От чего зависит резкость хорошего объектива

От чего зависит резкость хорошего объектива

Факторы, которые могут повлиять на работу и резкость объектива, и как их преодолеть 

Технология объективов прошла долгий путь за последние два десятилетия, и многие фотографы готовы вкладывать средства в высокоэффективные объективы.

Опишу ключевые факторы, которые могут повлиять на резкость объектива,  способы извлечь максимальную выгоду из ваших оптики. 

Резкость объектива

Известное эмпирическое правило говорит, что большинство объективов являются самыми острыми на две остановки от их максимальной диафрагмы. Хотя это может быть справедливо для резкости центра с некоторыми объективами, это редко случается с резкостью края и угла. Резкость объектива зависит от частотно контрастных характеристики — MFT его оптической системы

Эффективность объектива может варьироваться, как выявлено при тестировании Imagetest , некоторые результаты которого представлены ниже. Производительность также варьируется в зависимости от камеры, используемой для тестирования, поскольку Imagetest оценивает качество камеры + объектива. Край и углы кадра в плане резкости редко бывают столь же хороши, как центр кадра, хотя они должны улучшаться по мере закрытия диафрагмы объектива — пока не начнет действовать дифракция.

Сравнение двух простых объективов, имеющих одинаковое фокусное расстояние и охватывающих один и тот же диапазон диафрагмы. Верхний график показывает объектив, в котором резкость на краях близок к центральной резкости, нижний объектив, имеет более заметное краевое и угловое падение резкости. Первый вариант также обеспечивает довольно устойчивое разрешение от максимально открытой диафрагмы до примерно f/8, тогда как оппонент является самым резким на f/5.6, а затем резкость быстро снижается.

Эти два графика сравнивают два зум-объектива, которые покрывают один и тот же диапазон фокусных расстояний. Верхняя линза имеет постоянную максимальную апертуру f / 1.8 и показывает только небольшое смягчение края.
Эти два графика сравнивают два зум-объектива, которые покрывают один и тот же диапазон фокусных расстояний. Верхняя линза имеет постоянную максимальную апертуру f / 1.8 и показывает только небольшое смягчение края.

Пики разрешения около f / 4, что составляет 2,3 остановки от максимальной диафрагмы. Максимальная диафрагма нижней линзы изменяется от f / 3.5 до f / 4.5, но самое высокое разрешение практически одинаково для всех фокусных расстояний и остается на том же уровне от почти широко открытого до двух остановок.

Что же влияет на резкость объетива

Все объективы страдают от аберраций. Большинство из них появляются, когда точки света на изображении не переводятся в отдельные точки с одинаковым отношением друг к другу после прохождения через объектив. В приведенной ниже таблице перечислены основные аберрации, которые влияют на оптику, и могут ли они быть исправлены.

Аберрация

Влияние на изображение

Коректируется при изменениях диафрагмы

Коррекция в камере

Коррекция при постобработке

Дисторсия

Изображение рядом с краем кадра искривляется наружу (бочкообразная дисторсия) или внутрь (подушкообразная дисторсия).

нет

Автоматически для файлов JPEG в большинстве цифровых камер.

Возможно в raw конвертерах и редакторах изображений.

Виньетирование

Пограничное и угловое потемнение в кадре.

да

Автоматически для файлов JPEG в большинстве цифровых камер.

Возможно в raw конвертерах и редакторах изображений.

Боковая хроматическая аберрация

Чаще всего он выглядит как цветная окантовка вдоль высоко контрастных краев.

нет

Автоматически для файлов JPEG в большинстве цифровых камер.

Возможно в необработанных конвертерах и редакторах изображений.

Осевая/ продольная хроматическая аберрация

Чаще всего он выглядит как фиолетовое свечение около высоко контрастных краев.

да

Корректируется с помощью ED-стекла в объективе.

Редко требуется с современной фототехникой.

Сферическая аберрация

Приходящие световые лучи фокусируются в разных точках плоскости изображения.

да

Корректируется с помощью асферических линз.

Редко требуется с современной фототехникой.

Кома возникает, когда лучи света проходят через линзу под углом к оптической оси.

В результате изображение точечных источников света приобретает по краям кадра вид ассиметричных пятен каплеобразной (или, в тяжёлых случаях, кометообразной) формы.

да

Исправлено с помощью асферических линз.

Редко требуется с современным оборудованием.

Блики и ореолы

Яркие пятна или дымка в кадре

нет

Уменьшено с помощью покрытий линз и использования бленды.

Трудно или невозможно исправить.

Различные объективы имеют разные комбинации аберраций и могут давать разные конечные результаты, особенно если одна или несколько аберраций не могут быть исправлены либо в рамках самой конструкции объектива, либо с помощью алгоритмов обработки изображений (в камере или в программном обеспечении для редактирования). Кроме того, некоторые коррекции, которые хорошо работают в центре кадра, могут уменьшить разрешение по краям.

И тогда могут присутствовать эффекты, вызванные дифракцией, что является отдельной проблемой.

