Aberracii-v-optike-vidy-primery-i-metody-ispravleniya

1.

Аберрации в оптике: виды,
примеры и методы
исправления

2.

Что такое аберрация?
Аберрация — это неизбежное искажение изображения,
которое возникает из-за отклонения световых лучей от
идеального пути в оптической системе. Это приводит к
ухудшению качества изображения, снижению его
резкости и появлению различных артефактов.
Проявления
Размытость, искажение формы, появление цветовых
артефактов и потеря детализации.
Причины
Несовершенство линз и зеркал, а также явление дисперсии
света, когда разные длины волн преломляются по-разному.

3.

Сферическая аберрация
Описание
Лучи света, проходящие через края сферической линзы, преломляются сильнее, чем лучи, проходящие ближе к оптическому
центру. Это происходит из-за разной кривизны линзы на её поверхности. В результате, вместо четкой точки формируется
размытое пятно, что приводит к потере резкости изображения.
Исправление
Использование асферических линз, которые имеют специально рассчитанный профиль поверхности.
Комбинация положительных и отрицательных линз, компенсирующих аберрацию друг друга.
Диафрагмирование — уменьшение апертуры объектива, чтобы использовать только центральные лучи.
Пример: изображение звезды с размытыми краями, где каждая "точка" выглядит как небольшой диск, а не острый светящийся объект.

4.

Кома
Описание
Кома — это аберрация, при которой точки вне оптической оси объектива отображаются в виде вытянутых, похожих на кометы
пятен, направленных к центру или от центра поля зрения.
Исправление
Применение сложных оптических схем, таких как апохроматы или анастигматы, которые специально разработаны для
минимизации комы.
Комбинирование линз с различными оптическими свойствами для компенсации угловых искажений.
Использование диафрагм для уменьшения входного зрачка, хотя это может привести к потере света.
Пример: изображение уличного фонаря ночью, где свет от него не круглый, а имеет характерный "хвост" или "шлейф", особенно по краям фотографии.

5.

Астигматизм
Описание
Астигматизм возникает, когда световые лучи, исходящие из одной точки объекта, фокусируются в разных плоскостях, образуя две
взаимно перпендикулярные линии фокусировки. Это приводит к тому, что изображение одной точки превращается в две короткие
линии, расположенные под прямым углом друг к другу.
Исправление
Дуплеты из положительных и отрицательных линз, которые компенсируют астигматизм друг друга.
Использование асферических оптических элементов для коррекции кривизны поля и астигматизма.
В некоторых случаях, программная коррекция на этапе постобработки изображения.
Пример: изображение круглого объекта, такого как циферблат часов или мяч, которое кажется вытянутым или сжатым в одном направлении, приобретая
форму эллипса или овала.

6.

Кривизна поля изображения
Описание
Это оптическая аберрация, при которой плоский объект проецируется оптической системой не на плоскую поверхность, а на
искривленную, обычно выпуклую или вогнутую. В результате, если центр изображения находится в фокусе, то его края будут
размытыми, и наоборот.
Исправление
Применение сложных оптических систем, включающих несколько линз с carefully рассчитанными воздушными
промежутками между ними.
Использование линз с отрицательной кривизной поля, чтобы компенсировать положительную кривизну других элементов.
В некоторых случаях, физическое искривление фотоматрицы или пленки для соответствия кривизне поля.
Пример: фотография пейзажа или здания, где центральная часть снимка идеально резкая, но ближе к краям изображения наблюдается заметная размытость
или нечёткость.

7.

Дисторсия (искажение формы)
Описание
Дисторсия — это изменение геометрических пропорций изображения, при котором прямые линии на объекте отображаются как
изогнутые. Различают два основных типа: "бочкообразная" (прямые линии изгибаются наружу) и "подушкообразная" (прямые
линии изгибаются внутрь).
Исправление
Специальные оптические схемы, использующие комбинации линз с различной формой и материалами для минимизации
искажений.
Программная коррекция на этапе цифровой обработки изображений, которая эффективно "выпрямляет" изогнутые линии.
Использование телецентрических объективов, которые уменьшают дисторсию за счет параллельного хода лучей.
Пример: фотография фасада здания с прямыми окнами и дверями, на которой эти прямые линии кажутся изогнутыми, как будто их вытянули или сжали от
центра.

8.

Хроматическая аберрация
Описание
Хроматическая аберрация возникает из-за того, что белый свет состоит из лучей разной длины волны (цветов), которые
преломляются линзой под разными углами. Это приводит к тому, что каждый цвет фокусируется на разном расстоянии от линзы,
создавая цветные ореолы вокруг контрастных объектов.
Исправление
Использование ахроматических и апохроматических линз, которые состоят из комбинации стекол с разной дисперсией, для
минимизации разброса фокусных расстояний для разных цветов.
Применение стекол из флюорита или других материалов с низкой дисперсией.
Программная коррекция на этапе обработки фотографий.
Пример: фотография ветки дерева на фоне яркого неба, где по краям ветки видны синие, красные или зеленые ореолы, особенно в областях с высоким
контрастом.

9.

Итоги и важность исправления аберраций
Влияние на качество
Современные технологии
Ключ к качеству
Аберрации напрямую влияют на качество
Современные достижения в оптике и
Правильный выбор материалов, точный
изображения, снижая его резкость,
материаловедении, а также методы
расчет оптической схемы и высокоточное
контрастность и точность цветопередачи.
цифровой обработки, позволяют
производство линз являются ключевыми
Влияют на работу оптических приборов от
значительно уменьшить или полностью
факторами для создания оптических
простых очков до сложных телескопов.
устранить влияние аберраций.
систем высокого качества.
Применение: Аберрации актуальны для всех оптических систем: от фотоаппаратов и микроскопов до телескопов и оптических прицелов, а также в
медицине и промышленности.

10.

Спасибо за внимание!