به ظاهر یک لنز دوربین باید یک عمل ساده را انجام دهد نور را از جهان جمع کرده و آن را بر روی نگاتیو یا سنسور متمرکز کند. با اینحال نور یک ماده متحد و یک شکل نیست. چیزی که برای ما به ظاهر سفید به نظر می رسد شامل طول موج های مختلف است و شیشه همه طول موج ها را دقیقا به یک اندازه خم نمی کند.
این تغییرات کوچک یکی از نواقص مهم اپتیکی را در عکاسی، فیلمبرداری، تلسکوپ ها، میکروسکوپ، دوربین های شکاری و تقریبا تمام سیستم های تصویری که توسط لنز ایجاد می شود را درست می کند که ما آن را ابیراهی می نامیم.
معمولا ابیراهی ها به رنگ بنفش، سبز، قرمز، آبی یا سایه های سایان در لبه های پر کنتراست دیده می شود اما ابیراهی رنگی فقط یک دور رنگی اذیت کننده نیست. بلکه چیزی اساسی درباره اپتیک را نشان می دهد، رنگ و فوکوس از نظر فیزیکی در حین حرکت نور داخل شیشه به هم مرتبط هستند.
فهم اینکه چرا لنز ها نور را جدا می کند درک ابیراهی رنگی را راحتتر می کند و به ما می آموزد که انواع مختلف آن را شناخته و مقدار آن را تقلیل دهیم و بفهمیم چرا لنز های پیشرفته نیازمند چندین نو شیشه اپتیکی هستند.
قبل از اینکه بقیه نوشته رو بخونید توصیه میکنم به دو نوشته فیزیک نور و روشنایی و ماهیت دوگانه موج و ذره ای نور مراجعه کنید.
ابیراهی رنگی چیست؟
ابیراهی رنگی یک خطای اپتیکیست که توسط لنز انجام می شود چرا که طول موج های مختلف نور را به شکل متفاوتی فوکوس می کند.
وقتی نور سفید وارد لنز شده، منکسر می شود، مسیرش تغییر کرده چرا که نور در سرعت های متفاوت درون شیشه نسبت به هوا حرکت می کند.
ضریب شکست داخل شیشه برای تمام طول موج ها یکسان نیست و این پیچیدگی های اپتیکی ایجاد می کند. در نتیجه رنگ های مختلف که از یک لنز ساده گذر می کنند در یک نقطه همگرا نمی شوند و به جای تولید یک عکس متحد، سیستم اپتیکی یک عکس متفاوت برای بخش های مختلف طیف مرئی درست می کند.
وقتی این عکس ها روی هم نمی افتن هاله های رنگی مرئی می شوند. این پدیده خیلی مرتبط با رنگین کمانیست که توسط منشور ایجاد می شود.
یک منشور از عمد طول موج ها را به جهت های مختلف می فرستد. یک لنز قصد جمع آوری نور را دارد اما چرا که از یک مواد پخش کن ساخته شده است همین جدایی منشور اتفاق می افتد.
چرا شیشه نور سفید را به رنگ های مختلف جدا می کند؟
نور مرئی طول موج های مختلف الکترومغناطیسی در خود دارد. خیلی ساده بنفش و آبی طول موج کوتاه تر در حالی که نارنجی و قرمز طول موج بلند تر دارند.
وقتی نور از هوا به شیشه اپتیکی وارد می شود سرعتش تغییر کرده و میزان خمش آن وابسته به ضریب شکست ماده است.
اما خود ضریب شکست با طول موج تغییر می کند. شکست مرتبط با طول موج را دیسپرشن یا پخش می نامند.
بخاطر پخش، نور آبی قوی تر پخش شده، نور سبز یک مسیر متفاوت را می رود و نور قرمز میزان زیادی خم می گردد.
از این رو یک لنز محدب ساده فواصل کانونی متفاوت برای رنگ های مختلف دارد. پرتو های آبی به نقطه فوکوس نزدیک تر می افتند در حالی که پرتوهای قرمز دورتر از نقطه فوکوس قرار می گیرند. خود لنز رنگ های جدید به وجود نیورده است رنگ ها همان موقع در نور ورودی وجود داشته است.سیستم اپتیکی در همراستا نگهداشتن تصاویر شکست خورده است.
یکی دیگر از پدیده ای جالب اپتیکی که بخاطر پخش نور اتفاق می افتد را روزانه در آسمان میبینیم که برای دانستن بیشتر درباره آن به نوشته پراکندگی رایلی مراجعه کنید.
