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…

2. מבט על עדשות: נפילת אור בקצוות המסגרת ועקיפה

בפוסט זה אתייחס לשתי תופעות מטרידות בהן צלמים נתקלים מידי יום: נפילת אור בקצוות המסגרת (Vignetting) ועקיפה (Diffraction). התופעה הראשונה נובעת ממספר סיבות כפי שאסביר בהמשך אולם קל מאד למנוע אותה מראש ולטפל בה לאחר הצילום. התופעה השנייה, עקיפה, כמעט שלא ניתנת לטיפול לאחר הצילום אולם ניתנת למניעה מראש אם מבינים את הגורמים לה וכיצד גורמים אלו באים לידי ביטוי במצלמה האישית של כל אחד מאיתנו.

במקרים מסויימים ניתן לזהות נפילת אור בקצוות המסגרת  כבר בזמן הצפייה במחפש לפני הצילום. ניתן גם לזהות תופעה זו בקלות בעת הצפייה בצילומים על צג המצלמה.

לעומת זאת, את השפעותיה השליליות של העקיפה נגלה בד״כ רק בעת העיבוד של הקבצים ע״י המחשב בעת צפייה בהגדלה.

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.

נפילת אור פיסית מכנית

ב. נפילת אור אופטית: נוצרת ע"י העצמית. סוג זה הוא הנפוץ והמטריד ביותר מאחר והרבה יותר קל  לראותו על צג המצלמה מאשר  על נגטיב. 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).

נפילת אור אופטית
נפילת אור אופטית כתלות בצמצם

נפילת אור אופטית ניתנת לתיקון פשוט בתוכנות לעיבוד תמונה כדוגמת LR ו- Photoshop. בתוכנות אלו מובנים פרופילים של עדשות רבות המאפשרים (בין היתר) תיקון של נפילת האור האפטית האפיינית לכל עדשה בכל צמצם:

נפילת אור אופטית לפני תיקון

נפילת אור אופטית לאחר התיקון

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.

מימין: קרני האור פוגעות בדופן הפיקסל, חלק מן האור אובד. משמאל: כל האור מגיע לפיקסל

נעבור לתופעת העקיפה, שלה הסבר פיסיקלי מעט מורכב אולם שווה להתאמץ ולהבין אותה מאחר ולאי הבנתה עשויה להיות השפעה שלילית ניכרת על האיכות הטכנית  של הצילומים של כולנו. תמיד מדהים אותי לגלות מחדש עד כמה המודעות לתופעה זו כמעט ואיננה קיימת אצל צלמים רבים. לאחר הקריאה, אני ממליץ מאד לכל מי שטרם בדק את הענין לבצע בדיקה פשוטה במצלמה שלו: הציבו את המצלמה על חצובה, בחרו נושא כל שהוא בעל פרטים מרובים, בצעו מיקוד ידני (חשוב!) על נקודה כל שהיא במרחב הנושא ובצעו סדרת חשיפות בצמצמים משתנים למן הצמצם הפתוח ביותר ועד הסגור ביותר (אין חשיבות לסוג העדשה בה תשתמשו לבדיקה). התאימו את מהירות הסגר הדרושה לכל צמצם כדי לשמור על חשיפה קבועה. לאחר הצילום השוו את הצילומים זה לזה ותבינו מיד היכן נכנסת העקיפה לפעולה. מאחר ולעקיפה יש קשר לגודל הפיקסל בחיישן התמונה שבמצלמה שלכם תוצאות הבדיקה רלבנטיות למצלמה זו בלבד. אם ברשותכם מצלמות נוספות מומלץ לבצע את הבדיקה בכולן באופן דומה. בהצלחה וצילום נעים!

תופעת העקיפה אינה יחודית לצילום דיגיטלי אלא מהוה הפרעה אופטית אוניברסלית
הקשורה לצמצם ולאורך הגל של האור. בצילום דיגיטלי מתקשרת התופעה גם לגודל
הפיקסל. מן ההיבט החזותי, העקיפה פוגעת ברזולוציית הדמות.

מאחר וצלמים בד"כ נוטים להשתמש  בצמצמים סגורים על מנת לקבל עומק שדה רב בצמצם מסוים ריכוך התמונה כתוצאה  מן העקיפה יבטל את תוספת החדות שמקורה בעומק שדה גדול יותר.  כאשר תופעה זו מתרחשת האופטיקה בה אנו משתמשים היגיעה  לנקודה בה היא מוגבלת ע"י העקיפה.

הבנת התופעה ומציאת הצמצם בו היא מתחילה להשפיע חשובה על מנת לשפר את איכות הצילום ולמנוע חשיפות  ארוכות מיותרות בצמצמים סגורים מדי או שימוש ב-ISO  גבוה מדי ללא צורך אמיתי.

קרני אור מקבילות העוברות דרך חריר קטן מתחילות לסטות ולפעול זו על זו  (Interference). תופעה זו מחמירה ככל שקוטר החריר קטן ביחס לאורך הגל של האור העובר דרכו, אולם באופן כללי התופעה קיימת במידת מה בכל קוטר חריר בשילוב עם מקור אור ממוקד.

מהלך קרני האור בצמצם גדול (פתוח, משמאל) ובצמצם קטן (סגור, מימין)

מאחר וקרני האור המוסטות כעת נעות למרחקים שונים, חלק מהן מאבד את הסינכרון עם האחרות יוצא מפאזה (Out of Phase) ומתאבך (Interfere) עם האחרות. כתוצאה מכך עוצמת האור עולה באזורים מסוימים ונחלשת או אף מתבטלת לחלוטין באזורים אחרים.

ההתאבכות יוצרת דפוס עקיפה בעל עצמת אור מירבית במקום שהמשרעות (Amplitudes) של גלי האור מתחברות ועצמת אור חלשה יותר במקום בו הן מתחסרות, עד מצב של העדר אור במקום בו המשרעות מבטלות זו את זו לחלוטין (המשרעת Amplitude או "גובה" הגל קובעת את בהירות האור). אם היינו מודדים את עוצמות האור המתקבלות התוצאה היתה נראית כך:

צילום בצמצם 8, מראה כללי
צילום בצמצם 8, הגדלה ל- 100%
צילום בצמצם 22, הגדלה ל- 100%
השפעת הצמצם על העקיפה, צמצמים 5.6-45
צילום בצמצם 2.8, מראה כללי
קטע מאותו הצילום בהגדלה 100%, בצמצמים 2.8-32

למרות שהעקיפה תלויה בקוטר הצמצם (וגם באורך הגל של האור), יש לה השפעה שונה בהתאם לגודל הפיקסל, כפי שניתן לראות באיור הבא:

בחיישני תמונה בעלי פיקסלים קטנים השפעת העקיפה תהיה מורגשת יותר מאשר בחיישנים בעלי פיקסלים גדולים יותר

ולסיום:

האם גודלה של דיסקת איירי (כתם או עיגול האור הממוקד ביותר, ולכן הקטן ביותר, המתקבל על ידי עדשה אידיאלית) תלוי באורך המוקד של העצמית? הגודל הפיסי של הצמצמים בעצמיות ארוכות מוקד גדול יותר מאשר בעצמיות קצרות יותר ולמרות זאת התשובה לשאלה הנ"ל שלילית! ההסבר נעוץ בעובדה שהמרחק בין הצמצם למישור המוקד עולה גם הוא ככל שאורך המוקד עולה, וכך דיסקת איירי מתפזרת על פני מרחק גדול יותר. כתוצאה מכך שני האפקטים (הגודל הפיסי של הצמצם והשפעת אורך המוקד) מבטלים זה את זה ולכן גודלה של דיסקת איירי תלוי רק במספר הצמצם, המתאר את היחס בין אורך המוקד של העצמית לבין הקוטר הפיסי של הצמצם, ובאורך הגל של האור.