Temat miesiąca

Optyka

Wady optyki, czyli nie taki diabeł straszny…

9 Paź 2018
Wady optyki, czyli nie taki diabeł straszny…

Aberracja chromatyczna, dystorsja i winietowanie - czym są i czy faktycznie w cyfrowym świecie są jeszcze tak straszne dla fotografa.

Wśród fotografów możemy wyróżnić dwie frakcje. Jedna to Ci, którym przeszkadzają choćby najmniejsze wady optyczne ich obiektywów (często wartych tysiące złotych). Z kolei drudzy, to osoby, które tak mocno nie zwracają uwagi na pewne optyczne niedociągnięcia. Która ze stron ma rację? A może w każdym podejściu jest ziarno prawdy? Zanim jednak poznamy odpowiedź, musimy najpierw dowiedzieć się czym dokładnie są wspomniane anomalie.

zdjecie: pexels.com

Aberracja chromatyczna

Mimo stałego rozwoju nowych technologii, wykorzystywania coraz to lepszych materiałów oraz dokładniejszego projektowania i opracowywania konstrukcji optycznych, aberracja chromatyczna (zarówno podłużna, jak i poprzeczna) wciąż pozostaje jedną z częściej występujących wad. Borykają się z nią - bez wyjątku - szerokokątne stałki, zoomy czy też teleobiektywy. A to dlatego, że nie da się oszukać fizyki - a dokładniej światła.

W dużym uproszczeniu (aby nie zagłębiać się w skomplikowane fizyczne zawiłości), światło przechodzące przez soczewki ulega rozszczepieniu na fale o różnej długości. Te z kolei mają różne barwy, które podczas przenikania zostają rozbite i skupione w różnych (innych) miejscach szkła soczewki. W efekcie mamy do czynienia z aberracją chromatyczną, która na zdjęciach objawia się jako kolorystyczne obramowania (najczęściej o zabawieniu fioletowym lub zielonkawym) kontrastowych fragmentów planu fotograficznego. Oczywiście taka anomalia nie będzie występować zawsze. Jednak są pewne sytuacje zdjęciowe, w których wyjątkowo łatwo będziemy w stanie ją ujrzeć - na przykład, gdy ciemny obiekt znajdzie się na jasnym i podświetlonym tle. Idealnym polem testowym dla obiektywu mogą więc okazać się konary drzew, gdzie jasne niebo będzie stanowić tło dla ciemnych gałęzi. Wtedy nie trudno o wystąpienie w kadrze silnych kolorystycznych przebarwień.

przykład aberracji chromatycznej

Producenci z aberracją chromatyczną starają się radzić sobie na różne sposoby. Jednym z nich jest projektowanie układu optycznego, który będzie bazował na soczewkach wykonanych z różnych szkieł, w tym tych o wyjątkowo niskiej dyspersji, czyli współczynniku załamania światła w szkle. Dzięki takim rozwiązaniom obiektyw, a dokładniej jego układ optyczny, posiada zdolność skupiającą, zaś aberracja chromatyczna (pochodząca od poszczególnych soczewek układu) się kompensuje. Oczywiście też tylko do pewnego stopnia.

Dystorsja

Dystorsja to nic innego jak widoczne zniekształcenia obrazu na krawędziach planu fotograficznego. W dużym uproszczeniu ta wada polega na różnym powiększeniu obrazu w zależności od jego odległości od osi optycznej. Wyróżnić możemy jej dwa rodzaje: dystorsję beczkową i dystorsję poduszkową. Pierwsza polega na uwypukleniu środka kadru. Druga zaś sprawia, że centrum wygląda na wklęśnięte (zapadnięte). Najlepiej zauważyć tę wadę optyki, gdy na zdjęciu będzie ujętych sporo pionowych i poziomych linii. Tak więc ceglana ściana, szachownica lub siatka będą dobrym sprawdzianem dla układu optycznego.

