Meetkundige fouten


Fotografie » TechTalk » Fysica » Beeldfouten » Meetkundige fouten

Een lijst van alle fouten die in een foto te zien kunnen zijn kan u hier aantreffen. Hier bespreken we enkel de monochrome geometrische fouten, de optische fouten die door het lenzenstelsel veroorzaakt worden. Sommige fouten kunnen zodanig onderdrukt worden dat ze niet meer zichtbaar zijn. Raadpleeg hier ook de pagina over de lensconstructie voor een meer gedetailleerde uitleg. Beeldonscherpte wordt veroorzaakt door een mix van optische fouten: de lensfabrikanten proberen de aberraties tot een minimum te brengen, maar het blijft een compromis. Bijvoorbeeld: een lens dat volledig gecompenseerd is voor sferische aberrratie vertoont een grotere beeldverwelving.

Sferische aberratie

Deze fout ontstaat door de vorm van de lens. Vroegere lenzen waren sferisch geslepen en men was verplicht kleine openingen te gebruiken om de fout tot een aanvaardbaar niveau te herleiden. Tegenwoordig gebruikt men gecombineerde optieken (bestaande uit meerdere lenzen die elkaar compenseren), soms met asferisch geslepen lenzen om het aantal enkelvoudige lenzen te kunnen beperken.

Sferische aberratie is tegenwoordig goed onder controle, zelfs bij relatief grote lensopeningen, maar men compenseert niet voor 100%: lenzen die totaal gecompenseerd zijn vertonen een lelijke onscherpe achtergrond (bad bokeh). Deze lenzen worden in technische toepassingen gebruikt waar de beeldscherpte primeert over alles.

Bij het verkleinen van de opening (buitenste stralen worden tegengehouden) verschuift trouwens het punt met de beste focus, zoals je uit de afbeelding kan zien.

Komma vervorming (Coma)

Coma-vervorming (van het woord komeet) wordt eveneens veroorzaakt door de vorm van de lens, maar treed nu op voor lichtstralen die de lens schuin raken (de sferische aberratie is een speciale vorm van coma vervorming, namelijk als de lichtstralen de lens loodrecht raken). Coma-vervorming is zichtbaar in de hoeken en vermindert eveneens bij kleinere lensopeningen. De naam komt van komeet omdat heldere punten een "staartje" hebben, dat naar de buitenkant van het beeld uitdeint.

Astigmatisme

Tegenwoordig treed astigmatisme voornamelijk op door een verkeerde plaatsing van de lenzen ten opzichte van de as van de lens, en niet meer door een asymmetrische slijping van de lens. Bij astigmatisme ligt het middelpunt van de verschillende lenzen waaruit een optiek bestaat niet op eenzelfde as (verschoven positie). Lenzen kunnen ook lichtjes gekanteld zijn. Het effekt verminderd nauwelijks met het dichtdraaien van de lens. Moderne lenzen hebben tegenwoordig geen last van astigmatisme (behalve na een val!)

Beeldverwelving

Dit fenomeen is beter bekend onze zijn engelse naam (field curvature) en wordt veroorzaakt door het feit dat de zijkanten van het beeld op een grotere afstand van de lens staan dan het middelpunt van het beeld. Dit effekt is vooral merkbaar bij normaal- en breedhoeklenzen (waarbij de afstanden zijkant/centrum meer verschillen) en verplicht de fotograaf om een kleine opening te gebruiken, zodat men een voldoende scherptediepte bekomt. Het is ook een vorm van perspectiefvervorming, maar nu veroorzaakt door de grotere afstand van de hoeken tot de lens, en niet meer door het reliëf van het onderwerp. Vroeger gebruikte men fototoestellen met een gebogen rug om dit effekt te verminderen (begin vorige eeuw).

Petzval (een natuurkundige) heeft berekeningen uitgevoerd voor de bepaling van de beeldverwelving. Men heeft het dan ook over een Petzval-beeld.

