Коматическая аберрация, или «Кома»

Цвет

Цвет – это оптическое явление, чувственное ощущение, создаваемое глазом и мозгом. Цвет не является физической переменной и, следовательно, не имеет физических единиц измерения. Сами по себе предметы не являются цветными: ощущение цветности возникает как результат воздействия световых излучений. Видимый солнечный свет, который воспринимается как белый, освещает предмет и частично отражается. Следовательно, объект, который находится в красной зоне видимого спектра, воспринимается окрашенным в красный цвет. Объект, полностью отражающий излучение всего видимого спектрального диапазона, как правило, кажется белым, а объект, полностью поглощающий излучение, – черным.

При рассмотрении вопросов ощущения и описания цвета всегда выделяют физические и физиологические аспекты. Физические параметры определяются объективными методами, а физиологические – нет. С помощью колориметра можно определить физические характеристики цвета (цветового возбуждения), но как их интерпретирует мозг человека (восприятие цвета), можно только рассчитать. Рассмотрим общие сведения о зрительном аппарате.

Зрительный аппарат

Орган зрения в целом состоит из трёх отделов – периферического (собственно глаз), проводникового (зрительный нерв) и центрального (зрительная зона коры головного мозга в затылочной области).

Рассмотрим в общих чертах строение глаза. Глазная линза – хрусталик – дает оптическое изображение наблюдаемого предмета, которое системой нервных окончаний, находящихся в одной из оболочек глаза, преобразуется в сигналы. Они по зрительному нерву передаются в затылочные доли головного мозга. В результате этого возникает зрительный образ предмета. Глаз представляет собой шарообразное тело, образованное несколькими оболочками. Внешняя оболочка, называемая склерой, состоит из сухожилий, непрозрачна и выполняет защитную роль. Спереди она переходит в прозрачную и более выпуклую оболочку – роговую. Под склерой находится сосудистая оболочка, в которой заключены кровеносные сосуды, питающие глаз. Сосудистая оболочка спереди переходит в ресничное тело, а затем – в радужную оболочку. Пространство между хрусталиком и роговой оболочкой заполнено так называемой водянистой влагой. Она преимущественно состоит из воды (90%), в которой растворены соли и белки. За хрусталиком находится стекловидное тело, также состоящее главным образом из воды.

Отверстие в центре радужной оболочки – зрачок – играет роль диафрагмы. При изменении светового потока, попадающего в глаз, площадь зрачка меняется: либо круговые радужки сужают его, либо радиальные расширяют. Эти реакции (зрачковый рефлекс) непроизвольны, их роль заключается в предохранении светочувствительной оболочки глаза – сетчатки от чрезмерного раздражения при повышенной освещенности. При ее снижении зрачковый рефлекс обеспечивает достаточную чувствительность оболочки.

В органе зрения наводка на резкость происходит путем изменения оптической силы хрусталика, определяемой кривизной его поверхностей. Кривизной управляют мышцы ресничного тела, находящегося в основании радужной оболочки. Упругий хрусталик принимает естественную для него выпуклую форму, фокусное расстояние уменьшается и близкий предмет изображается резко. Если же предмет удален, круговые мышцы ресничного тела расслабляются, а радиальные сокращаются. В результате этого хрусталик становится менее выпуклым и его фокусное расстояние возрастает. Эти явления получили название аккомодации. Сетчаткой называется внутренняя оболочка глаза. Это светочувствительный слой глаза. В сетчатке находятся нервные окончания (рецепторы) в которых происходят начальные преобразования лучистой энергии, приводящие, в конце концов, к возникновению светового ощущения.

Из глаза выходит зрительный нерв, по которому нервные импульсы передаются в мозг. Место выхода зрительного нерва – слепое пятно – участок, не содержащий рецепторов.