ابیراهی رنگی طولی، وقتی رنگ ها در فواصل مختلف فوکوس می شوند
یک شکل اصلی از ابیراهی رنگی، به عنوان ابیراهی رنگی طولی، ابیراهی رنگی محوری یا به طور ساده LoCA شناخته می شود. این پدیده وقتی اتفاق می افتد که طول موج های مختلف در فواصل مختلفی نسبت به محور اپتیکی فوکوس شوند.
تصور کنید که از یک جسم سفید روشن در حال عکاسی هستید، اجزای آبی نور در جلوی صفحه سنسور فوکوس شده و نور قرمز عقب آن و نور سبز بین این دو فوکوس می شود.
لوکا (LoCA) چجوری دیده می شود؟
در عکس ها، ابیراهی طولی رنگی به شکل های زیر دیده می شود:
- حاشیه های بنفش و ماژنتا در جلوی صفحه فوکوس
- حاشیه های سبز پشت صفحه فوکوس
- هاله های رنگی دور هایلایتای روشن
- وضوح رنگی کاهش یافته در مناطق محو
LoCA بخصوص در این مواقع دیده می شود وقتی که شما از دیافراگم های باز، لنز های سریع پرایم، نور پشت قوی، سطوح منعکس کننده، اجسام روشن در مقابل پس زمینه مشکی و عمق میدان کم استفاده کنید.
بستن دیافراگم معمولا ابیراهی رنگی طولی را کاهش می دهد چرا که دیافراگم بسته تر در مقابل پرتوهای بیش از حد خم شده مقاومت می کند.
برای مطالعه: لنز ها چگونه تصویر متمرکز می سازند؟
ابیراهی رنگی جانبی، وقتی رنگ ها به کناره ها می روند
دومین مدل مهم ابیراهی رنگی، ابیراهی جانبی یا ابیراهی عرضیست.
در اینجا رنگ ها به یک صفحه فوکوس می رسند اما تصاویرشان در بزرگنمایی متفاوت ثبت می شود. نتیجه یک مشکل فوکوس عقب به جلو نیست بلکه اطلاعات قرمز، سبز، آبی نسبت به یکدیگر در کناره ها جابجا می شوند.
ابیراهی عرضی چگونه دیده می شود؟
معمولا به شکل قرمز/سایان، آبی/زرد یا سبز/ماژنتا در خط پیرامونی تصاویر پر کنتراست دیده می شود.
بر خلاف ابیراهی طولی، ابیراهی جانبی در لبه ها و گوشه های تصویر می شود. مرکز معمولا بی نقص است در حالی که قاب بیرونی جدایی رنگی قابل توجه ایجاد می کند.
کم کردن دیافراگم معمولا مقدار کمی این ابیراهی جانبی را کم می کند چرا که این ابیراهی بخاطر تفاوت بزرگنمایی به جای عمق میدان ایجاد شده است.
خوشبختانه در ادیت دیجیتال این ابیراهی جانبی را راحتتر می توان حذف کرد.
نرم افزار های ادیت می توانند رنگ های فردی را تغییر اندازه یا تغییر مکان بدهند تا لبه هایشان دقیق تر روی هم بیفتد.
آموزش عکاسی: سرعت شاتر چیست؟
چرا ابیراهی رنگی در لبه های پر کنتراست بدتر می شود؟
ابیراهی رنگی وقتی که مناطق روشن مستقیما در کنار مناطق تاریک نشسته است به راحتی قابل دیدن است.
شاخه های درختی که در مقابل آسمان روشن را تصور کنید. مرز بین شاخه های مشکی و آسمان سفید بی نهایت واضح است و اگر طول موج های مختلف لبه های شاخته ها را در موقعیت های مختلف شکل دهد خطا به صورت فوری به شکل خط پیرامون رنگی دیده می شود.
از موقعیت هایی که خیلی سریع ابیراهی های رنگی را نشان می دهند میتوان از ساختمان در مقابل آسمان روشن، شاخه های درخت در روز، سطوح منعکس کننده فلزی، نور های استودیویی، عکاسی ستاره از طریق تلسکوپ، پنجره های روشن درون داخلی های مشکلی، هایلایت های شدید، لباس سفید در محیط مشکی نام برد.
ابیراهی رنگی می تواند در مکان های کم کنتراست نیز باشد اما چشم انسان معمولا متوجه آن نمی شود.
