Aberration يا اعوجاج چيست؟

تصويري كه توسط يك لنز عكاسي ايده آل ايجاد مي شود، بايستي واجد مشخصات زير باشد:
1- يك نقطه بايستي به صورت يك نقطه در تصوير تشكيل شود.
2- هر سطح مسطح عمود بر محور اپتيكال،بايستي به صورت يك سطح مسطح تشكيل شود.
3- تصوير ايجاد شده توسط لنز بايستي مشابه موضوع عكاسي باشد.
در خيلي مواقع لنزها بايستي در حالت باز ديافراگم بكار روند.در اينحالت لنز نه تنها نورهاي مركزي بلكه نورهاي محيطي را نيز بايد متمركز نمايد. اينحالت نيل به اهداف فوق الذكر مشكل يا غير ممكن است چون:
- لنزها داراي سطوح كروي هستند.در اينگونه سطوح ممكن است تصوير حاصل از يك نقطه تنها به صورت يك نقطه ديده نشود.
- فاصله كانوني لنز براي رنگهاي مختلف بدليل تفاوت طول موجشان ، متفاوت است.
به اينگونه موارد كه تصوير تهيه شده با موضوع عكاسي تفاوت پيدا مي كند،اصطلاحا Abberation يا اعوجاج تصوير گفته ميشود.

كلا دو گونه Aberrationوجود دارد.يكي Chromatic Aberration (اعوجاج رنگي)كه بعلت تفاوت طول موج رنگهاي مختلف نور است و ديگري Monochromatic Aberration است كه اعوجاج براي يك رنگ نور نيز رخ خواهد داد.

Chromatic Aberration
هنگامي كه نور سفيد از منشور عبور ميكند به رنگهاي هفتگانه شكسته ميشود.علت اين امر تفاوت ضريب شكست براي طول موجهاي مختلف نور است. ضريب شكست شيشه لنز نيز براي رنگهاي مختلف با طول موج هاي مختلف ، متفاوت است. اين مسئله در كناره هاي تصوير نسبت به مركز آن شديد تر است. (يعني مشكل در كناره هاي لنز نسبت به مركز بيشتر است).
دو نوع اعوجاج رنگي در لنز وجود دارد:
Axial Chormatic Aberration - يا اعوجاج رنگي محوري كه در آن فاصله كانوني رنگهاي مختلف در محور اپتيكال متفاوت است.
- chromatic difference of magnification يا اختلاف بزرگنمايي رنگي كه در آن بزرگنمايي تصوير در مناطق محيطي تصوير، بسته به طول موج رنگ، فرق ميكند.
در شكل زير، دو نوع اعوجاج رنگي نشان داده شده است:

در عمل، اعوجاج محوري رنگ، خود را به صورت محو شدن رنگها نشان ميدهد.اما اختلاف بزرگنمايي رنگي (chromatic difference of magnification يا Lateral Chromatic Magnification ) خود رابه صورت Color Fringing نشان ميدهد كه در اين حالت هاله اي از رنگ در اطراف لبه هاي اجسام موجود در تصوير ( كه طبيعتا باعث كاهش شارپ بودن تصوير ميگردد) ديده ميشود.اين حالت بيشتر در لنزهاي سوپر تله (بيش از 200 ميليمتر در فرمت 35 ميليمتري ) و يا وايد (كمتر از 20 ميليمتر در فرمت 35 ميليمتري) وجود دارد. همچنين در لبه هاي اجسامي كه با اطراف از لحاظ رنگ وروشنايي داراي كنتراست بالايي هستند ،بيشتر به چشم ميخورد.هاله هاي رنگي ايجاد شده بيشتر فيروزه اي(Cyan ) وبنفش (Magneta) هستند. اما رنگهاي قرمز ،آبي و زرد نيز ديده مي شوند. در حقيقت مي توان گفت كه برخي رنگها در تصوير نهايي در فوكوس كامل نيستند.
نكته ديگر آنكه، اين مشكل بيشتر با ديافراگم باز لنز ديده ميشود چرا كه در اينحالت از كناره هاي لنز نور بيشتري عبور ميكند.