В сетчатке три слоя нервных клеток – нейронов, связанных разветвлениями – синапсами, обеспечивающими передачу электрического сигнала от одной клетки к другой. Нейроны, наиболее удаленные от внутренней поверхности сетчатки, оканчиваются рецепторами. Они бывают двух тиров: длинные и тонкие называются палочками, толстые и короткие – колбочками. Палочки обеспечивают черно-белое зрение, колбочки – как черно-белое, так и цветное. Наиболее важная с точки цветовосприятия область сетчатки – желтое пятно, расположенное в центральной её части. Оно окрашено желтым пигментом, предохраняющим рецепторы этой области от чрезмерного возбуждения коротковолновыми излучениями. Когда мы смотрим внимательно на какой-либо предмет, глаз сам поворачивается так, что изображение этого предмета падает на желтое пятно. Глаз непрерывно движется. Эти колебания очень быстрые, небольшие по величине и поэтому незаметные. Но они играют очень важную роль в зрительном восприятии. Благодаря этим колебания на одни и те же места сетчатки попадают изображения рядом расположенных мелких деталей. Мы видим цвета потому, что происходит изменение излучений. Глаз суммирует эти кратковременные изменения излучений, попадающих на одни и те же участки сетчатки. Поэтому мы, например, не различаем в цветной репродукции цвета мелких разноокрашенных растровых элементов, а видим единый "суммарный их цвет".

В результате светового возбуждения палочек или колбочек в мозг передаются электрические импульсы, частота которых увеличивается с ростом освещенности сетчатки. Импульсы достигают затылочных долей мозга, где возбуждают световые ощущения, из которых складывается зрительный образ объекта.

Рассмотрим теорию цветного зрения Юнга – Гельмгольца (1821-1894). Она исходит из того экспериментально установленного факта, что ощущение любого цвета можно получить смешением спектрально чистых излучений красного, зеленого и сине-голубого цветов. На этом основании теория предполагает, что в глазу есть только три типа светочувствительных приемников. Они отличаются друг от друга областями спектральной чувствительности. Красный свет воздействует преимущественно на приемники первого типа, зеленый – второго, сине-голубой – третьего. Сложением излучений таких трех цветов в различных количествах можно получить любую комбинацию возбуждений всех трех приемников, а это физиологически эквивалентно получению любого цветового ощущения. Еще не установлено, имеются ли приемники всех трех типов в каждой колбочке или существуют три различных типа колбочек.

Встречаются люди (более 1% среди мужчин и около 0,1% среди женщин), зрение которых характеризуется отсутствием приемников одного из трех указанных типов. Они называются дихроматами. Дихромат не различает цвета всех излучений, которые для людей с нормальным зрением различаются по степени возбуждения приемника, недостающего у дихромата. Обычно встречается нарушение восприятия красного и зеленого цветов (так называемый дальтонизм), но иногда — желтого и синего. Еще реже (примерно раз на миллион людей) встречаются монохроматы, у которых есть приемники только одного типа. Такие люди совсем не различают цвета.

3.

Рис. 1

Разложение света в спектр

В 1676 году сэр Исаак Ньютон с помощью трёхгранной призмы разложил белый солнечный свет на цветовой спектр. Подобный спектр содержал все цвета за исклю­чением пурпурного. Ньютон ставил свой опыт следующим образом:

солнечный свет пропускался через узкую щель и падал на призму. В призме луч белого цвета расслаивался на отдельные спектральные цвета. Разложенный таким об­разом он направлялся затем на экран, где возникало изображение спектра. Непрерывная цветная лента на­чиналась с красного цвета и через оранжевый, жёлтый, зелёный, синий кончалась фиолетовым. Если это изоб­ражение затем пропускалось через собирающую линзу, то соединение всех цветов вновь давало белый цвет. Эти цвета получаются из солнечного луча с помощью преломления. Существуют и другие физические пути образования цвета, например, связанные с процессами интерференции, дифракции, поляризации и флуорес­ценции.

