Aberracja chromatyczna: podłużna i poprzeczna

Barwa zmienia dwie rzeczy naraz

Z Rozdziału 2 wiemy, że szkło zagina błękit mocniej niż czerwień. Z tego jednego faktu wynikają dwie osobne konsekwencje, a nierozróżnianie ich jest źródłem większości nieporozumień wokół „kolorowych obwódek”.

Pierwsza jest oczywista: skoro błękit zagina się mocniej, to ma krótszą ogniskową. Każda barwa skupia się więc w innej odległości od obiektywu. To jest aberracja chromatyczna podłużna, w skrócie LoCA — od longitudinal.

Druga jest mniej oczywista i dotyczy punktów leżących poza osią. Skoro każda barwa ma inną ogniskową, to każda daje obraz o innym powiększeniu — trzy kanały rejestrują tę samą scenę w trzech nieco różnych skalach. To jest aberracja poprzeczna, TCA, od transverse.

Zwróć uwagę na symetrię tego podziału, bo jest dokładnie taka sama jak w tabeli z Dodatku F: jedna wada zależy od źrenicy i nie zależy od pola, druga odwrotnie. Stąd wynikają oba testy praktyczne, i stąd wynika, że są niezawodne — nie da się pomylić wady, która jest w środku kadru, z wadą, której w środku kadru z definicji nie ma.

Warto od razu zaznaczyć, że żadna z nich nie jest na liście Seidela. Piątka z Dodatku F opisuje wady wynikające z kąta i obowiązuje dla światła jednobarwnego; te dwie wynikają z długości fali i istniałyby nawet w układzie idealnie skorygowanym geometrycznie. Są osobnym rodzajem problemu i mają osobne lekarstwa — o czym w Rozdziale 15.

Jest też różnica w tym, jak łatwo je zauważyć. Podłużna daje efekt barwny, ale miękki — obwódkę rozmytą razem z całym krążkiem. Poprzeczna daje efekt ostry i cienki — kolorową kreskę o szerokości jednego czy dwóch pikseli, przyklejoną do kontrastowej krawędzi. Pierwszą widać na podglądzie, drugą zwykle dopiero po powiększeniu do stu procent, i dlatego bywa przeoczona aż do kontroli jakości.

Dlaczego obwódka ma akurat te dwa kolory

Aberracja podłużna pokazuje się na nieostrych światłach jako barwna obwódka wokół krążka. Wygląda przypadkowo, a jest ściśle uporządkowana: przed płaszczyzną ostrości magenta, za nią zieleń. Zawsze w tej kolejności i zawsze tymi dwoma kolorami.

Dlaczego akurat tymi? Bo obiektyw jest achromatem. Z Dodatku A wiemy, że achromat sprowadza do wspólnego ogniska dwie barwy — czerwoną i niebieską — a zielona zostaje osobno, nieco bliżej obiektywu. Ta resztka nazywa się widmem wtórnym i to ona rysuje obwódki.

Reszta jest już geometrią. Skoro zieleń skupia się bliżej, to dla obiektu za płaszczyzną ostrości zdążyła się rozejść najbardziej — więc jej krążek jest największy i widać go jako zielony brzeg. Dla obiektu przed płaszczyzną jest odwrotnie: zieleń jeszcze się nie zeszła tak szeroko jak pozostałe, więc na zewnątrz wychodzą czerwień i błękit razem, a czerwień plus błękit to magenta.

Z tego samego rachunku wynika reakcja na przysłonę. Rozjazd ognisk jest stały, ale szerokość krążka maleje z przymykaniem — więc różnica między kanałami robi się coraz mniejszym ułamkiem całości i obwódka blednie. Dwie działki zwykle wystarczają, żeby zniknęła z materiału.

Stąd bierze się obserwacja, którą łatwo pomylić z wadą wykonania: im jaśniejszy obiektyw, tym gorsza obwódka. Nie dlatego, że jest gorzej zrobiony — dlatego, że w ogóle da się go otworzyć tak szeroko. Ta sama konstrukcja przymknięta do f/4 nie pokazuje nic. Obiektyw o maksymalnej jasności f/4 nie ma więc przewagi konstrukcyjnej, tylko po prostu nie ma nastawy, przy której problem by się ujawnił.

W materiale LoCA szuka się w trzech miejscach, i prawie zawsze się ją tam znajduje przy pełnym otworze: na odblaskach — chromie, szkle, mokrym asfalcie; na włosach pod światło, gdzie każdy pojedynczy włos jest cienkim jasnym obiektem na ciemnym tle; oraz na gałęziach na tle nieba. Wszystkie trzy mają wspólną cechę: bardzo duży kontrast na małym obiekcie tuż poza płaszczyzną ostrości.

