82. על עדשות ועצמיות 2.0, חלק ו

82. על עדשות ועצמיות 2.0, חלק ו

בחלקה השישי של סדרת הפוסטים העוסקת בעדשות ועצמיות אדון בעוד מספר סטיות של עדשות וכן בתופעת נפילת האור בקצוות (Vignetting) ובמושג הבוקה (Bokeh).

בנוסף לסטייה הכרומטית ולסטייה הספרית גם הסטיות הבאות פוגעות באיכות הדימוי שיוצרות עדשות:

Coma, הנקראת גם Comatic Aberration:

סטייה זו גורמת לנקודת אור להופיע ככוכב שביט ומכאן השם שהוענק לה. משפיעה בעיקר בקצוות המסגרת ובצמצמים פתוחים.

coma-comatic-aberration-star-example

נקודות אור ללא סטייה (משמאל) ואותן נקודות בהשפעת הסטייה הקומטית (מימין).
מקור: http://www.lonelyspeck.com

קומה נגרמת כאשר אור ממקור נקודתי יחיד העובר דרך קצוות העדשה אינו מוקרן באותו הגודל שהיה מוקרן אילו היה עובר במרכז העדשה. סטייה זו נפוצה בעדשות בעלות מפתח צמצם גדול והדרך הטובה ביותר למזער את נזקיה היא לסגור את הצמצם למספר צמצם גבוה יותר. קומה מופיעה בשתי צורות: האחת כאשר ״זנב השביט״ פונה הלאה ממרכז הדימוי, אז מדובר בקומה חיצונית. כאשר זנב השביט פונה לכיוון מרכז הדימוי המדובר בקומה פנימית.

אסטיגמטיזם (טנגנציאלי וסגיטאלי) (Tangential and Sagittal Astigmatism):

סטייה זו גורמת למקור אור נקודתי להראות בדימוי כאילו מתחו אותו לשני כיוונים:

astigmatism-star-example

משמאל מקור או נקודתי ללא סטייה. במרכז אסטיגמטיזם טנגנציאלי ומימין אסטיגמטיזם סגיטאלי
מקור: http://www.lonelyspeck.com

גם סטייה זו בולטת בעיקר בצמצמים פתוחים וסגירת הצמצם מעלימה את התופעה.

עיוות (Distortion):

עיוות נוצר כאשר עדשה מקרינה דימויים בגודל שונה של נושאים בגודל זהה. עיוות עשוי להתרחש לשני כיוונים: בעיוות חבית (Barrel Distortion) הדימוי במרכז גדול יותר מאשר בקצוות. עיוות זה נקרא גם עיוות חיובי. בעיוות כרית (Pincushion Distortion) הדימוי במרכז קטן יותר מאשר הדימוי בקצוות. עיוות זה נקרא גם עיוות שלילי.lens-distortion-graphic

עיוות חבית (משמאל) ועיוות כרית (מימין)

עצמיות מסויימות מציגות שילוב של עיוות כרית ועיוות חבית, תופעה הידועה כ״שפם״. עיוות משפיע בעיקר על אלמנטים בצילום שהם ישרים במקור. עצמיות רחבות זווית יוצרות עיוותים ניכרים כאשר הדוגמא הבולטת ביותר היא עדשת עין הדג (Fish Eye):

fisheye

עיוותים הנוצרים בעת צילום בעצמית רחבה מאד מסוג Fish Eye. מקור: https://youtu.be/5_kY6lClTvA

לרשותנו כיום כלי תוכנה מתקדמים לצורך טיפול בעיוותים, הן באמצעות Lens Profiles והן באמצעות טיפול אוטומטי וידני ע״י כלים כגון Upright ב- Lightroom. מאידך ניתן להשתמש בסטיות אלו כאמצעי חזותי בצילומים.

עיקום השדה (Field Curvature):

סטייה זו נוצרת כאשר העצמית כאילו ממקדת את האור על משטח מיקוד מעוגל מדומה ולא על פניו השטוחים של חיישן התמונה. מאחר וחיישני התמונה הינם שטוחים לחלוטין, סטייה זו תגרום לשינויים במיקוד על פני הדימוי הנוצר על פני החיישן. בד״כ פרטים בקצוות המסגרת יהיו לא חדים בעוד שפרטים במרכזה יהיו חדים. עצמיות מודרניות אינן סובלות מסטייה זו ולעיתים משתמשים בה כאמצעי חזותי. יש לסטייה זו השפעה ניכרת על צורת הפרטים באזורים שאינם בפוקוס (Bokeh).