przykład dystorsji

Oczywiście ta anomalia najczęściej dotyka obiektywy szerokokątne, których ogniskowa jest krótsza niż 35 mm. Jednak nie oznacza to, że pozostałe konstrukcje nie będą odznaczać się dystorsją. Zniekształceniami obrazu są także często dotknięte teleobiektywy, zaś w przypadku zoomów możemy spotkać się zarówno z dystorsją beczkową (szeroki kąt), jak i poduszkową (dłuższa ogniskowa). Warto zauważyć, że konstrukcjami optycznymi będącymi relatywnie „odpornymi“ na dystorsję są obiektywy standardowe (ogniskowa około 50 mm dla pełnej klatki), których pole widzenia najbardziej odpowiada temu, jakie widzi ludzkie oko. Choć i tu zdarzają się wyjątki.

przykład zdjęcia wykonanego obiektywem typu "rybie oko"

Niemniej jednak zniekształcenia obrazu nie zawsze muszą stanowić wadę. Wyjątkiem od reguły (i zarazem ekstremalnymi przykładami) są obiektywy efektowe typu „rybie oko“, gdzie dystorsja z wyraźnymi zakrzywieniami pola widzenia jest jak najbardziej pożądana.

Winietowanie

Jedni ją uwielbiają, inni niekoniecznie. Jedno jest jednak pewne - winieta to wada układu optycznego. Wada, którą… można polubić. Ale czym ona jest w istocie. Winieta powstaje na skutek nierównomiernego rozprowadzenia światła, które przechodząc przez układ optyczny pada na matrycę aparatu (lub też klisze filmową). Jawi się ona na zdjęciach jako ciemniejsze obramowanie brzegów kadru. Tak więc mamy do czynienia z zauważalnym spadkiem jasności rogów planu fotograficznego względem jego centrum.

przykład winiety

Winieta jest anomalią, która w większości przypadków dotyka obiektywy o dużym nominalnym otworze - rzędu f/1.8, f/1.4 czy f/1.2. Zaś przymknięcie przysłony ją skutecznie niweluje. Tak więc (w dużym uproszczeniu) można powiedzieć, że ciemniejsze obiektywy (od f/2.8 w górę) są mniej podatne na winietowanie. Niemniej jednak żadna konstrukcja optyczna nie jest wolna od tej wady - w mniejszym lub większym stopniu dotyka ona każdego obiektywu (przy maksymalnym otworze przysłony). Zaś konstrukcjami najbardziej skłonnymi do winietowania są jasne obiektywy szerokokątne, których specyfika układu optycznego nigdy nie będzie w stanie zminimalizować różnicy w jasności planu fotograficznego.

przysłona f/1.4 (górne zdjęcie) i przysłona f/2 (dolne zdjęcie)

Teorię znamy! Co dalej?

Mimo rozwoju fotografii (pod względem technologicznym) aberracja chromatyczna, dystorsja i winietowanie nie zniknęły. Ale czy dalej są kłopotliwe? Lata temu te wady optyki stanowiły niemały problem, ale w fotografii tradycyjnej, analogowej, gdzie podczas wywoływania zdjęć w ciemni często nie sposób było sobie z nimi poradzić. Na naświetlonej kliszy zapisywały się wszelkie niedoskonałości obiektywów. Tak więc poszukiwane były jak najlepsze konstrukcje, które jak najlepiej korygowały wspomniane anomalie. A jak wygląda sytuacja w cyfrowym świecie? Z jednej strony nie ma co się łudzić - nie stworzymy idealnego obiektywu wolnego od wad. Jednak z drugiej strony, w pewnym stopniu (nawet całkiem skutecznym) możemy oszukać optykę.

zdjecie: pexels.com

Z pomocą przychodzą rozwiązania programowe. Wielu producentów, wiedząc, że nie jest możliwym zaprojektowanie bezbłędnego układu optycznego, postanowiła podejść do problemu aberracji chromatycznej, dystorsji i winietowania w zupełnie inny sposób. Coraz więcej współczesnych obiektywów jest wyposażonych w dodatkowe procesory oraz profile (odczytywane w aparacie i programach graficznych) umożliwiające softwarowe, 100% korygowanie wad optyki - i nie mamy tu na myśli tylko i wyłącznie zdjęć wykonanych w formacie JPEG. Również surowe pliki RAW są coraz częściej „pozbawione optycznych niedociągnięć“.