برای مطالعه: نقش فیلتر پلاریزه در عکاسی
چرا لنز های ارزان، حاشیه های رنگی بیشتری تولید می کنند؟
یک عنصر ساده شیشه ای به راحتی نمی تواند ابیراهی رنگی را حل کند چرا که همان ماده فیزیکی که مسئول فوکوس کردن نور است پخش را ایجاد می کند.
طراحان اپتیک از عناصر مختلف لنز با شیشه هایی با ضریب شکست و ویژگی پخش متفاوت استفاده می کنند.
یک مفهوم مهم عدد آبه Abbe number می باشد که توصیف کننده میزان شدن پخش شوندگی طول موج های مختلف در یک ماده است.
شیشه های با پخش کنندگی زیاد و پخش کنندگی کم با هم ترکیب شده تا خطای رنگی یک عنصر با عنصر دیگر جبران شده و تصویر بدون ابیراهی درست کند.
این یکی از دلایلیست که لنز های پیشرفته مقدار زیادی عناصر اپتیکی دارند. این عناصر فقط افزایش بزرگنمایی یا فاصله کانونی نیستند خیلی از آن ها برای کنترل ناقصی های اپتیکی وجود دارند.
عدسی های آکروماتیک، بازگرداندن رنگ ها به یکدیگر
یکی از مهمترین راه حال برای اصلاح ابیراهی رنگی، دوبلت اکروماتیک بود.
به جای استفاده از یک عنصر لنزی، یک طراحی آکروماتیک دو عنصر را با دو جنس مختلف شیشه به طور سنتی شیشه کراون و شیشه فلینت ترکیب کرده تا خطای ابیراهی را از بین ببرند.
این دو جنس مختلف شیشه به این دلیل که ضرایب شکست و پخش کنندگی متفاوت دارند می توانند جدایی رنگی یکدیگر را خنثی کرده و تصویر کم نقص تری درست کنند.
یک لنز آکروماتیک معمولا دو طول موج مختلف را به یک نقطه فوکوس می برد و با این کار خطای رنگی کل طیف را کاهش می دهد.
این پیشرفت به میزان زیادی تلسکوپ ها را بهتر کرد و در بعد برای اپتیک عکاسی یک راه حل اساسی شد.
اگر به تاریخ پیشرفت علم اپتیک علاقه مندید به نوشته تاریخ اپتیک، از اولین آینه تا تلسکوپ های مدرن مراجعه کنید.
لنز های آپوکروماتیک، و اصلاح رنگی پیشرفته
سیستم های اپتیکی دقیق تر از اصلاح اپوکروماتیک استفاده می کنند. یک لنز آپوکروماتیک طوری طراحی شده که سه طول موج مختلف را به نقطه فوکوس مشترک نزدیک تر کند و از خطای ابیراهی دیگر جلوگیری کند.
لنز های عکاسی و تصویربرداری مدرن از مواد مخصوص شامل شیشه های با پخش کنندگی خیلی کم، عناصر اپتیکی فلوریتی، شیشه با پراکندگی غیر عادی و گروه های اپتیکی چند عنصری پیشرفته استفاده کنند.
سازندگان از چند اسم تجاری مختلف برای این مواد استفاده می کنند اما هدف اصلی یکیست، این رفتار وابسته به طول موج نور را قبل از رسیدن به صفحه فوکوس کنترل کنند.
هرچقدر این اصلاح بهتر شود جزئیات ریز و مرز های رنگی بهتر بازتولید می شوند.
چرا لنز های تله فوتو نسبت به این خطای اپتیکی حساس تر هستند
ابیراهی های نوری در لنز های تله بسیار بیشتر است.چرا که یک تغییر کوچک زاویه ای بین طول موج ها می تواند موقعیت متفاوت مکانی در تصویر نهایی ایجاد کند. این بخصوص در عکاسی تله، لنز های حیات وحش، تلسکوپ های نجومی، اسکوپ های نمایاب و دوربین های شکاری مهم است.
بخاطر همین لنز های تله فوتو گران از عناصر با پخش کنندگی کم در طراحی اپتیکیشان استفاده می کنند.
منجمین نیز با همین مشکل روبرو هستند یک ستاره درخشان می تواند به مانند یک نقطه خنثی به نظر برسد اما یک اپتیک ضعیف دور آن را با هاله های رنگی پر می کند.
