In der Optik ist chromatische Aberration (CA, auch genannt achromatism oder chromatische Verzerrung) ein Typ der Verzerrung, in der es einen Misserfolg einer Linse gibt, alle Farben zu demselben Summenpunkt einzustellen. Es kommt vor, weil Linsen einen verschiedenen Brechungsindex für verschiedene Wellenlängen des Lichtes (die Streuung der Linse) haben. Der Brechungsindex nimmt mit der zunehmenden Wellenlänge ab.

Chromatische Aberration äußert sich als "Fransen" der Farbe entlang Grenzen, die dunkle und helle Teile des Images trennen, weil jede Farbe im optischen Spektrum an einem einzelnen allgemeinen Punkt nicht eingestellt werden kann. Da die im Brennpunkt stehende Länge f einer Linse vom Brechungsindex n abhängig ist, werden verschiedene Wellenlängen des Lichtes auf verschiedene Positionen eingestellt.

Typen

Es gibt zwei Typen der chromatischen Aberration, axial (längs gerichtet), und querlaufend (seitlich). Axiale Abweichung kommt vor, wenn verschiedene Wellenlängen des Lichtes in verschiedenen Entfernungen von der Linse, d. h. verschiedenen Punkten auf der optischen Achse (Fokus-Verschiebung) eingestellt werden. Querabweichung kommt vor, wenn verschiedene Wellenlängen an verschiedenen Positionen im im Brennpunkt stehenden Flugzeug eingestellt werden (weil sich die Vergrößerung und/oder Verzerrung der Linse auch mit der Wellenlänge ändern; angezeigt in Graphen als (ändern sich in) Fokus-Länge). Das Akronym wird LCA verwendet, aber zweideutig, und kann sich entweder auf längs gerichteten oder auf seitlichen CA beziehen; für die Klarheit verwendet dieser Artikel "axial" (Verschiebung in der Richtung auf die optische Achse), und "querlaufend" (wechseln Sie Senkrechte zur optischen Achse, im Flugzeug des Sensors oder Films aus).

Diese zwei Typen haben verschiedene Eigenschaften, und können zusammen vorkommen. Axialer CA kommt überall im Image vor, und wird durch das Aufhören unten reduziert (das vergrößert Tiefe des Feldes so, obwohl der verschiedene Wellenlänge-Fokus in verschiedenen Entfernungen, sie noch im annehmbaren Fokus sind). Querlaufender CA kommt im Zentrum nicht vor, und nimmt zum Rand zu, aber wird durch das Aufhören unten nicht betroffen.

In Digitalsensoren läuft axialer CA auf die roten und blauen Flugzeuge hinaus, die defocused sind (das Annehmen, dass das grüne Flugzeug im Fokus ist), der zum Heilmittel in der Postverarbeitung relativ schwierig ist, während querlaufend, läuft CA auf die roten, grünen und blauen Flugzeuge hinaus, die an der verschiedenen Vergrößerung (Vergrößerung sind, die sich entlang Radien, als in der geometrischen Verzerrung ändert), und kann durch das radiale Schuppen der Flugzeuge passend korrigiert werden, so stellen sie sich auf.

Minimierung

Im frühsten Gebrauch von Linsen wurde chromatische Aberration durch die Erhöhung der im Brennpunkt stehenden Länge der Linse wo möglich reduziert. Zum Beispiel konnte das auf äußerst lange Fernrohre wie die sehr langen Luftfernrohre des 17. Jahrhunderts hinauslaufen. Die Theorien von Isaac Newton über das weiße Licht, das aus einem Spektrum von Farben wird zusammensetzt, haben ihn zum Beschluss geführt, dass die unebene Brechung des Lichtes chromatische Aberration verursacht hat (ihn dazu bringend, das erste nachdenkende Fernrohr, sein Newtonisches Fernrohr, 1668 zu bauen).