نكته :
ممكن است در هنگام اسكن نمودن تصاوير نيز اشكال مشابهي در تصاوير ديده شود كه فرق آن با اعوجاج رنگي را مي توان متوجه شد:در اعوجاج رنگي ناشي از لنز ،بيشترين مشكل در كناره هاي تصوير است اما در مورد اسكنر تغيييرات رنگها در تمام تصوير به صورت يكنواخت پراكنده است.

راه حل:
مشكل اعوجاج رنگي (بخصوص در لنزهاي تلسكوپ كه فاصله كانوني زياد دارند )تا سالها يكي از عيوب عمده لنزها بود.نيوتون براي حل اين مشكل يك لنز خاص براي تلسكوپ ساخت بنام لنز نيوتوني معروف شد در اين سيستم براي تجمع نور ازآينه استفاده مي شد.John Dolland در سال 1758 با تركيب دو لنز توانست به يك لنز دو تكه اي( Doublet) دست يابد كه ميزان اعوجاج رنگي آن خيلي كم بود.در اين گونه لنزها كه به آنها Achromat گفته مي شود، با تركيب دو لنز از جنسهاي مختلف ، تفاوت فاصله كانوني براي دو رنگ آبي و قرمز به حدود 0.05 فاصله كانوني لنز مي رسد.با تركيب تعداد بيشتر از لنزها به ميتوان به حالتي رسيد كه هر 3 رنگ اصلي داراي فاصله كانوني يكسان باشند.امروزه در اين دسته لنزها ( APO = Apochromat ) باتركيب چندين لنز و نيز با استفاده از لنزهاي دست ساز از جنس شيشه fluorite يا ساير مواد با ضريب تفرق كم ، تقريبا مشكل اعوجاج رنگي حل شده است.

موارد زير نمونه هايي از اين گونه لنزها هستند:

APO 300mm f2.8 EX HSM Sigma
Minolta 300mm f/4 APO G AF
Contax Zeiss Apo-Makro-Planar T* 120mm f/4.0 Macro Auto Focus
Leica 280mm f/4 APO-TELYT-R Telephoto Manual Focus
Nikon Nikkor 210mm f/5.6 AM (APO Macro) ED
Canon EF 300mm f/2.8L IS USM

اما...

اما قيمت اين لنزها بسيار گران است .
اعوجاج رنگي مشكلي نيست كه به طور روزمره با آن درگير باشيد :
• اين حالت فقط در فاصله كانوني هاي زياد يا خيلي كم رخ ميدهد.
• در مورد برخي تصاوير كه داراي اجسامي با رنگهاي روشن و با كنتراست بالا با اطراف، هستند رخ ميدهد.
• بيشتر در ديافراگمهاي باز ديده مي شود.
• و از همه مهمتر اينكه در چاپهاي بسيار بزرگ جلب توجه ميكند.
اما به هر حال ممكن است با اين مشكل روبرو شويد ...

راه حل ديگر:
در اين نوشتار ما 3 روش عمده نرم افزاري را براي حل مشكل اعوجاج رنگي ارائه مي كنيم. روش اول با استفاده از فتوشاپ انجام مي شود.روش دوم با استفاده از نرم افزاري بنام Picture Window 3.1 و در نهايت روش سوم با استفاده از يك پلاگين كوچك بنام Panorama Tool قابل انجام است.
چون در منابع مختلف و معتبر، هر كدام براي اين اصلاح. روش خاصي را پيشنهاد كرده اند ،براي مقايسه بهتر يك تصوير را انتخاب كرده و مشكل اعوجاج رنگي آنرا با هر سه روش اصلاح مي كنيم و در ضمن كار به مزايا و معايب هر روش نيز خواهيم پرداخت.