اگر قصد خرید لنز یا دوربین دست دوم دارید پیشنهاد میکنم دو نوشته راهنمای لنز دست دوم و راهنمای خرید دوربین دست دوم را بخونید.
ابیراهی رنگی در سینما
ابیراهی رنگی به دلایلی ورای وضوح تکنیکی در فیلمبرداری اهمیت دارد. لنز های سینمایی مدرن طوری طراحی می شوند که حاشیه های رنگی را از بین ببرند چرا که خطای رنگی کنترل نشده می تواند کیفیت تصویر را در 4k ,6k,8k کاهش دهد. با اینحال فیلمسازان به دنبال لنز دقیق نیستند.
عدسی های وینتیج اغلب مقداری ابیراهی رنگی خفیف را در کنار ویژگی های اپتیکی مانند ابیراهی کروی، کنتراست نرم تر، فلر، انحنای میدان و بوکه نامتعارف حفظ می کنند.
این نواقص می تواند باعث ایجاد یک شخصیت بصری قابل شناسایی شود.
از این رو ابیراهی رنگ در مرز بین نقص اپتیکی و انتخاب زیبایی شناسانه قرار دارد.
حاشیه های رنگی شدید معمولا حواس پرت کنند اما نواقص کنترل شده اپتیکی می توانند به زیبایی تصویر کمک کنند.
کم کردن انحرافات نوری در حین عکاسی و فیلمبرداری
ابیراهی نوری را نمی توان به طور کامل حذف کرد اما عکاسان و فیلمبرداران می توانند مقدار آن را کاهش دهند. در ابتدا سعی کنید دیافراگم را به طور کامل باز نکنید و یک یا دو استاپ دیافراگم را ببندید تا عملکرد بهتر شود.
دوم به مرز های پر کنتراست دقت کنید. آسمان روشن در کنار شاخه مشکی و صحنه هایی شبیه این می تواند حاشیه های رنگی درست کند.
سوم به منطقه قرار گیری سوژه دقت کنید. ابیراهی رنگی جانبی در لبه های قاب قوی تر است.
چهارم از لنز های با کیفیت که دارای عناصر با پخش کنندگی کم هستند استفاده کنید بخصوص وقتی که دقت رنگ اهمیت دارد.
در آخر یادتون باشد که در صورت توان در حالت RAW عکاسی کنید تا بتونید ابیراهی رنگی جانبی را در ادیت حذف کنید.
آیا ابیراهی رنگی را می توان در ادیت حذف کرد؟
ابیراهی رنگی جانبی معمولا در ادیت قابل حل شدن است چرا که نرم افزار می تواند کانال های رنگی را مقایسه و تفاوت بزرگنمایی را جبران کند.
اما ابیراهی رنگی طولی به این راحتی قابل حذف نیست. چرا که طول موج های مختلف در سطوح مختلف فوکوس ثبت شده و وضوح خود را از دست داده و نمی توان به طور کامل بازسازی کرد.
نرم افزار می تواند حاشیه های بنفش و سبز را کم کند اما نمی تواند اطلاعات اپتیکی که هیچوقت روی سنسور به دقت ثبت نشده است را بازگرداند.
این تمایز توضیح می دهد چرا اصلاح خود عدسی و لنز نسبت به وابسته بودن به نرم افزار بهتر است.
ابیراهی رنگی پیچیدگی دیدن از طریق شیشه را نمایان می کند
ابیراهی رنگی شاید به نظر یک حاشیه رنگی کوچک باشد اما ریشه اش به فیزیک تصویر برمیگردد.
یک عدسی فقط نور را خم نمی کند بلکه طیف طول موج ها را خم کرده که هر کدام به شکل متفاوتی با شیشه کنش دارد.
در نتیجه تمام لنز های عکاسی در یک رابطه پیچیده بین هندسه، طول موج، مواد، انحنا، فوکوس و شرایط ساخت قرار دارد.
دستاورد عظیم اپتیک مدرن در انکسار نور نیست چرا که یک شیشه ساده نیز می تواند اینکارو بکند. دستاورد در ترکیب مهندسی دقیق مواد اپتیکی به گونه ایست تا نور های قرمز، سبز و آبی که هرکدام علاقه به طی مسیر متفاوتی دارند به یک نقطه مشترک بعد از انکسار برسند.
این نبرد بین پخش و اصلاح چیزیست که پشت لبه های رنگی که ما ابیراهی رنگی می نامیم قرار دارد.