IMG_7924

במצבי צילום מסויימים השפעת עיקום השדה על האזורים שאינם בפוקוס יוצרת אפקטים מענינים

נפילת אור בקצוות (Vignetting):

קיימים שלושה סוגי Vignetting:

א. נפילת אור פיסית-מכנית: אור החוזר מחפץ הנמצא בקצוות האזור המצולם נחסם בחלקו ע"י אביזרים המורכבים על העצמית, כמו מגן שמש לא מתאים, מסננים או אלמנטים פנימיים בתוך העצמית שיעודם הגבלת הסטייה הכרומטית ו- Flare. אם הגורם הוא חיצוני סגירת הצמצם רק תחמיר את הבעיה.

ב. נפילת אור אופטית: נוצרת ע"י העצמית. למעשה כל עצמית מעבירה יותר אור במרכז מאשר בקצוות ובעיקר בצמצמים פתוחים. עצמיות רחבות זוית יוצרות נפילת אור בקצוות מודגשת יותר מאשר עצמיות ארוכות מוקד. סגירת הצמצם תצמצם את הבעיה (סגירתו מעבר לנקודת העקיפה תפגע בחדות).

ג. נפילת אור בפיקסל: מופיעה רק במצלמות דיגיטליות והינה תוצאה של העומק של הפיקסל. אור הפוגע בפיקסל בזווית שטוחה מתפזר חלקית ואינו נקלט במלואו ע"י הפיקסל. התופעה חמורה יותר בשימוש בעצמיות רחבות זוית ובצמצמים פתוחים. התופעה פחותה בחיישנים בהם יש עדשות זעירות מעל הפיקסלים.

Picture28

השפעת סגירת הצמצם על נפילת האור בקצוות: ככל שהצמצם סגור יותר התופעה הולכת ונעלמת

גם סטייה זו ניתנת לטיפול טוב בעזרת כלי התוכנה ולעיתים נרצה אפילו להוסיף נפילת אור לצילום באופן מלאכותי כאמצעי נוסף לביטוי חזותי.

אובך (Flare) ודמות שד כפולה (Ghosting):

שתי תופעות לוואי שליליות נוספות הן היווצרות דמות כפולה ויצירת אובך הגורם לירידה בניגוד התמונה. שתי התופעות נגרמות עקב החזרות אור פנימיות בתוך המצלמה בין העצמית לכיסוי הזכוכית המבריק של חיישן התמונה (מסנן Law Pass) ןכן בין האלמנטים של העצמית לבין עצמם. ניתן לצמצם את התופעות הללו ע"י שימוש בעצמיות בעלות ציפוי מיוחד מונע החזרות. בעצמיות Super Telephoto ובעדשות אחרות בעלות קוטר גדול של האלמנט האופטי הקדמי ניתן להשתמש בכיסוי מגן קעור לפני האלמנט הקדמי (במקום בכיסוי מגן שטוח) על מנת להקטין את החזרות האור.

Lens-Flare

יצירת אובך בדימוי כתוצאה מהחזרת אור בין העצמית לחיישן. מקור: https://photographylife.com

psf_ze21_uncoated.gif

הדגמה של היווצרות אובך ודמות שד של מקור אור קטן באמצעות שימוש בעצמית ללא ציפוי מונע החזרות אור פנימיות. מקור האור נע ממרכז שדה הראיה לקצוות שלו. החזרות אור מרובות בין משטחי העדשות בעצמית יוצרות ״דמויות שד״ התלויות במיקום מקור האור.
מקור: http://lenspire.zeiss.com/en/technical-article-t-star-coating

G3K55568

היווצרות אובך בצילום

באפשרותנו לטפל באובך באמצעות כלי ה- DeHaze, המאפשר גם הוספה מלאכותית של אובך לדימוי כאמצעי חזותי.

מאמר קצר הכולל הפניה לסרטון הבוחן את השימוש ב-Lens Flare בקולנוע ניתן למצוא כאן.

מאמר מקיף מאד בנושא Lens Flare ניתן למצוא כאן.

מאמר מקיף העוסק בסטיות של עדשות וכולל גם הסבר לגבי בחינת מידת הסטייה ניתן לקרוא כאן.