Если мы разделим спектр на две части, например на красно-оранжево-жёлтую и зелёно-сине-фиолетовую, и соберём каждую из этих групп специальной линзой, то в результате получим два смешанных цвета, смесь которых в свою очередь также даст нам белый цвет. Два цвета, объединение которых даёт белый цвет, назы­ваются дополнительными цветами. Если мы удалим из спектра один цвет, например, зелё­ный, и посредством линзы соберём оставшиеся цвета — красный, оранжевый, жёлтый, синий и фиолетовый, — то полученный нами смешанный цвет окажется крас­ным, то есть цветом дополнительным по отношению к удалённому нами зелёному. Если мы удалим жёлтый цвет, — то оставшиеся цвета - красный, оранжевый, зе­лёный, синий и фиолетовый — дадут нам фиолетовый цвет, то есть цвет, дополнительный к жёлтому. Каждый цвет является дополнительным по отношению к смеси всех остальных цветов спектра. В смешанном цвете мы не можем увидеть отдельные его составляющие. В этом отношении глаз отличается от музыкального уха, которое может выделить любой из звуков аккорда. Различные цвета создаются световыми волнами, которые представляют собой определённый род электро­магнитной энергии.

Человеческий глаз может воспринимать свет только при длине волн от 400 до 700 миллимикрон: 1 микрон или 1 т = 1/1000 мм = 1/1 000 000 м. 1 миллимикрон или 1 мт = 1/1 000 000 мм.

Длина волн, соответствующая отдельным цветам спект­ра, и соответствующие частоты (число колебаний в се­кунду) для каждого призматического цвета имеют сле­дующие характеристики:

Каждый цвет спектра характеризуется своей длиной волны, то есть он может быть совершенно точно задан длиной волны или частотой колебаний. Световые волны сами по себе не имеют цвета. Цвет возникает лишь при восприятии этих волн человеческим глазом и мозгом. Каким образом он распознаёт эти волны до настоящего времени ещё полностью не известно. Мы только знаем, что различные цвета возникают в результате количественных различий светочувствительности.

Цвет предметов возникает, главным образом, в процессе поглощения волн. Красный сосуд выглядит красным потому, что он поглощает все остальные цвета светового луча и отражает только красный. Когда мы говорим: "эта чашка красная", то мы на самом деле имеем в виду, что молекулярный состав поверхности чашки таков, что он поглощает все световые лучи, кроме красных. Чашка сама по себе не имеет никакого цвета, цвет создаётся при её освещении. Если красная бумага (поверхность, поглощающая все лучи кроме красного) освещается зелёным светом, то бумага покажется нам чёрной, потому что зелёный цвет не содержит лучей, отвечающих красному цвету, которые могли быть отражены нашей бумагой.

Абберации света

Аберрации оптических систем — погрешности изображения в оптической системе, вызываемые отклонением луча света от направления его в идеальной оптической системе.

Аберрации характеризуют различного вида нарушения гомоцентричности (гомоцентрическим называется пучок световых лучей, испускаемых светящейся точкой или сходящихся в одной точке) в структуре пучков лучей, выходящих из оптической системы.

Аберрация объектива - ошибка, или погрешность изображения в оптической системе. Она вызвана тем, что в реальной среде может возникать существенное отклонение лучей от того направления, по которому они идут в расчетной «идеальной» оптической системе.

В итоге страдает общепринятое качество фотографического изображения: недостаточная резкость в центре, потеря контраста, отсутствие резкости по краям, искривление геометрии и пространства, цветные ореолы и т.п. Обычно, если объектив обладает большими аберрациями, то их проще характеризовать величинами геометрических аберраций, а если малыми, то на основе волновой оптики.

Монохроматические аберрации изображений присущи всякой реальной оптической системе, и принципиально неустранимы. Их возникновение объясняется неспособностью преломляющих поверхностей собрать в точку широкие пучки лучей, падающие на них под большими углами. Эти аберрации приводят к тому, что изображением точки является некоторая размытая фигура (фигура рассеяния), что отрицательно влияет на чёткость изображения и нарушает подобие изображения и предмета.