روش اول :
در فتو شاپ با روشهاي گوناگوني ميتوان به اصلاح اعوجاج رنگي پرداخت كه به نظر من روش زير دقيقترين و آسانترين روش ميباشد.
به تصوير زير و مشكل اعوجاج رنگي آن دقت كنيد:در برخي كناره ها رنگ سبز و در برخي يك هاله رنگ قرمز و حتي آبي مشاهده مي كنيد.

اصول كلي اين روش انتخاب رنگهاي مزاحم و كاهش اشباع آنها در تصوير نهايي است:
ابتدا يك لايه تنظيمي از نوع Hue/Saturation ايجاد كنيد.
(Layer > New Adjustment layer > Hue/Saturation)
سپس در صفحه تنظيم Hue/Saturation ، از منوي Edit رنگ Cyan را انتخاب مي كنيم تا اشباع آنرا كم كنيم.اما چون ممكن است رنگ فيروزه اي كه در تصوير مورد نظر ما ايجاد مشكل كرده با اين رنگ انتخابي فرق داشته باشد، براي دقت بيشتر روي تصوير مي رويم و با ابزار EyeDropper رنگ فيروزه اي موجود در اطراف چراغهاي روي ديوار را انتخاب مي كنيم.
خب، قبل از تغيير اشباع اين رنگ،مي توانيم بازهم دقيقتر عمل كنيم.اگر دقت كنيد در اطراف چراغ، طيفي از چند رنگ فيروزه اي وجود دارد.براي آنكه همه آنها را با هم انتخاب كنيم كافيست كه در صفحه تنظيم Hue/Saturation روي ايكون EyeDropper با علامت مثبت كليك كرده ورنگهاي ديگر طيف فيروزه اي موجود در اطراف چراغ را نيز به انتخاب قبلي اضافه كنيم.هرجا به اشتباه رنگ ناخواسته اي را انتخاب كرديد با كليك روي آيكون EyeDropper باعلامت منفي ، آن رنگ را از انتخاب خارج نماييد.

حال با استفاده از لغزنده Saturation اشباع اين رنگها را در تصوير كم كنيد تا مناطق مورد نظرتان اصلاح شود.
اين كار را با رنگ قرمز (چرا كه در اين تصوير ما اين رنگها نيز ايجاد هاله هاي مزاحم كرده اند) تكرار كنيد.براي دقت بيشتر بهتر است كه در مورد هر رنگ يك لايه تنظيمي جديد بسازيد و اصلاح مورد نظر را انجام دهيد.
ممكن است سوال كنيد كه اگر اين اصلاحات روي رنگهاي ديگر تصوير اثر گذاشتند چه بايد كرد؟
همانگونه كه قبلا به طور مفصل در مورد لايه هاي تنظيمي گفتيم، در اين صورت مي توان لايه تنظيمي مورد نظر را انتخاب كرد و سپس با رنگ سياه روي مناطقي كه نميخواهيم اين لايه روي آنها تاثير داشته باشد رنگ كنيم.با اين كار تاثير اين اصلاح، فقط منحصر به مناطق مورد نظر شما ميشود.

همانگونه كه توجه كرديد، با اين روش توانستيم رنگهاي نواحي اعوجاج رنگي را كمرنگ كنيم تا كمتر جلب توجه كنند ،اما اين هاله ها حذف نشدند و در تصوير نهايي بصورت هاله هاي خاكستري ديده ميشوند.در نتيجه بعلت وجود همان هاله هاي كمرنگ ، تصوير غير شارپ بنظر مي رسد.البته مي توان با روشهاي ديگري در فتوشاپ اين مناطق را حذف نمود(مثلا با استفاده از Paintbrush و يك رنگ مجاور هاله وحالت Color در رنگ آميزي ) اما اين روشها بسيار وقت گير،غير دقيق و بالطبع دل آزار! خواهند بود.