Ile dokładnie wynosi rozjazd ognisk dla typowego szkła i dlaczego achromat zbiega tylko dwa kolory — Dodatek AG.

Kolorowa krawędź w rogu kadru

Poprzeczna zachowuje się zupełnie inaczej i widać ją w innym miejscu. W środku kadru nie ma jej wcale — trzy kanały o różnej skali pokrywają się dokładnie w punkcie, wokół którego są skalowane. Im dalej od środka, tym bardziej się rozjeżdżają.

Na obrazie objawia się to barwną krawędzią wzdłuż kontrastowych granic, i to krawędzią ustawioną promieniście: po jednej stronie ciemnego obiektu widać obwódkę cyjanową, po drugiej czerwoną, a linia łącząca je celuje w środek kadru. To jest jej podpis rozpoznawczy — obwódka LoCA otacza punkt ze wszystkich stron, obwódka TCA leży tylko na dwóch przeciwnych brzegach.

Ta regularność jest dobrą wiadomością. Rozjazd zależy wyłącznie od odległości od środka kadru, więc daje się opisać tą samą matematyką co dystorsja z Rozdziału 13 — tylko osobno dla każdego kanału. A skoro daje się opisać, to daje się odwrócić.

Skala zjawiska bywa zaskoczeniem w drugą stronę niż przy dystorsji. Rozjazd w rogu kadru dobrego szkła stałoogniskowego to ułamek piksela; przeciętny zoom na szerokim końcu daje w rogu dwa do trzech pikseli przy 4K. Brzmi to niegroźnie, dopóki nie zestawi się tego z tym, że kontrastowa krawędź ma szerokość jednego–dwóch pikseli — a wtedy okazuje się, że obwódka jest szersza od samej krawędzi i czyta się jako kolorowa kreska, a nie jako subtelna nieostrość.

Najgorzej wypadają zoomy na krótkim końcu i tanie szerokie kąty, czyli dokładnie te same konstrukcje, które mają najwięcej dystorsji. Nie jest to zbieg okoliczności: obie wady rosną z kątem, pod jakim światło przechodzi przez układ, więc konstrukcja walcząca z jedną zwykle walczy i z drugą. Obiektyw o dobrze skorygowanej dystorsji ma zwykle też małą TCA, i odwrotnie — co bywa użyteczną wskazówką przy ocenie nieznanego szkła.

Co z tym zrobić w compie i w rendererze

Podział na dwie wady ma bezpośrednie przełożenie na to, co da się z nimi zrobić po fakcie — i przełożenie to jest ostre, bez półśrodków.

TCA naprawia się w pełni. Wystarczy przeskalować kanał czerwony i niebieski względem zielonego wokół środka kadru, o ułamek procenta. Każdy pakiet do wywoływania i każdy comp ma na to narzędzie, a wynik jest praktycznie doskonały, bo operacja jest odwrotnością tego, co zrobił obiektyw. Kosztuje jedną interpolację na dwóch kanałach.

LoCA nie naprawia się wcale. Nie jest przesunięciem ani przeskalowaniem — jest różnicą rozmycia między kanałami. Kanał, który był szerszy, stracił detal bezpowrotnie; nie ma czego przesunąć z powrotem. Narzędzia opisane jako „usuwanie fioletowej obwódki” nie odwracają jej, tylko odbarwiają — wykrywają obwódkę i ściągają jej nasycenie do zera. Detal nie wraca, znika tylko kolor.

W rendererze obie wady nie występują, i to z tej samej przyczyny, co brak dyfrakcji w Rozdziale 10: promień nie ma długości fali. Kamera RGB traktuje trzy kanały identycznie, więc skupia je w tym samym miejscu i w tej samej skali.

Dokładanie ich jest natomiast tanie i warto znać właściwą kolejność. TCA robi się przeskalowaniem kanałów — o ułamek procenta, bo prawdziwe wartości są małe. LoCA robi się osobnym rozmyciem kanału zielonego, sterowanym mapą głębi, tak żeby przed płaszczyzną ostrości był węższy, a za nią szerszy. Jeśli dokładasz oba, TCA idzie na końcu — bo w prawdziwym obiektywie skala kanałów jest własnością obrazu, a nie rozmycia.

Ostatnie pole tej tabeli warto przeczytać uważnie, bo bywa mylące. Obwódka, która siedzi w środku kadru i nie reaguje na przysłonę, nie jest żadną z tych dwóch wad — najprawdopodobniej pochodzi z matrycy albo z demozaikowania, a nie ze szkła. To rozróżnienie decyduje o tym, gdzie szukać rozwiązania, i dlatego warto zrobić oba testy, zanim sięgnie się po jakiekolwiek narzędzie.