Dort besteht ein Punkt hat den Kreis von kleinster Verwirrung genannt, wo chromatische Aberration minimiert werden kann. Es kann weiter durch das Verwenden einer achromatischen Linse oder achromat minimiert werden, in dem Materialien mit der sich unterscheidenden Streuung zusammen gesammelt werden, um eine zusammengesetzte Linse zu bilden. Der allgemeinste Typ ist eine achromatische Dublette mit Elementen, die aus der Krone und dem Zündstein-Glas gemacht sind. Das reduziert den Betrag der chromatischen Aberration über eine bestimmte Reihe von Wellenlängen, obwohl es vollkommene Korrektur nicht erzeugt. Durch das Kombinieren von mehr als zwei Linsen der verschiedenen Zusammensetzung kann der Grad der Korrektur weiter, wie gesehen, in einer apochromatic Linse oder apochromat vergrößert werden. Bemerken Sie, dass sich "achromat" und "apochromat" auf den Typ der Korrektur (2 oder 3 Wellenlängen richtig eingestellt), nicht der Grad beziehen (wie defocused, der die anderen Wellenlängen sind), und ein mit dem genug niedrigen Streuungsglas gemachter achromat bedeutsam bessere Korrektur nachgeben kann als ein mit dem herkömmlicheren Glas gemachter achromat. Ähnlich ist der Vorteil von apochromats nicht einfach, dass sie 3 Wellenlängen scharf einstellen, aber dass ihr Fehler auf anderer Wellenlänge auch ziemlich klein ist.

Viele Typen des Glases sind entwickelt worden, um chromatische Aberration zu reduzieren. Das ist niedriges Streuungsglas, am meisten namentlich, Brille, die fluorite enthält. Diese gekreuzte Brille hat eine sehr niedrige Stufe der optischen Streuung; nur zwei kompilierte aus diesen Substanzen gemachte Linsen können ein hohes Niveau der Korrektur nachgeben.

Der Gebrauch von achromats war ein wichtiger Schritt in der Entwicklung des optischen Mikroskops und in Fernrohren.

Eine Alternative zu achromatischen Dubletten ist der Gebrauch von diffractive optischen Elementen. Diffractive optische Elemente haben Ergänzungsstreuungseigenschaften zu dieser der optischen Brille und des Plastiks. Im sichtbaren Teil des Spektrums haben diffractives eine Zahl von Abbe 3.5. Diffractive optische Elemente kann mit Diamantdrehen-Techniken fabriziert werden.

Mathematik der Minimierung der chromatischen Aberration

Für eine Dublette, die aus zwei dünnen Linsen im Kontakt besteht, wird die Zahl von Abbe der Linse-Materialien verwendet, um die richtige im Brennpunkt stehende Länge der Linsen zu berechnen, um Korrektur der chromatischen Aberration zu sichern. Wenn die im Brennpunkt stehenden Längen der zwei Linsen für das Licht an der gelben Fraunhofer D-Linie (589.2 nm) f und f sind, dann kommt beste Korrektur für die Bedingung vor:

wo V und V die Zahlen von Abbe der Materialien der ersten und zweiten Linsen beziehungsweise sind. Da Zahlen von Abbe positiv sind, muss eine der im Brennpunkt stehenden Längen, d. h., eine abweichende Linse für die Bedingung negativ sein, entsprochen zu werden.

Die gesamte im Brennpunkt stehende Länge der Dublette f wird durch die Standardformel für dünne Linsen im Kontakt gegeben:

und die obengenannte Bedingung stellt sicher, dass das die im Brennpunkt stehende Länge der Dublette für das Licht am blauen und roten Fraunhofer F und den C Linien (486.1 nm und 656.3 nm beziehungsweise) sein wird. Die im Brennpunkt stehende Länge für das Licht an anderen sichtbaren Wellenlängen wird ähnlich, aber dem nicht genau gleich sein.

Chromatische Aberration wird während eines Augentests verwendet, um sicherzustellen, dass eine richtige Linse-Macht ausgewählt worden ist. Der Patient stellt sich roten und grünen Images und hat gefragt, der schärfer ist. Wenn die Vorschrift richtig ist, dann werden die Hornhaut, Linse und vorgeschriebene Linse die roten und grünen Wellenlängen gerade in der Vorderseite, und hinter der Netzhaut, dem Erscheinen der gleichen Schärfe einstellen. Wenn die Linse zu stark oder schwach ist, dann wird man sich auf die Netzhaut konzentrieren, und der andere wird im Vergleich viel mehr verschmiert.

Image, das in einer Prozession geht, um das Äußere der seitlichen chromatischen Aberration zu reduzieren

In einigen Verhältnissen ist es möglich, einige der Effekten der chromatischen Aberration in der Digitalpostverarbeitung zu korrigieren. Jedoch in wirklichen Verhältnissen läuft chromatische Aberration auf dauerhaften Verlust von einem Bilddetail hinaus. Ausführliche Kenntnisse des optischen Systems, das verwendet ist, um das Image zu erzeugen, können etwas nützliche Korrektur berücksichtigen. In einer idealen Situation, in einer Prozession postgehend, um seitliche chromatische Aberration umzuziehen oder zu korrigieren, würde Schuppen der Fringed-Farbenkanäle oder das Abziehen von etwas schuppige Versionen der fringed Kanäle einschließen, so dass alle Kanäle räumlich auf einander richtig im Endimage übergreifen.

Weil chromatische Aberration (wegen seiner Beziehung zur im Brennpunkt stehenden Länge, usw.) kompliziert ist einige Kamerahersteller verwenden mit der Linse spezifische Äußer-Minimierungstechniken der chromatischen Aberration. Der ganze Nikon DSLRs mit CMOS Sensoren und dem ganzen Panasonic Lumix DSLRs, zusätzlich ein Nikon und Panasonic Kompaktkameras, tut solche Verarbeitung automatisch unter Ausschluss der Öffentlichkeit für JPEG Images. Nikon DSLRs versorgt zusätzlich Korrektur-Daten in ROHEN DATEIEN für den Gebrauch durch Nikon Capture, die Ansicht NX und einige andere ROHE Werkzeuge. Wegen des Kanons EF Linse-Gestell vollelektronische Linse-Kommunikation und Kopplungssystem hat die Digitalfoto-Berufssoftware des Kanons eine der fortgeschrittensten Äußer-Minimierung der chromatischen Aberration (das auch Vignettieren- und Verzerrungsberühren) Systeme, der Linse musterspezifische sich konzentrierende Entfernung, im Brennpunkt stehende Länge und Öffnungsinformation verwendet, die im Kanon-ROHSTOFF (CR2) Dateien versorgt ist. Drittsoftwarewerkzeuge wie PTLens sind auch dazu fähig, komplizierte Äußer-Minimierung der chromatischen Aberration mit ihrer großen Datenbank von Kameras und Linse durchzuführen.

In Wirklichkeit vergrößern sogar gestützte VerminderungsEliminierungskorrektur-Systeme der chromatischen Aberration einer theoretisch vollkommenen Postverarbeitung Bilddetail als eine Linse nicht, die für die chromatische Aberration optisch gut korrigiert wird, würde aus den folgenden Gründen:

• Wiederschuppen ist nur auf die seitliche chromatische Aberration anwendbar, aber es gibt auch längs gerichtete chromatische Aberration
• Wiederkletternde individuelle Farbenkanäle laufen auf einen Verlust der Entschlossenheit vom ursprünglichen Image hinaus
• Die meisten Kamerasensoren nehmen nur einige und getrennt (z.B, RGB) Farbenkanäle fest, aber chromatische Aberration ist nicht diskret und kommt über das leichte Spektrum vor
• Die Färbemittel, die in den Digitalkamerasensoren verwendet sind, um Farbe zu gewinnen, sind nicht sehr effizient, so ist Quer-Kanalfarbenverunreinigung unvermeidlich und Ursachen, zum Beispiel, die chromatische Aberration im roten Kanal, der auch zum grünen Kanal zusammen mit jeder grünen chromatischen Aberration zu mischen ist.

Der obengenannte ist nah mit der spezifischen Szene verbunden, die so gewonnen wird, können kein Betrag der Programmierung und Kenntnisse der Gefangennehmen-Ausrüstung (z.B, Kamera und Linse-Daten) diese Beschränkungen überwinden.

Fotografie

Der Begriff "purpurroter fringing" wird in der Fotografie allgemein gebraucht, obwohl nicht der ganze purpurrote fringing der chromatischen Aberration zugeschrieben werden kann.

Ähnlich hat sich gefärbt fringing um Höhepunkte kann auch durch das Linse-Aufflackern verursacht werden. Gefärbter fringing um Höhepunkte oder dunkle Gebiete kann wegen der Empfänger für verschiedene Farben habende sich unterscheidende dynamische Reihe oder Empfindlichkeit - deshalb Bewahrung des Details in einem oder zwei Farbenkanälen sein, während er "verlöscht" oder scheitert, sich, im anderen Kanal oder den Kanälen einzuschreiben. Auf Digitalkameras wird der besondere demosaicing Algorithmus wahrscheinlich den offenbaren Grad dieses Problems betreffen. Eine andere Ursache dieses fringing ist chromatische Aberration in den sehr kleinen Mikrolinsen, die verwendet sind, um sich zu versammeln, leichter für jedes CCD Pixel; da diese Linsen abgestimmt werden, um grünes Licht, die falsche Fokussierung von roten und blauen Ergebnissen in purpurrotem fringing um Höhepunkte richtig einzustellen. Das ist ein gleichförmiges Problem über den Rahmen, und ist mehr von einem Problem im CCD'S mit einem sehr kleinen Pixel-Wurf wie diejenigen, die in Kompaktkameras verwendet sind. Einige Kameras, wie die Reihe von Panasonic Lumix und neuerer Nikon DSLRs, zeigen einen in einer Prozession gehenden Schritt spezifisch hat vorgehabt, es zu entfernen.

Auf genommenen Fotographien mit einer Digitalkamera können sehr kleine Höhepunkte oft scheinen, chromatische Aberration zu haben, wo tatsächlich die Wirkung darin besteht, weil das Höhepunkt-Image zu klein ist, um alle drei Farbenpixel zu stimulieren, und so mit einer falschen Farbe registriert wird. Das kann mit allen Typen des Digitalkamerasensors nicht vorkommen. Wieder kann der de-mosaicing Algorithmus den offenbaren Grad des Problems betreffen.

Schwarzweißfotografie

Chromatische Aberration betrifft auch Schwarzweißfotografie. Obwohl es keine Farben in der Fotographie gibt, wird chromatische Aberration das Image verschmieren. Es kann durch das Verwenden eines engbandigen Farbenfilters, oder durch das Umwandeln eines einzelnen Farbenkanals zum Schwarzen und Weiß reduziert werden. Das wird jedoch längere Aussetzung verlangen. (Das ist nur mit dem panchromatischen Schwarzweißfilm wahr, da orthochromatic Film bereits zu nur einem beschränkten Spektrum empfindlich ist.)

Siehe auch

• Abweichung in optischen Systemen
• Achromatische Linse - Eine üble Lage für die chromatische Aberration
• Achromatisches Fernrohr
• Linse von Apochromatic
• Drilling von Cooke
• Superachromat
• Theorie von Farben

Links

• Erklärung der chromatischen Aberration durch Paul van Walree
• Artikel PanoTools Wiki über die chromatische Aberration
• Eine Videoerklärung der chromatischen Aberration