روش دوم
ابزاري بنام Picture Window وجود دارد كه يكي از امكانات آن تصحيح اعوجاج رنگي تصاوير است.مكانيسم عمل اين ابزار جالب است: اشكال CA بعلت تفاوت بين محل فوكوس و در نتيجه بزرگنمايي رنگهاي مختلف رخ ميدهد و اين مسئله در مركز تصوير تقريبا ناچيز و در كناره هاي آن حداكثر است.اين ابزار مركز تصوير را در نظر ميگيرد و ميزان بزرگنمايي رنگهاي قرمز و آبي را در اطراف اين نقطه يكسان ميكند.رنگ سبز را ثابت در نظر ميگيرد چرا كه چشم انسان بيشترين حساسيت را نسبت به رنگ سبز داشته و اكثريت لنزها از لحاظ رنگ سبز مشكلي ندارند.در حقيقت محل فوكوس دو رنگ آبي و سبز را با رنگ سبز يكسان سازي مي نمايد.
براي استفاده از اين ابزار كه رايگان نيست اما يك نسخه آزمايشي 30 روزه دارد ، بهتر است با تصوير اصلي ( قبل از برش) عمل نماييد تا مركز تصوير مشخص باشد.البته اگر مركز را دقيقا بدانيد ميتوانيد هنگام كار ،محل مركز را به نرم افزار معرفي نماييد.
پس از دانلود و نصب اين نرم افزار ، تصوير مورد نطرتان را باز كنيد.سپس از منوي
Transformatin>Color>Chromatic Aberration…
وارد صفحه تنظيم آن شويد.
در قدم اول مركز تصوير تان را مشخص نماييد.اگر تصوير قبلا Crop نشده باشد لازم نيست كه آنرا تغيير دهيد.

سپس گزينه Auto را انتخاب كنيد تا پيش نمايش كارتان را در حين انجام تغييرات ببينيد.حال مي توانيد با تغيير لغزنده هاي مربوط به رنگهاي قرمز و آبي تصوير را اصلاح كنيد.با توجه به پيش نمايش ، آنقدر اين دو را تغيير دهيد كه بيشترين تطابق بين سه رنگ اصلي ايجاد شود و هاله هاي رنگي از بين بروند.در نهايت Ok را بزنيد و تصوير اصلاح شده را ذخيره نماييد.تصوير اصلاح شده را در زير مشاهده مي نماييد:

به وضوح مي توان بهبود قابل توجه آنرا مشاهده كرد.تمام هاله هاي رنگي از بين رفته اند.اگر اين تصوير را با تصوير قبلي (روش فتوشاپ ) مقايسه نماييد،متوجه مي شويد كه در روش فتوشاپ فقط توانستيم هاله هاي رنگي را تا حد امكان كمرنگ كنيم اما در اينجا اين هاله ها حذف شده اند و در نتيحه تصوير شارپتر شده است.

براي استفاده از اين ابزار توجه به نكات زير لازم است:
• اگر در تصويرتان غبار يا آثار ناخواسته ديگري وجود دارد ابتدا سعي كنيد با فتوشاپ آنها را اصلاح نماييد چراكه اعوجاج رنگي در اطراف تمام اين نقاط نيز ايجاد ميشود و بهتر است كلا آنها را حذف نماييد.
• حتما از پنجره پيش نمايش( Preview )استفاده نماييد.چرا كه در اين روش بايد خودتان ميزان تغييرات را تنظيم كنيد و اين ميزان در مورد تصاوير مختلف و لنزهاي مختلف ، متفاوت است.
• ابتدا رنگ قرمز را تنظيم نماييد تا هاله هاي رنگي قرمز/سبز فيروزه اي از بين برود.سپس رنگ آبي را تنظيم نماييد تا هاله هاي آبي/زرد حذف شوند.وقتي اين دو رنگ را با هم تنظيم كنيد ، هاله هاي سبز/بنفش نيز از بين خواهند رفت.
نكته جالب در مورد اين نرم افزار آنست كه معمولا مشكل اعوجاج رنگي همراه با barrel lens distortion نيز هست كه اين مشكل را نيز ميتوان با اين نرم افزار حل كرد:
Transformation > Geometry > Lens Distortion

ادامه اين بحث را در هفته آينده پي مي گيريم...