Distortie

Breedhoeklenzen veroorzaken meetkundige vervormingen omdat ze niet rectilinear werken. Dit is een uiterste vorm van distortie, maar zoomlenzen hebben daar soms ook last van.


tonvervorming
Tonvervorming of
barrel distortion
Naast het feit dat je moeilijk zowel het midden van het beeld als de hoeken scherp kan krijgen veroorzaken breedhoeklenzen (retrofocus configuratie) ook beelvervormingen (distortie): rechte lijnen worden krom (tonvervorming). Dit fenomeen is reeds merkbaar bij normaallenzen (50mm filmequivalent), maar valt pas echt op bij breedhoeklenzen. Fototoestellen met een cropsensor kunnen dit fenomeen verminderen (omdat het deel van het beeld dat de meeste fouten vertoont weggesneden wordt). Echter: de beeldverwelving stijgt exponentieel, dus sneller dan dat je de fout kan wegwerken door te croppen. Met een full size sensor of een cropsensor, vanaf een bepaalde openingshoek zijn de vervormingen duidelijk merkbaar.

Tonvervorming:
Aan sensorzijde zijn de lichtstralen meer evenwijdig dan aan objectzijde.

Zuivere Tonvervorming kan in Photoshop gereduceerd worden door de bol-filter te gebruiken met een negatieve waarde (eerst de canvas vergroten).

kussenvervorming
Kussenvervorming of
pincushion distortion
Een telephoto lens (dit is een type telelens waarbij de lenseenheid korter gemaakt werd dan de brandpuntsafstand, waarbij er dus "gefoefeld" wordt) geeft kussenvervorming. Vraag het maar aan een electronika-technieker van de oude generatie (één die nog beeldbuistelevisies hersteld heeft). Het onderwerp op grote afstand gedraagt zich als een wehnelt cylinder (nagenoeg evenwijdige stralen), de lenzen zijn het afbuigjuk en de sensor is de fosforlaag. Vraag hem maar eens wat E-W correctie is! Kussenvervorming kan echter verminderd worden op lensniveau.

Kussenvervorming
Aan objectzijde zijn de lichtstralen meer evenwijdig dan aan sensorzijde.

moustachevervorming
Moustache
Tonvervorming kan gedeeltelijk beperkt worden door een speciale lensconstruktie. Bij superzooms (waarbij de lens een breed zoomgebied bestrijkt) vertoont de lens daarom een lichte vorm van kussenvervorming in tele-stand en een lichte vorm van tonvervorming in breedhoekstand (het is een compromis).

Kussenvervorming kan op zijn beurt òòk gecompenseerd worden, waarbij je dan moustache-vervorming bekomt (kussenvervorming enkel in de hoeken). Terwijl zuivere tonvervorming en kussenvervorming gemakkelijk in Photoshop gecompenseerd kunnen worden, is dit niet het geval met moustache-vervorming.

In de praktijk

Distortie treed vooral op bij complexere lenzen (telephoto en vooral retrofocus construkties) omdat deze lenzen niet rectilineair werken. Bij breedhoeklenzen (retrofocus) heeft men vooral last van tonvervorming en bij telelenzen (telephoto constructie) kussenvervorming. Het is mogelijk deze fouten te verminderen door een aangepaste optische lensbouw. Echter: bij het zoomen verandert het effekt, waardoor een zoomlens altijd een mate van vervorming zal tonen als de zoomfaktor groter wordt.

Deze vervormingen worden tegenwoordig goed gecorrigeerd, en vallen in de meeste gevallen niet op. Op vergelijkingssites wordt gesproken van een fout van 3% alsof het een ernstige tekortkoming zou zijn. Een fout van 3% valt normaal niet op; enkel als je hoofdzakelijk gebouwen zou fotograferen moet je letten op de vervorming.

Het is leuk om te weten dat alle fouten die op deze pagina besproken worden nauwelijks optreden met de moderne lenzen. Je zal veel vaker last hebben van chromatische aberratie en digitale artefakten dan van optische fouten.


Sferische aberratie


Coma vervorming


Beeldverwelving


Om het effekt van beeldverwelving te verminderen bij zeer grote sensoren voor wetenschappelijk onderzoek (vaak bestaande uit verschillende individuele sensoren) plaats men de sensoren schuin, zodat het beeldvlak ook effektief vlak is. Dit wordt toegepast in de astronomie, waarbij alle onderwerpen op oneindig gelegen zijn.

Retrofocus en telephoto lenzen worden besproken op de historiekpagina van de lenzen. Dergelijke constructies veroorzaken beelddistortie (ton- en kussenvervorming).

Perspectief is geen vervorming en wordt op een andere pagina besproken.

Paginas die volgens Google je zouden kunnen interesseren