Tak naprawdę walka z wadami optycznymi danego obiektywu może już skończyć się po samym zaimportowaniu zdjęcia do programu graficznego. Najnowsze odsłony Lightrooma czy też inne rozwiązania do edycji i postprodukcji fotografii są wyposażone w profile najpopularniejszych aparatów i szkieł. A jeśli z jakichś przyczyn nasz model nie jest wspierany, to często wystarczy dokonać aktualizacji oprogramowania. Dla przykładu w Lightroomie jest wyszczególniona zakładka „Lens Corrections“, która umożliwia natychmiastowe usunięcie aberracji chromatycznej, dystorsji czy winietowania. Wszystko co musimy zrobić to wybrać odpowiedni profil dla naszego obiektywu, a program zrobi za nas całą resztę.

Jednak mimo licznych aktualizacji i usprawnień nie jest możliwym, by każda konstrukcja optyczna była wspierana przez oprogramowanie. I właśnie wtedy możemy skorzystać z manualnej korekty wad optyki: aberracji chromatycznej (podłużnej i poprzecznej), dystorsji oraz winietowania. Z początku może to wydać się na skomplikowany proces (przecież sami będziemy „poprawiać optykę“), to jednak w istocie wszystko sprowadza się do kilku kliknięć lub przesunięć odpowiedniego suwaka. Zaś końcowe efekty mogę być imponujące, a zdjęcia pozbawione niedoskonałości. Poniżej prezentujemy przykłady korekty wad optyki, które zrobiliśmy w programie Lightroom Classic CC.

Aberracja chromatyczna - korekta w zakładce „Lens Corrections“

aberracja chromatyczna przed korektą

aberracja chromatyczna po korekcie

Dystorsja - korekta w zakładce „Lens Corrections“

dystorsja przed korektą

dystorsja po korekcie

Winietowanie - korekta w zakładce „Lens Corrections“

winietowanie przed korektą

winietowanie po korekcie

Jak już pewnie zauważyliście na powyższych zdjęciach przykładowych wady optyczne zostały skutecznie i niemal bezstratnie zminimalizowane. Wyjątkiem może być korekta dystorsji, która wymusza na nas pogodzenia się z utratą części kadru - jego skrajnych obszarów. Tak więc jakiekolwiek informacje zapisane na obrzeżach planu fotograficznego będą utracone. Coś za coś. Niestety nie ma innej możliwości softwarowego wyrównania płaszczyzn. Z kolei w przypadku kompensaty winiety (rozjaśnienie rogów i zmniejszenie jej profilu) może też skutkować minimalnym wzrostem zaszumienia na brzegach kadru. Ale z tym także możemy sobie poradzić w programach graficznych. A czy są jakieś aspekty optyki, które mogą przerosnąć programowe nowinki technologiczne?

zdjecie: pexels.com

Niestety nie ze wszystkim będziemy sobie w stanie poradzić podczas postprodukcji zdjęć. Są jeszcze inne wady (poza wymienionymi powyżej), których pozbycie się na etapie edycji może wręcz graniczyć z cudem. Mamy tu na myśli wszelkiego rodzaju bliki, odblaski i flary, czyli artefakty, które powstają podczas fotografowania w trudnym i wymagającym oświetleniu. Producenci na różne sposoby starają się z nimi walczyć, prześcigając się w coraz to nowszych rozwiązaniach. Jednym ze sposobów jest zastosowanie i umieszczenie na soczewkach specjalnych powłok antyrefleksyjnych, których zadaniem jest skuteczniejsze odbijanie (lub rozpraszanie) promieni świetlnych. Jednak, jak dowodzą niejedne testy optyki, z tym różnie bywa. Gdy już na zdjęciu znajdą się artefakty w postaci dużych kolorystycznych okręgów czy jaskrawych flar, to tak naprawdę niewiele możemy z nimi zrobić. I albo postaramy się je usunąć podczas postprodukcji (z pewnością nie bez uszczerbku na samym zdjęciu), albo do nich przywykniemy i je zaakceptujemy. Oczywiście podczas pracy w mocnym i kontrastowym słońcu zawsze warto na przednią część tubusa nakręcić osłonę przeciwsłoneczną, to jednak i ona nie zawsze skutecznie minimalizuje odbicia promieni światła.