Влияние на резкость явления дифракции в объективе

Когда закрывается диафрагма на объективе, отверстие, через которое свет проходит становится меньше. По мере прохождения света через диафрагменное отверстие световые волны деформируются. Они распространяются в форме веера, так как препятствие (являющееся диафрагмой вашего объектива) мешает световой волне. Это рассеивание световой волны называется дифракцией и имеет иметь серьезные последствия для резкости изображения, которое вы пытаетесь запечатлеть.

В случае кругового отверстия — как это создается диафрагмой в объективе — часть волны вблизи центра отверстия проходит в основном без изменений, а области, близких к краям апертуры, распространяются в разных направлениях под разным углом. Большие отверстия диафрагмы позволяют большему числу волн проходить беспрепятственно, в то время как меньшие апертуры вызывают больший эффект дифракции в объективе.

Эта диаграмма показывает, как лучи света согнуты (дифрагированы), когда они проходят через круговую апертуру, чтобы создать диск Эйри.
Эта диаграмма показывает, как лучи света согнуты (дифрагированы), когда они проходят через круговую апертуру, чтобы создать диск Эйри.

Созданное компьютером изображение диска Эйри. Интенсивность серого цвета была изменена, чтобы усилить яркость внешних кругов узора Эйри. Реальный вид диска Эйри, созданный прохождением лазерного луча через точечное отверстие.

Фотография дифракционной картины, даваемой фотообъективом «Рубинар 10/1000» с двукратным конвертером «К-1».
Диск Эйри или узор Эйри — обозначение светового пятна, которое можно получить при наилучшей фокусировке идеальной оптической линзы с круговой апертурой. Неточечный характер данного пятна связан с явлением дифракции света.

Дифракционный узор, возникающий при прохождении света через равномерно освещённое круглое отверстие, имеет яркую область в центре, известную как диск Эйри. В целом дифракционный узор, включающий пятно и концентрические яркие кольца вокруг него, известен как узор Эйри. Эти явления получили название в честь Джорджа Бидделя Эйри.

Свет, проходящий через круговую апертуру, создает ряд концентрических кругов с закругленными краями в наименьшей точке, на которую может быть сфокусирован луч света. Этот шаблон известен как диск Эйри, а его диаметр зависит от длины волны освещающего света и параметра диафрагмы.

Оптически более малые отверстия диафрагмы (более f/11) будут приводить к большему падению резкости через дифракцию, чем большие, так что при диафрагмировании объектива появляются последовательно два эффекта:

  1. При уменьшении эффектов аберраций увеличивается разрешение объектива.
  2. Достигается точка, при которой дифракция вызывает некоторую потерю разрешения.

Когда увеличивается f, разрешение объектива увеличивается до достижения максимальной резкости. После этого начинает действовать дифракционное размягчение, устанавливая верхний предел разрешающей способности объектива. Между этими точками находится интервал, где эффекты дифракции и оптических аберраций настолько малы, насколько это возможно, и объектив будет обеспечивать оптимальное качество.

Возможно, это было лучшее качество, которое вы могли получить во времена пленочной фотографии. Но сегодня всё по другому. Поскольку эффекты дифракции предсказуемы, их можно исправить посредством постобработки на компьютере.

Простая нерезкая маска (инструмент предоставляющийся в большинстве редакторов изображений) может противодействовать некоторому смягчению, вызванному дифракцией. Лучшие результаты могут быть достигнуты с помощью более совершенных инструментов, таких как инструмент Smart Sharpen в Photoshop, или сторонних инструментов от Nik Software, таких как Sharpener и Dfine. 

Не ожидайте, что снимки, сделанные на f/22 будут выглядеть такими же резкими, как на f/5.6 или f/8. 

Дифракционный предел диафрагмы

Понятие дифракционный предел диафрагмы относится к параметрам апертуры объектива, при которых дифракция начинает влиять на качество изображения, однако дифракция имеет мало общего с объективом и гораздо больше зависит от размеров матрицы камеры и размеров ее пикселей. Датчики с меньшими пикселями теоретически должны быть ограничены дифракцией при более широких диафрагмах, чем те, у которых большие пиксели.

Интересно, что наименьший достижимый диаметр диска Эйри, который продиктован возможностями дизайна объектива, может быть больше пикселя матрицы фотоаппарата. Это может затруднить достижение полной разрешающей способности матрицы с любым приемлемым уровнем контрастности.

Когда вы фотографируете объекты, содержащие множество деталей, при условии, что вы используете объектив с высоким разрешением, датчик с меньшим размером пикселя, как правило, лучше передает все детали. Причина заключается в соответствии диаметров дисков Эйри, создаваемые светом, поступающим от деталей изображения, соответствуют размеру пикселя. На самом деле все изображения состоят из нескольких точек света с перекрывающимися дисками Эйри, которые имеют тенденцию смягчать изображение. Но даже когда разрешенные детали смягчаются дифракцией, если шум не сильно выражен, меньшие пиксели будут по-прежнему разрешаться так же или более подробно, чем большие пиксели при диафрагмах с малым эффектом дифракции.