Хроматические аберрации

Их возникновение обусловлено дисперсией оптических сред из которых образована оптическая система, т. е. зависимостью показателя преломления оптических материалов, из которых изготовлены элементы оптической системы, от длины проходящей световой волны. Суть ее состоит в том, что луч белого света, проходя через линзу, разлагается на составляющие его цветные лучи. Коротковолновые лучи (синие, фиолетовые) преломляются в линзе сильнее и сходятся ближе к ней, чем длиннофокусные (оранжевые, красные). Могут проявляться в постороннем окрашивании изображения, и в появлении у изображения предмета цветных контуров, которые у предмета отсутствовали.

Хроматическая аберрация. Ф - фокус фиолетовых лучей. К - фокус красных лучей.

Здесь, как и в случае сферической аберрации, изображение светящейся точки на плоскости, получается в виде размытого кружка/диска.

На фотографиях хроматическая аберрация проявляется в виде посторонних оттенков и цветных контуров у объектов съемки. Особенно заметно влияние аберрации в контрастных сюжетах.

Пример проявления хроматической аберрации.

Сферическая аберрация

Действие сферической аберрации состоит в том, что лучи, падающие на края линзы, собираются ближе к линзе, чем лучи, падающие на центральную часть линзы. Вследствие этого, изображение точки на плоскости получается в виде размытого кружка или диска.

Сферическая аберрация.

В фотографиях действие сферической аберрации проявляется в виде смягченного изображения. Особенно часто эффект заметен на открытых диафрагмах, причем объективы с большей светосилой больше подвержены этой аберрации. Если при этом сохраняется и резкость контуров, такой смягчающий эффект может быть весьма полезным для некоторых видов съемки, например, портретной.

Смягчающий эффект на открытой диафрагме обусловленный действием сферической аберрации.

Коматическая аберрация, или «Кома»

Это частный вид сферической аберрации для боковых лучей. Действие ее заключается в том, что лучи, приходящие под углом к оптической оси не собираются в одной точке. При этом изображение светящейся точки на краях кадра получается в виде «летящей кометы», а не в форме точки. Кома также может привести к засвечиванию участков изображения в зоне «нерезкости».

Кома на фотоизображении

Дисторсия

Дисторсия проявляется в искривлении и искажении геометрии фотоснимка. Т.е. масштаб изображения меняется с удалением от центра поля к краям, вследствие чего прямые линии искривляются к центру или к краям.

Различают бочкообразную или отрицательную (наиболее характерна для широкого угла) и подушкообразную или положительную дисторсию (чаще проявляется на длинном фокусе).

Дисторсия намного сильнее обычно выражена у объективов с переменным фокусным расстоянием (зумы), чем у объективов с постоянным фокусным (фиксы). У некоторых эффектных объективов, например Fish Eye (Рыбий глаз), намеренно не исправляется и даже подчеркивается дисторсия.

В современных объективах, в том числе с переменным фокусным расстоянием, дисторсия достаточно эффективно корректируется введением в оптическую схему асферической линзы (или нескольких линз).

Ярко-выраженная бочкообразная дисторсия объектива FishEye.

Астигматизм

Астигматизм (от греч. Stigma – точка) характеризуется в невозможности получить на краях поля изображения светящейся точки и в виде точки и даже в виде диска. При этом светящаяся точка, находящаяся на главной оптической оси, передается как точка, но если точка вне этой оси – как затемнение, скрещенные линии и т.д.

Это явление чаще всего наблюдается по краям изображения.

Проявление астигматизма.

 

Кривизна поля изображения

Кривизна поля изображения – это аберрация, в результате которой изображение плоского объекта, перпендикулярного к оптической оси объектива, лежит на поверхности, вогнутой либо выпуклой к объективу. Эта аберрация вызывает неравномерную резкость по полю изображения. Когда центральная часть изображения фокусирована резко, то его края будут лежать не в фокусе, и изобразятся не резко. Если установку на резкость производить по краям изображения, то его центральная часть будет нерезкой.