Rozdzielczość i bokeh, czyli coś co mamy, albo za czym wzdychamy

Na koniec zostawiliśmy sobie prawdziwy crème de la crème optyki, czyli rozdzielczość obrazu i bokeh. Są to aspekty, których nie da się efektownie wprowadzić (lub poprawić) w programach graficznych. A to dlatego, że softwarowe wyostrzenie obrazu czy rozmycie wybranej części kadru to coś zupełnie innego. Rozdzielczość (ogólna wyrazistość zdjęcia) oraz bokeh (plastyczne rozmycia nieostrości) to charakterystyka, która w głównej mierze zależy od specyfiki układu optycznego.

Bokeh to domena jasnych obiektywów i sposobu w jaki prezentują one te fragmenty kadru, które znalazły się poza punktem ostrości. W osiągnięciu jak najlepszych rezultatów musi się złożyć kilka czynników: odpowiednia ogniskowa, duży otwór przysłony oraz (często) krótka odległość ogniskowania. Dzięki temu możemy uzyskać małą głębię ostrości z plastycznym i wyjątkowo miękkim rozmyciem dalszego planu, a także wyraźną separacją fotografowanego obiektu od tła. Dlatego też obiektywy portretowe (dłuższa ogniskowa i większa przysłona) są przez wielu uznawane za konstrukcje optyczne, które najładniej „malują świat“.

1/800s, f/1.4, ISO 100, ogniskowa: 35 mm

1/320s, f/2.8, ISO 560, ogniskowa: 18 mm

1/500s, f/2.8, ISO 100, ogniskowa: 35 mm

1/2000s, f/1.4, ISO 100, ogniskowa: 85 mm

1/1250s, f/1.4, ISO 100, ogniskowa: 85 mm

Natomiast rozdzielczość optyczna obiektywu to aspekt, z którym nie sposób dyskutować. I albo mamy do czynienia z konstrukcją, która jest prawdziwą „żyletą“, albo wręcz przeciwnie, taką, która lubi rozmydlać obraz. Najbardziej zaawansowane układy optyczne potrafią dostarczyć niemalże takiej samej wyrazistości w centrum i na obrzeżach kadru. Inne z kolei (amatorskie szkła) mają często problemy, by zdjęcia w środku planu odznaczały się odpowiednią szczegółowością. A przecież każdy fotograf (niezależnie od stopnia doświadczenia) chce, by obraz w ustawionym punkcie ostrości był… ostry!

Tak więc na postawione we wstępie pytania o to, która z frakcji fotografów ma rację (Ci, którym dokuczają wady optyczne lub Ci, którym tak mocno one nie przeszkadzają) nie ma jednoznacznej odpowiedzi. Z aberracją chromatyczną, dystorsją i winietowaniem możemy sobie poradzić, ale po drugiej stronie medalu znalazły się rozdzielczość i bokeh oraz praca w trudnych warunkach oświetleniowych. A są to aspekty, które zabezpieczą jedynie zaawansowane konstrukcje optyczne. Te także będą odznaczać się mniejszymi wadami optyki lub ich całkowitym brakiem dzięki dedykowanym profilom i algorytmom.

Stały bywalec naszego laboratorium. Ciągle patrzy na świat przez różne ogniskowe oraz przemierza miasta i wioski obwieszony sprzętem fotograficznym. Uwielbia stylowe aparaty, a także eleganckie i funkcjonalne akcesoria. Ma słabość do monochromu i suwaków w programie Lightroom, po godzinach – do literatury faktu i muzyki country.

Komentarze