Chromatická aberace: proč se kolem hran objevují barevné lemy

Chromatická aberace je barevná vada objektivu. Sklo láme každou vlnovou délku světla trochu jinak, takže se modrá, zelená a červená složka obrazu nesejdou přesně v jednom bodě a kolem kontrastních hran vzniknou barevné lemy, nejčastěji purpurové a zelené. Vada má dvě podoby, které na snímku vypadají podobně, ale vznikají odlišně. Jednu opraví editor téměř beze zbytku, druhou dokáže jen zamaskovat.

Disperze skla: odkud se barevné lemy berou

Index lomu skla závisí na vlnové délce. Krátké vlny, tedy modré a fialové světlo, se lámou víc než dlouhé červené. Jevu se říká disperze a stejně rozkládá bílé světlo hranol. Jednoduchá spojná čočka proto nemá jedno ohnisko, ale řadu ohnisek seřazených za sebou podle barvy: modré leží blíž k čočce, červené dál.

Konstruktéři to od 18. století řeší kombinací skel. Achromát spojuje spojnou čočku z korunového skla s rozptylnou čočkou z flintového skla, které má vyšší disperzi. Barevné vady obou členů působí proti sobě a ohniska dvou vlnových délek se podaří sjednotit. Zbytková chyba, takzvané sekundární spektrum, ovšem zůstává a u dlouhých ohnisek a vysoké světelnosti je na snímcích znát. Považuji proto barevnou vadu za věc, která se u běžného objektivu jen zmenšuje, nikoli odstraňuje.

Podélná a příčná chromatická aberace se chovají jinak

Podélná, někdy zvaná osová, vada znamená, že jednotlivé barvy ostří do různých vzdáleností za objektivem. Objevuje se v celém obrazovém poli včetně středu a typicky obarvuje to, co leží těsně mimo rovinu zaostření: hrany před ní dostanou purpurový nádech, hrany za ní zelený. Nejvýraznější bývá u světelných objektivů při plně otevřené cloně – na větvích proti obloze, na kovových odlescích nebo na bílém písmu v mírně rozostřené části záběru. Přicloněním o jeden až dva stupně citelně slábne, protože hloubka ostrosti naroste a barevná ohniska se do ní vejdou.

Příčná vada má jinou příčinu. Všechny barvy jsou zaostřené ve stejné rovině, každá však v nepatrně odlišném měřítku, takže červený obraz je o zlomek procenta větší nebo menší než modrý. Uprostřed snímku se neprojeví, směrem k rohům rozdíl roste a kontrastní hrana dostane z jedné strany jeden barevný lem a z druhé lem v doplňkové barvě, například červený a azurový. Clonění na ni nemá téměř žádný vliv.

Při čtení recenzí bych se díval hlavně na podélnou vadu. Příčnou za mě opraví software, kdežto podélná rozhoduje o tom, jak budou vypadat snímky pořízené na plnou světelnost, kvůli které si člověk světelný objektiv obvykle pořizuje.

Nízkodisperzní skla, fluorit a apochromát

Sekundární spektrum zmenšují skla s mimořádně nízkou disperzí. Výrobci je označují různě: ED (Extra-low Dispersion) u značek Nikon, Sony, Fujifilm a OM System, UD a Super UD u Canonu, SLD a FLD u Sigmy, LD u Tamronu. Fluorit není sklo, ale krystal fluoridu vápenatého s velmi nízkou disperzí a neobvyklým průběhem lomu napříč spektrem. Pěstuje se uměle, obrábí se obtížně, a proto ho najdeme hlavně v teleobjektivech vyšší třídy.

Objektiv, který sjednotí ohniska tří vlnových délek, se nazývá apochromát. Zkratka APO na tubusu ale není vázaná jednotnou normou a výrobci ji používají různě přísně. Zvláštní cestou jsou difrakční optické členy, u Canonu označené DO a u Nikonu PF. Jejich disperze má opačný smysl než u běžného skla, takže barevnou vadu vyrovnají jediným prvkem a teleobjektiv může být kratší a lehčí.

Podle mě počet nízkodisperzních členů v popisu výrobku o výsledku mnoho neříká. Záleží na tom, kde v soustavě jsou a co mají vyrovnat, takže o skutečné korekci vypovídají až ukázkové snímky kontrastních hran při otevřené cloně.

Co zvládne korekce v editoru a kde končí

Příčnou vadu odstraní program tím, že červený a modrý kanál nepatrně zvětší nebo zmenší, až se s tím zeleným překryjí. Adobe Lightroom, Capture One, DxO PhotoLab i darktable to umějí podle profilu objektivu nebo rozborem samotného snímku a fotoaparáty stejnou korekci provádějí u souborů JPEG. Doporučuji nechat ji zapnutou trvale, protože obraz o nic nepřipraví.

U podélné vady je situace horší. Nástroj pro odstranění lemů najde purpurové a zelené okraje a odbarví je do šeda, jenže chybějící ostrost v daném barevném kanálu nevrátí. Při silnějším nastavení navíc odbarví i věci, které jsou fialové nebo zelené doopravdy, třeba okvětní lístky nebo listy na okraji siluety. Sám bych proto korekci nanášel místně štětcem jen tam, kde lemy ruší, a zbytek snímku nechal být.

Zvláštním případem jsou fialové lemy kolem přepálených míst. Podílí se na nich podélná aberace v modrofialové části spektra, kam korekce objektivu obvykle nedosahuje, a také chování snímače u přeexponovaných ploch. Pomáhá světla nepřepálit a přiclonit.

Další optické vady, které se s barevnými lemy potkávají

Barevná vada málokdy přichází osamoceně. Stejný profil, který srovná měřítko barevných kanálů, obvykle řeší také soudkovité a poduškovité zkreslení. Třetí položkou téhož profilu bývá vinětace v rozích snímku, jejíž zesvětlení má vlastní cenu v podobě šumu.

Podélná aberace se navíc snadno splete s chybou ostření. Purpurový nádech na řasách ještě neznamená, že objektiv zaostřil vedle; jak se systematická odchylka pozná a ladí, popisuje text o tom, jak funguje kalibrace ostření u zrcadlovek. A pokud snímky ztratily kontrast a kolem světel se objevil mléčný závoj bez barvy, nejde o aberaci, ale o mastný film nebo zákal, takže je na místě šetrné čištění čoček.

Vlastní objektiv si lze prověřit za pár minut. Vyfoťte holé větve proti zatažené obloze, jednou na plnou světelnost a jednou o dva stupně přicloněné, a oba snímky si prohlédněte ve stoprocentním zvětšení uprostřed i v rohu. Lemy, které po přiclonění zmizely, byly podélné. Ty, které v rohu zůstaly, zmizí po zapnutí profilu.

Zdroje

• Canon Inc.: EF Lens Work III – The Eyes of EOS (kapitoly o optických vadách, fluoritu a sklech UD)
• Nikon Corporation: NIKKOR Technology – ED Glass a Phase Fresnel Lens Elements
• Carl Zeiss AG, H. H. Nasse: odborné články z řady Camera Lens News o konstrukci objektivů
• Cambridge in Colour: Understanding Camera Lenses a Lens Quality – výkladové texty o aberacích
• Adobe Inc.: dokumentace Lightroom Classic – Korekce objektivu a odstranění barevných lemů