatyczną przy niektórych ogniskowych lub przysłonach. Dlatego warto sprawdzić, jak obiektyw zachowuje się przy różnych ustawieniach i unikać tych, które powodują dużą aberrację chromatyczną.

Ponadto można zmniejszyć aberrację chromatyczną poprzez zmianę ustawień aparatu. Na przykład, można zmniejszyć otwór przysłony, co zwiększy głębię ostrości i zmniejszy aberrację chromatyczną wzdłużną. Można też zmniejszyć kąt widzenia, co zmniejszy aberrację chromatyczną poprzeczną. Można też unikać fotografowania obiektów o dużym kontraście, na których aberracja chromatyczna jest najbardziej widoczna.

Jeśli aberracja chromatyczna jest już widoczna na zdjęciu, można ją korygować w programach do obróbki zdjęć, takich jak Lightroom, GIMP czy innych. Większość tych programów ma specjalne narzędzia do korekcji aberracji chromatycznej, które pozwalają na zmianę koloru, rozmiaru i kształtu obwódek. Można też ręcznie zaznaczyć obszar, który ma być poprawiony, i zastosować filtr redukujący aberrację chromatyczną.

Korekcja aberracji chromatycznej w programach do obróbki zdjęć jest zazwyczaj skuteczna, ale może też wprowadzać pewne artefakty, takie jak rozmycie, zniekształcenie czy zmiana kolorów. Dlatego należy stosować ją z umiarem i zachować oryginalne zdjęcie na wypadek, gdyby korekcja była niezadowalająca.

Z drugiej strony programy do korekcji zdjęć mają też możliwość dodania efektu aberracji chromatycznej. Niektórzy lubią ten efekt i uznają, że dodaje on fotografiom uroku, a także sprawia, że wyglądają one na starsze.

Efekt aberracji chromatycznej w grach wideo polega na nałożeniu na obraz kolorowych brzegów lub plam, które mają imitować zjawisko występujące w rzeczywistych soczewkach. Niektórzy twórcy gier stosują ten efekt, aby nadać grze bardziej realistyczny lub artystyczny wygląd, lub aby stworzyć atmosferę napięcia, grozy lub psychodelii.

Jednak nie wszyscy gracze lubią ten efekt, ponieważ uważają, że psuje jakość grafiki, utrudnia odczytywanie tekstu lub powoduje ból głowy. Dlatego wiele gier daje możliwość wyłączenia lub zmniejszenia efektu aberracji chromatycznej w ustawieniach graficznych. Aberracja chromatyczna nie wpływa w żaden znaczący sposób na wydajność gier, ani na obciążenie karty graficznej i innych podzespołów komputera lub konsoli. 

Aberracja chromatyczna jest zjawiskiem, które może wpływać na jakość zdjęć, zwłaszcza przy dużych powiększeniach lub szerokich kątach. Aby uniknąć lub zminimalizować aberrację chromatyczną, warto wybierać obiektywy o wysokiej jakości, które mają specjalne soczewki korygujące ten efekt. Można też dostosować ustawienia aparatu, takie jak przysłona, ogniskowa czy kontrast, aby zmniejszyć aberrację chromatyczną. Jeśli jednak aberracja chromatyczna jest już widoczna na zdjęciu, można ją korygować w programach do obróbki zdjęć lub w aparacie, jeśli ma taką funkcję.

Aberracja chromatyczna nie musi być jednak zawsze uznawana za wadę. Niektórzy fotografowie wykorzystują ją jako element artystyczny, nadający zdjęciom niepowtarzalny charakter. Aberracja chromatyczna może też być używana do tworzenia efektów specjalnych, takich jak tęcza, halo czy rozmycie. Wszystko zależy od tego, co chcemy osiągnąć i jak chcemy wyrazić naszą wizję.

Aberracja chromatyczna to ciekawy i złożony temat, który warto zgłębić, jeśli interesuje nas fotografia. Może ona być zarówno problemem, jak i inspiracją, w zależności od tego, jak się do niej podchodzi. Ważne jest, aby wiedzieć, jak powstaje, jak ją rozpoznać i jak ją korygować, ale także jak ją wykorzystać do naszych celów. Aberracja chromatyczna to nie tylko błąd optyczny, ale też część sztuki fotograficznej.