Кривизна поля изображения проявляется в виде падения разрешения, нерезкости, изогнутости или радиального «завихрения» на изображении.

При этом если центр изображения в фокусе, то его края не в фокусе и наоборот.

 

Кривизна поля изображения.

Искривление поля нельзя устранить диафрагмированием объектива. Корректировать эту аберрацию можно только изменяя формы отдельных элементов объектива, их толщины и расстояния между ними, изменение позиции апертуры, применением асферических элементов. Для исправления этой аберрации, обычно необходимо, чтобы объектив содержал не менее двух рассеивающих линз.

Выраженная кривизна поля изображения.

Дифракционная аберрация возникает вследствие дифракции света на диафрагме и оправе фотообъектива. Дифракционная аберрация ограничивает разрешающую способность фотообъектива. Из-за этой аберрации минимальное угловое расстояние между точками, разрешаемое объективом, ограничено величиной λ/D радиан, где λ — длина волны используемого света (к световому диапазону обычно относят электромагнитные волны с длиной от 400 нм до 700 нм), D — диаметр объектива.

В оптических системах полностью устранить аберрации невозможно. Их доводят до минимально возможных значений, обусловленных техническими требованиями и ценой изготовления системы. Иногда также минимизируют одни аберрации за счёт увеличения других.

 

Цвет в полиграфии

Мониторы и телевизоры воспроизводят цвет путем излучения света. Однако, экраны не способны отобразить полный диапазон цветов, которые видимы человеческим глазом. Их диапазон цвета ограничен. Любой отображаемый цвет воспроизводится сочетанием трех цветовых каналов RGB (R - Красный, G - Зеленый, и B - Синий). Этот способ получения цветов называют аддитивной (additive – от англ. прибавка) первичной моделью, так как по мере увеличения яркости отдельных цветов результирующий цвет также становится ярче (добавляется к черному). Если цвета двух из цветовых каналов смешаны в равных пропорциях, создается вторичный цвет. Синий и зеленый – получают голубой. Фиолетовый получается при смешивании красного и синего. Красный и зеленый – желтый. Если красный, зеленый, и синий свет смешан в равной пропорции, получится белый цвет, а их отсутствие – черный.

Также существует субтрактивная система цветов (subtractive), что в переводе означает "вычитающая/исключающая". Иными словами мы берем белый цвет (присутствие всех цветов) и, нанося и смешивая краски, удаляем из белого определенные цвета вплоть до полного удаления всех цветов – то есть, получаем черный.

Теоретически, если мы напечатали бы поверхность с равным количеством голубой, пурпурной и желтой красок, мы должны получить черный, потому что все цвета были бы поглощены. Практически, однако, этот цвет выглядит грязно коричневым. Именно поэтому при печати добавляется черная краска четвертым цветом. Таким образом, для нормальной четырехцветной печати используются цвета CMYK (Сyan, Magenta, Yellow, blacK). Для практических целей, это также означает, что обычная печать многокрасочной продукции допускает цвета, которые можно получить, смешав четыре основных цвета. (Все другие цвета должны печататься другими дополнительными (Spot) красками). Цветовой охват печати таким образом меньше, чем видимый спектр, а также меньше, чем цветовой охват монитора (исключая некоторые цвета синей области, которые невозможно отобразить на мониторе - если монитор не имеет расширенный цветовой охват).

Воспроизведение цвета

В общих словах, технология цветовоспроизведения в полиграфии представляет собой такое преобразование сюжета или объекта в печати, при котором они остаются по возможности близкими к оригиналу. Часто в качестве промежуточного носителя информации используется фотография (на фотобумаге или на позитивной/негативной фотопленке). В общей технологической цепочке полиграфического воспроизведения свою роль играют фотографические процессы, а также всевозможные преобразования изображения процесс растрирования, материалы, передаточные характеристики и многие другие параметры.

В основе всех способов цветовоспроизведения лежит следующий принцип:

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: