Wady optyczne obiektywów

Gdy czytamy testy obiektywów lub aparatów z niewymienną optyką, spotykamy w nich wiele mniej lub bardziej tajemniczych pojęć, takich jak aberracja, dystorsja czy winietowanie. Warto wiedzieć, co one oznaczają, i to nie tylko w teorii, ale też w praktyce.

Wybierając się po bułeczki do miasteczka, nie szukamy najpierw w prasie i Internecie testów porównawczych pieczywa z okolicznych piekarni. Istnieje jednak kilka kategorii produktów, w przypadku których takie wstępne rozeznanie jest wręcz obowiązkowe. Należą do nich np. samochody, notebooki oraz właśnie aparaty i obiektywy. Aby czytać ze zrozumieniem testy, blogi albo dyskusje na forach, trzeba najpierw przyswoić sobie kilka pojęć z zakresu optyki – pomocny w tym będzie nasz artykuł.

Aberracja chromatyczna

Ten rodzaj wady optycznej wynika nie z kształtu soczewki, ale z właściwości materiału, z którego jest zbudowana. Światło przechodzące przez soczewkę ulega mniejszemu lub większemu rozszczepieniu na fale o różnej długości. Najmniej załamują się promienie krótkofalowe (fiolet i błękit), a najsłabiej promienie czerwone. W efekcie każda barwa zostaje skupiona w innym miejscu na soczewce, obraz traci nieco na ostrości, a na kontrastowych krawędziach pojawiają się charakterystyczne kolorowe obramowania – zazwyczaj niebieskawe, czasem czerwonawe.

Sposobem na eliminowanie aberracji chromatycznej jest korzystanie z różnych gatunków szkła (w tym coraz częściej ze szkła o niskim współczynniku dyspersji, czyli załamywania i rozszczepiania światła) oraz łączenie ze sobą układów soczewek skupiających i rozpraszających, wykonanych z gatunków szkła o odmiennych właściwościach załamywania światła.

Schemat na górze pokazuje zjawisko rozszczepiania światła przez zwykła soczewkę, a na dole – przez soczewkę ze szkła o niskiej dyspersji.

Schemat na górze pokazuje zjawisko rozszczepiania światła przez zwykła soczewkę, a na dole – przez soczewkę ze szkła o niskiej dyspersji.
W praktyce

Mimo postępu technicznego i stosowania coraz lepszej jakości materiałów optycznych aberracja chromatyczna wciąż pozostaje problemem, który dotyczy wielu obiektywów – szerokokątnych i zmiennoogniskowych (zoomów). Najprostszym sposobem „domowego” redukowania tej wady jest przymykanie przysłony obiektywu, można też w dużym stopniu ograniczyć jej wpływ podczas cyfrowej obróbki obrazu. Co ciekawe, niektórzy producenci (np. Panasonic) stosują elektroniczną redukcję aberracji chromatycznej już w trakcie wewnętrznej obróbki obrazu przez oprogramowanie aparatu – nawet kompaktowego. Jednak mimo to na wielu zdjęciach, zwłaszcza bliżej brzegów kadru, da się obecnie dość łatwo znaleźć charakterystyczne kolorowe obwódki, najczęściej fioletowe, czasem czerwone lub żółte.

Mimo dużej głębi ostrości (przysłona f/18) ostrość bliżej brzegów kadru jest niższa z powodu aberracji sferycznej i dyfrakcji.

Mimo dużej głębi ostrości (przysłona f/18) ostrość bliżej brzegów kadru jest niższa z powodu aberracji sferycznej i dyfrakcji.
Aberracja sferyczna

Często można usłyszeć, że jakiś obiektyw zawiera soczewki asferyczne. To właśnie te soczewki, mające bardziej skomplikowany kształt, zapobiegają powstawaniu aberracji sferycznej. Polega ona na tym, że światło przechodzące przez soczewkę inaczej załamuje się bliżej środka, a inaczej bliżej jej brzegów, przez co promienie nie są ogniskowane (skupiane) w tym samym miejscu na powierzchni matrycy lub filmu światłoczułego. Traci na tym ostrość rejestrowanego zdjęcia. Warto dodać, że od kilku lat soczewki asferyczne można spotkać nawet w obiektywach wielu cyfrowych aparatów kompaktowych. Wynika to z opracowania nowych, tańszych metod produkcji tego typu elementów.

W praktyce

Mimo coraz powszechniejszego stosowania soczewek asferycznych dość często daje się zaobserwować zjawisko wysokiej ostrości obiektywu w centrum kadru i znacznego spadku ostrości bliżej brzegów. Ta wada dotyczy zwłaszcza obiektywów szerokokątnych, bo ich konstrukcja wymaga stosowania soczewek o kształcie wypukło-wklęsłym, najbardziej narażonym na aberrację sferyczną.

Inna ostrość w centrum i na brzegu

Większość obiektywów ma kłopot z utrzymaniem równego poziomu ostrości w całym kadrze, głównie z powodu aberracji sferycznej. Dolny schemat pokazuje, że promienie przechodzące bliżej krawędzi soczewki ogniskowane są gdzie indziej niż te biegnące bliżej centrum. Polimerowa nakładka pozwoliła uzyskać asferyczny kształt soczewki (górny schemat) i ogniskować wszystkie promienie w jednym miejscu.

Zeiss 85 mm f/1,4 ładnie odwzorowuje nieostre fragmenty zdjęcia – to obiektyw znany ze znakomitego bokeh.

Zeiss 85 mm f/1,4 ładnie odwzorowuje nieostre fragmenty zdjęcia – to obiektyw znany ze znakomitego bokeh.
Słabe lub dobre bokeh

Bokeh to sposób, w jaki obiektywy odwzorowują te partie obrazu, które znalazły się poza obszarem ostrości. Jeśli często fotografujemy, wykorzystując małą głębię ostrości, dobre lub słabe bokeh obiektywu może mieć kluczowe znaczenie dla wyglądu naszych zdjęć. Często bywa wręcz tak, że ostro odwzorowana jest tylko niewielka część kadru, dlatego to właśnie sposób przedstawienia nieostrych partii zdjęcia ma decydujący wpływ na jego wygląd.

Od czego zależy bokeh? Przede wszystkim od układu soczewek, ale w dużej mierze również od przysłony obiektywu. Tańsze obiektywy mają przysłony zbudowane z 5–6 listków, na dodatek zwykle o prostych krawędziach. Większa liczba listków i ich wygięty kształt dają w efekcie bardziej kołowy kształt otworu przysłony, co sprawia, że nieostre partie zdjęcia (zwłaszcza rozmyte bliki światła) wyglądają znacznie bardziej naturalnie.

W praktyce

Nie da się zmienić bokeh obiektywu, którego używamy. Jedyne, co jesteśmy w stanie poprawić, to „kanciastość” nieostro oddanych jasnych punktów – nawet najsłabsza przysłona otwarta do maksimum pozwoli na uzyskanie okrągłych, rozmytych plam. Jeśli jednak trzeba będzie lekko przymknąć przysłonę, np. po to, by zmieścić w strefie ostrości całą sylwetkę fotografowanej osoby, nieostre partie obrazu oddane zostaną w niezbyt urodziwy sposób.

Problematyczna przysłona

Zoom Canon EF-S 18-55 mm f/3,5-5,6 ma przysłonę składającą się tylko z 5 listków. Nieostre plamy światła wyglądają bardzo nieciekawie, jeśli zostaną sfotografowane przy lekko przymkniętej przysłonie (sekcja środkowa). Dopiero pełne otwarcie przysłony pozwala uzyskać kołowy kształt rozmyć (sekcja prawa) – mimo wszystko bokeh jest kiepskie, co widać na wyraźnie jaśniejszych krawędziach kół.

Przy małej głębi ostrości precyzja układu AF ma kluczowe znaczenie. W tym przypadku Tamron 28–75 mm f/2,8 ustawił ostrość idealnie – na wąsach kota.

Przy małej głębi ostrości precyzja układu AF ma kluczowe znaczenie. W tym przypadku Tamron 28–75 mm f/2,8 ustawił ostrość idealnie – na wąsach kota.
Frontfokus i backfokus

Nie są to wady związane bezpośrednio z konstrukcją optyczną obiektywu, ponieważ dotyczą niewłaściwej współpracy obiektywu z układem ustawiania ostrości danego aparatu. Polegają na błędnym ustawianiu ostrości przed elementem, na który wskazuje czujnik AF (wtedy mamy do czynienia z frontfokusem) lub za tym elementem (backfokus). Teoretycznie jedynym winowajcą jest niewystarczająca kontrola jakościowa wypuszczanych na rynek obiektywów (na oba problemy natykamy się częściej w tańszych konstrukcjach niezależnych producentów, takich jak Sigma, Tamron czy Tonika). Jednak kwestia jest bardziej skomplikowana. W obiektywach typu zoom zaobserwujemy na przykład przy różnych ogniskowych występowanie zarówno front-, jak i backfokusu. Intensywność wady może być znacznie mniejsza lub większa w zależności od konkretnego aparatu.

W praktyce

Jeśli jesteśmy pewni, że nasz obiektyw ma skłonność do… frontfokusu lub backfokusu, najlepszym rozwiązaniem jest skorzystanie z autoryzowanego serwisu producenta obiektywu. Najlepiej, o ile to możliwe, wysłać tam zarówno obiektyw, jak i korpus aparatu, z którym najczęściej go używamy. Coraz więcej nowych modeli lustrzanek oferuje też możliwość mikroregulacji autofokusu we własnym zakresie, przy czym niekiedy da się dokonać korekcji w przypadku konkretnego egzemplarza obiektywu, a w innych – tylko dla danego modelu. Na pewno warto z tej opcji korzystać, choć wymaga to samodzielnego przeprowadzenia dość czasochłonnych badań.

Pojedyczny punkt (np. świetlny) ciągnie za sobą coraz mniej wyraźny

Pojedyczny punkt (np. świetlny) ciągnie za sobą coraz mniej wyraźny”warkocz” – po tym poznamy, że obiektyw ma problem z komą.
Koma (komatyzm)

To jedna z aberracji monochromatycznych, dlatego sposobem jej eliminowania jest stosowanie soczewek sferycznych. Koma występuje wtedy, gdy promienie światła skierowane pod pewnym kątem względem osi optycznej soczewki lub obiektywu zostają delikatnie rozszczepione, tworząc obraz już nie w formie ostro odwzorowanych punktów, ale podobnych nieco do komety z krótkim warkoczem.

W praktyce

Jak pokazują testy, w części obiektywów tę wadę udało się w znacznym stopniu wyeliminować. Najczęściej dostrzeżemy ją, używając obiektywów szerokokątnych, na zdjęciach zarejestrowanych przy mocno otwartej przysłonie. Dlatego najprostszym sposobem likwidacji komy (i nie tylko komy…) jest przymknięcie przysłony obiektywu.

Dystorsja beczkowata (ujemna)

Dystorsja beczkowata (ujemna)
Brak dystorsji

Brak dystorsji
Dystorsja

To wada polegająca na zmianie geometrii obrazu przekazywanego przez obiektyw na płaszczyznę światłoczułą, zwłaszcza bliżej rogów i krawędzi kadru. Rozróżnia się dwa główne rodzaje dystorsji: poduszkowatą (dodatnią) i beczkowatą (ujemną). Jak wskazują same nazwy, zniekształcenie beczkowate polega na wygięciu obrazu na zewnętrz, natomiast poduszkowate – do środka. Z reguły za dystorsję beczkowatą, często widoczną gołym okiem, odpowiadają obiektywy typu zoom (przy najkrótszej ogniskowej), jak również stałoogniskowe obiektywy szerokokątne. Ekstremalny przykład ogromnej dystorsji beczkowatej to efekt zapewniany przez obiektywy typu rybie oko – w tym przypadku trudno jednak mówić o wadzie, to specyfika takich konstrukcji. Dystorsję poduszkowatą spotyka się rzadziej, najczęściej przy długich ogniskowych, przy czym jest ona mniej widoczna niż dystorsja beczkowata. Najrzadziej spotykana jest dystorsja typu falistego – wówczas zniekształcenie obrazu w rogach jest inne niż na środku krawędzi kadru.

Dystorsja poduszkowata (dodatnia)

Dystorsja poduszkowata (dodatnia)
W praktyce

Najprostszym sposobem likwidacji dystorsji obrazu jest zmiana ogniskowej obiektywu, np. z 18 mm na 25 mm. Problem w tym, że zmniejszamy wtedy również kąt widzenia obiektywu, na co w niektórych sytuacjach nie możemy sobie pozwolić. Wtedy jedynym wyjściem okazuje się likwidacja zniekształceń w trakcie obróbki cyfrowej. Warto wiedzieć, że są programy i wtyczki (np. Fiheye-Hemi do Photoshopa), które potrafią „wyprostować” nawet zdjęcia, które zostały wykonane z użyciem obiektywu typu rybie oko.

W przypadku części zdjęć, zwłaszcza portretowych, winietowanie dodaje specyficznego uroku, lecz generalnie należy je traktować jak wadę. Powyższe zdjęcie wykonano Canonem EF 85 mm f/1,2 L, przy całkiem otwartej przyłonie.

W przypadku części zdjęć, zwłaszcza portretowych, winietowanie dodaje specyficznego uroku, lecz generalnie należy je traktować jak wadę. Powyższe zdjęcie wykonano Canonem EF 85 mm f/1,2 L, przy całkiem otwartej przyłonie.
Canon EF 85 mm f/1,2 L mocno winietuje przy całkowicie otwartej przysłonie, lecz wystarczy ją przymknąć do wartości f/2, by problem rozwiązać niemal całkowicie.

Canon EF 85 mm f/1,2 L mocno winietuje przy całkowicie otwartej przysłonie, lecz wystarczy ją przymknąć do wartości f/2, by problem rozwiązać niemal całkowicie.
Winietowanie

Jak sama nazwa wskazuje, winietowanie objawia się powstaniem na zdjęciu swoistego okrągłego (czasem owalnego) obramowania, czyli winiety, co wynika ze spadku jasności obrazu przy brzegach i w rogach kadru. Jest to spowodowane tym, że na powierzchnię światłoczułą (film lub matrycę) pada w tych miejscach mniej światła – w efekcie zdjęcie zostaje mniej lub bardziej niedoświetlone. W dodatku ten problem głównie dotyczy aparatów cyfrowych, ponieważ warstwa mikrosoczewek, jakimi pokryte są matryce, wymaga bardziej prostopadłego padania promieni światła niż tradycyjne materiały, takie jak negatyw czy slajd. Rozwiązaniem, stosowanym głównie w tańszych obiektywach, okazuje się mechaniczne ograniczanie maksymalnego otworu przysłony, ponieważ mocniej przymknięta przysłona w znacznym stopniu rozwiązuje problem. Alternatywą, stosowaną jednak ze względu na koszty rzadziej, jest zwiększanie średnicy soczewek, a przez to wymiarów i wagi całego obiektywu.

W praktyce

Prawie każdego obiektywu dotyczą problemy związane z winietowaniem przy maksymalnie otwartej przysłonie, dlatego podstawowym remedium na to jest oczywiście jej częściowe przymknięcie. W przypadku niektórych obiektywów, zwłaszcza szerokokątnych, szczególnie narażonych na spadek jasności bliżej brzegów kadru, problemu nigdy nie rozwiążemy całkowicie. Jeśli nie chcemy przymykać przysłony, skutecznym, a przy tym dość prostym sposobem likwidacji winietowania jest odpowiednia cyfrowa obróbka wykonanych zdjęć, zwłaszcza jeśli zapisaliśmy je w formie pliku RAW.

Co to jest MTF i jak go czytać?

Za niewiele mówiącym skrótem MTF (Modulation Transfer Function) kryje się ustandaryzowany system podawania jakości i możliwości obiektywów przez producentów. Wykresy MTF dla interesującego nas obiektywu znajdziemy zwykle właśnie na firmowych stronach producentów, np. Canona, Nikona czy Sigmy.

W skrócie: MTF przedstawia ostrość lub rozdzielczość optyczną obiektywu – za pomocą wykresów informujących o zdolności przenoszenia kontrastu przy różnych gęstościach linii.

Oś pozioma wykresu odzwierciedla (w milimetrach) odległość od centrum kadru do jego rogu, czyli np. dla matryc formatu 35 mm wynosić ona będzie 22 mm (bo przekątna tych klatek to ok. 44 mm). Natomiast oś pionowa przedstawia zdolność przenoszenia kontrastu, przy czym cyfra 1 oznacza zdolność maksymalną (100%). Tablica testowa używana przez producentów ma naniesione pary linii o dwóch grubościach/gęstościach: 10 lp/mm oraz 30 lp/mm. Linie naniesione są na tablicę na dwa sposoby – równolegle lub prostopadle do krzywizny obiektywu. Wyniki odwzorowania linii równoległych oznaczone są literą M (lub przerywaną linią wykresu), natomiast wyniki odwzorowania linii prostopadłych – literą S i ciągłą linią wykresu. W przypadku zoomów podaje się dwa niezależne wykresy dla skrajnych ogniskowych obiektywu. Różnice pomiędzy wykresami MTF poszczególnych producentów mogą polegać na gęstości zastosowanych linii lub też stopnia przymknięcia przysłony, przy jakim przeprowadzane były pomiary. Niektórzy badają obiektywy przy maksymalnie otwartej przysłonie, np. f/2,8, inni przy przysłonie gwarantującej najlepsze wyniki, np. f/8.

MTF niemal idealny

Stałoogniskowy AF-S Nikkor 300 mm f/2,8 G ED VRII osiągnął bardzo dobre wyniki – przy gęstości 10 par linii na milimetr przenoszenie kontrastu jest prawie 100-procentowe, jedynie po oddaleniu o ok. 15 mm od środka kadru wartość zaczyna nieco maleć. Bardziej wymagające zagęszczenie 30 lp/mm pokazuje, że spadek zdolności przenoszenia kontrastu zaczyna się również ok. 15 mm od środka, ale jest minimalnie większy – z około 90% na około 75–85% – w zależności od ułożenia linii względem obiektywu.

Jak wykryć frontfokus lub backfokus?
  1. Ustawiamy aparat pod kątem 45 stopni względem wydrukowanej tablicy. 
  2. Maksymalnie otwieramy przysłonę obiektywu (minimalna liczba przysłony).
  3. Celujemy środkowym czujnikiem autofokusu w poziomą, grubą linię na tablicy testowej, by czujnik AF obejmował tylko wybrane miejsce.
  4. Naciskamy spust migawki (jeśli korzystamy ze statywu, warto użyć samowyzwalacza lub wężyka spustowego).
  5. Wykonujemy serię około 10 zdjęć, po każdym zdjęciu ręcznie przekręcając pokrętło ustawiania ostrości (w razie potrzeby na chwilę włączając tryb MF).
  6. W przypadku obiektywów typu zoom powtarzamy test dla kilku ogniskowych.
  7. Na zdjęciach testowych centralna linia powinna być całkowicie ostra, natomiast odpowiadające sobie cyfry przed i za nią powinny być odwzorowane identycznie. Przykładowo jeśli linia jest ostra, ale cyfry przed nią są ostrzejsze niż odpowiadające im cyfry za nią, to mamy do czynienia z lekkim przypadkiem frontfokusu. Jeśli linia jest nieostra, zaś wyraźnie ostrzejsze są cyfry za nią, oznacza to, że obiektyw ma wyraźną tendencję do backfokusu.

Tablice testowe do pobrania:
photo.net/learn/focustest/scale45.jpg
focustestchart.com/focus21.pdf

Close

Choć staramy się je ograniczać, wykorzystujemy mechanizmy takie jak ciasteczka, które pozwalają naszym partnerom na śledzenie Twojego zachowania w sieci. Dowiedz się więcej.