בוקה (Bokeh):

הבוקה (מיפנית: לא בפוקוס, מטושטש) הינו מונח המשמש לתאור המראה של האזורים שאינם בפוקוס בדימוי הצילומי. תאור זה הינו איכותי ולא כמותי. הבוקה נחשב כאחד ממדדי האיכות של עצמיות למרות שכאמור לא ניתן למדוד אותו אלא להתייחס איליו באופן מילולי בלבד.

Microsoft PowerPointScreenSnapz004

א. בוקה רע מופיע בד"כ בצורת דונט: טבעת בהירה מקיפה אזור מרכזי כהה יותר

ב. בוקה נייטרלי: האור מפוזר באופן אחיד ומוגדר בבירור

ג. בוקה טוב: האור מפוזר באופן אחיד ונעלם ברכות

Picture29

השוואה בין הבוקה שיוצרות שתי עצמיות שונות

הבוקה תלוי בתנאי הצילום, במרחק הצילום, בצמצם ובמאפייני העצמית, בעיקר במידת הסטייה הספרית שלה.

Picture30

 צילום בצמצם 4 ובצמצם 22: אפשר לומר כ לעצמית זו בוקה ״טוב״ שהינו ״נעים״ לעין

Picture31

דוגמא לבוקה גרוע שאינו נעים לעין: נוצרה הכפלה של קווי מתאר

Picture32

דוגמא לצילום עם בוקה בצורת טבעות בצל: אפייני לעדשות א-ספריות שיוצרו בטכנולוגיית
(PMO (Precision Molding Optics: פני השטח של תבניות הייצור אינם חלקים מספיק וגורמים לחספוס של פני העדשה. התופעה איננה קיימת בעדשות א-ספריות שיוצרו באמצעות ליטוש, שיטה יקרה יותר.

defocus lens

Picture33

AF DC-Nikkor 135mm f/2D: f/2, חוגת ה- Defocus ממצב F עד מצב R

בסופו של דבר הבוקה הוא ענין סובייקטיבי וכאשר בוחנים עצמית מומלץ לבדוק את מראה הבוקה שהיא יוצרת בצמצמים שונים ובמרחקי צילום שונים ואם המדובר בעצמית זום גם באורכי מוקד שונים כדי לבדוק האם אופי הבוקה של עצמית זו הוא לטעמנו.

בחלק השביעי והאחרון של סדרה זו אדון בנושאים הבאים:

12. MTF, מדד DxOMark לאיכות של עצמיות
13. שיקולים בבחירת עצמיות
14. מספר מחשבות על עצמיות בכלל…

מודעות פרסומת

81. על עדשות ועצמיות 2.0, חלק ה

81. על עדשות ועצמיות 2.0, חלק ה

בחלקה החמישי של סדרה זו אדון בשתי סטיות של עצמיות: סטייה צבעונית וסטייה כדורית.

עדשות מיוצרות מזכוכית אופטית (משני סוגים עיקריים: Crown Glass ו- Flint Glass) שעברה שורה של תהליכי יצור המבטיחים חופש מנוכחות פגמים (Stria) הפוגמים בניקיונה ובצבעה של הזכוכית.

סרטון מענין על עדשות ועצמיות תמצאו כאן

סדרה מענינת של שלושה סרטונים המתארים את תהליך הייצור של עדשות ועצמיות תמצאו כאן:
חלק א, חלק ב, חלק ג.

העדשה והעצמית האידיאליות היו מקרינות את דימוי הנושא על חיישן התמונה בדיוק כפי שהוא במציאות, כלומר כל קרן אור היתה מתכנסת בדיוק לאותה נקודה על מישור הדמות ליצירת דמות בהירה וישרה. אולם למרות כל המאמצים המושקעים על מנת להשיג את העצמית האידיאלית המושג הזה למעשה איננו קיים. כל עדשה וכל עצמית סובלת מסטיות מסויימות שאת חלקן אסקור בהמשך. בסופו של דבר ההבדל באיכות בין עצמיות שונות בא לידי ביטוי במידת החופש שלהן מסטיות. עצמית איכותית יותר (ויקרה יותר) תסבול מסטיות במידה נמוכה יותר מאשר עצמית פחות איכותית (וזולה יותר). פעמים רבות עצמיות איכותיות יותר תהיינה גם גדולות וכבדות יותר מאשר עצמיות פחות איכותיות. מעבר לאיכות האופטית, ישנה חשיבות גם לאיכות המכנית והאלקטרונית של העצמית: מכלולי המיקוד, הזום, הצמצם והייצוב וכן איכות הרכיבים האלקטרוניים והמגעים המשמשים לצורך תקשורת עם גוף המצלמה.

בחרתי להתייחס כאן לסטיות האופטיות הבאות ולאמצעים להפחתתן:

בפוסט זה, מס׳ 81:

  1. סטייה צבעונית Chromatic Aberration
  2. סטייה כדורית  Spheric Aberration

בפוסט מס׳ 82:

  1. קומה Coma
  2. אסטיגמטיזם Astigmatism
  3. עיקום השדה Curvature of Field
  4. עיוות Distortion

כמו כן אתייחס לנפילת אור בקצוות הדימוי (Vignetting) הנגרמת משלוש סיבות שונות וכן לבוקה (Bokeh) שהוא מראה האזורים שאינם בפוקוס.

סטייה צבעונית  Chromatic Aberration:

סטייה זו נגרמת כתוצאה מכך שלא כל אורכי הגל של האור הנראה בתחומים אדום, כחול וירוק מתמקדים באותה הנקודה על מישור הדמות (חיישן התמונה). התופעה מתרחשת גם על הציר האופטי של העצמית וגם מצידיו ובאה לידי ביטוי בטשטוש הדמות ע״י יצירת שוליים צבעוניים באזורים מסויימים בדמות.

הסטייה הכרומטית באה לידי ביטוי בשני אופנים שונים:

  1. סטייה כרומטית אורכית (Longitudinal Chromatic Aberration):  שגיאה במיקוד המתקבלת כאשר אור באורכי גל שונים מאותה נקודה בנושא נשברים ומתמקדים על פני מספר מישורים לאורך הציר האופטי של העדשה.
  2. סטייה כרומטית צידית (Lateral Chromatic Aberration) הינה שגיאה בהגדלה, הנוצרת כאשר אורכי גל שונים של אור המגיע מקצוות הנושא מתפזרים באופן שונה מן הצדדים הנגדיים של הצמצם.

CAB

השוואה בין שני הסוגים של הסטייה הכרומטית
מקור: http://www.handprint.com

הסטייה הכרומטית נחשבת כסטייה הבולטת ביותר של עדשות מבחינה חזותית וניסיונות לצמצם את השפעתה נעשו כבר משלב מוקדם. מאמצים אלו הביאו לפיתוח סוגי זכוכית אופטית חדשים כבר במאה ה- 19. כיום ניתן לצמצם את הבעיה ע"י שימוש בזכוכית אופטית מיוחדת מסוג ED) Extra Low Dispersion) או UD) Ultra Low Dispersion). עצמיות איכותיות מבוססות על אלמנטים מזכוכית ED או UD המוצמדים לאלמנטים הרגילים. פתרון זה גורם להעלאת משקל העצמית. עצמיות המתוקנות לסטייה הכרומטית נקראות עצמיות אפו-כרומטיות (Apo Chromatic).

chromatic

סטייה כרומטית בעדשה רגילה (משמאל) ובעדשה העשוייה מזכוכית ED (מימין)

Picture22
כך תראה דמות שצולמה בעצמית שאיננה מתוקנת לסטייה הכרומטית

Picture23
דמות ללא סטייה כרומטית (מימין) ועם סטייה כרומטית (משמאל)

בנוסף לשימוש באלמנטים מסוג ED או UD הוכנסו לאחרונה לשימוש גם אלמנטים אופטיים מסוג
(Phase Fresnel (PF (בעדשות Nikkor) או (Diffractive Optics (DO (בעדשות Canon). אלמנטים אופטיים מסוג זה מאפשרים הפחתה ניכרת בסטייה הכרומטית ע"י שימוש בתופעת העקיפה: כאשר אור פוגש מכשול הוא נוטה לעקוף  את המכשול  ע"י מעבר מסביבו או מאחוריו. כתוצאה מכך נוצר פיזור צבעוני (Chromatic Dispersion) בסדר הפוך לפיזור הצבעוני הנוצר בעת שאור נשבר. ע"י כך ניתן לבטל במידה ניכרת את הסטייה הכרומטית. טכנולוגיה זו מאפשרת הקטנת העדשות והפחתת משקלן באופן ניכר. עם זאת, השימוש באלמנטים אלו עשוי לגרום להופעת אובך בצורת טבעות צבעוניות כאשר אור חזק נכלל בתוך מסגרת הצילום או כאשר אור חזק מגיע לעדשה מחוץ למסגרת. ניתן לטפל בתופעה שלילית זו באמצעות עיבוד דיגיטלי בתוכנות העיבוד לקבצי RAW.
דוגמאות לעצמיות מסוג זה: AF-S NIKKOR 300mm f/4E PF ED VR
Canon EF 70–300mm f/4.5–5.6 DO IS USM

Picture24הדגמת הפעולה של עדשות מתוצרת Canon עם אלמנטים מסוג DO

טכנולוגיה חדשה נוספת לטיפול בסטייה הכרומטית היא BR, גם היא מבית Canon. בשיטה זו מכניסים אלמנט מיוחד העשוי מחומר אורגני המשנה במידה ניכרת את השבירה של אור כחול. עצמית חדשה ראשונה בה נכלל אלמנט כזה היא  Canon EF 35mm f/1/4L II USM.

SafariScreenSnapz013

שבירת האור הכחול בעדשה רגילה (משמאל) לעומת עדשת BR

SafariScreenSnapz014

השוואה בין מידת הסטייה הכרומטית בעדשה רגילה לעומת עדשה בה משולב אלמנט BR

בסרטון המציג את השיטה ניתן לצפות כאן.

למרות שכיום עומדים לרשותנו כלי תוכנה חזקים להסרת סטיה כרומטית עדיף שהדימוי האופטי המקורי יהיה נקי מסטייה זו ככל שניתן. זו הסיבה שיצרני העצמיות עדיין משקיעים לא מעט מאמצים בפיתוח טכנולוגיות חדשות לטיפול בסטייה זו.

סטייה כדורית Spheric Aberration:

סטייה כדורית באה לידי ביטוי כבעייה במיקוד הנגרמת כאשר קרני אור המקבילות לציר האופטי של העדשה מתמקדות במרחק שונה מאשר קרניים שאינן מקבילות לציר האופטי של העדשה. התופעה נגרמת מאחר ועצמיות בעלות שטח פנים כדורי (ספרי) אינן ממקדות את כל קרני האור בנקודה אחת, דבר היוצר טשטוש. תופעה זו, הנקראת סטייה ספרית, ניתנת לתיקון בעזרת עדשות שפני השטח שלהן א-ספריות, כלומר אינן עגולות. עדשות אלו  קשות יותר לייצור ולכן יקרות יותר.

Picture25עדשה ספרית (משמאל) לעומת עדשה א-ספרית (מימין)

תופעת לוואי מענינת לשימוש בעצמיות ספריות היא הסטת המיקוד (Focus Shift). התופעה באה לידי ביטוי בהסטת המיקוד עם סגירת הצמצם:

Microsoft PowerPointScreenSnapz003

בעדשה ספרית קרני האור המגיעות מקצוות העדשה מתמקדות באזור הקרוב יותר לעדשה (a) מאשר קרני אור המגיעות ממרכז העדשה (c). הנקודה b מהווה אזור של מיקוד מיטבי (Circle of Least Confusion). אולם, עם סגירת הצמצם יוסט המיקוד לנקודה d מאחר וקרני האור מקצוות העדשה לא יגיעו לחיישן. ולכן אם המיקוד בוצע בצמצם פתוח והצילום בצמצם סגור תהיה סטייה במיקוד והצילום לא יהיה חד במקום בו ציפינו לחדות מירבית. כלומר, התופעה גורמת להסטת מיקום המיקוד קדימה, למקום רחוק יותר מן המצלמה.

Picture27

שימו לב לשינוי במיקוד הדמות עקב הסטייה הספרית: במרכז המיקוד הוא בנקודת המיקוד המיטבית כפי שהוסבר בדוגמא הקודמת, מימין סטיה של 5+ מ"מ במרחק החיישן ומשמאל סטייה של 5- מ"מ במרחק החיישן.

השפעת הסטייה הספרית הינה מונוכרומטית לעומת האפקט הצבעוני (כרומטי) של הסטייה הכרומטית.

בפוסט הבא אדון במספר סטיות נוספות.

עדכון 9.9.16: סרטון וידאו קצר של Canon הממחיש את הסטיות העיקריות ואופן תיקונן