Почему большинство zoom-объективов выдают хроматические аберрации и виньетирование при съемке на широкой и узкой диафрагме и как от этого избавиться?

Для начала, постараюсь пояснить фотографические термины, понятные не всем. Виньетирование - это затемнение изображения от центра к краям, особенно к углам. Зум-объективы - это объективы, обладающие возможностью менять своё фокусное расстояние, «приближая» или «отдаляя» объект съемки. Широкое распространение они получили в последние десятилетия; а до этого в фотографии чаще применялись технически более простые объективы с постоянным фокусным расстоянием, на фотожаргоне – «фиксы».

Хроматические аберрации (ХА) - это вид искажений на фотографии. Они проявляются как цветное окаймление на контурах контрастных объектов: с одной стороны такая кайма, как правило, красного или пурпурного цвета, а с другой - сине-фиолетового или, реже, зелёного. В центре изображения ХА обычно отсутствуют, но проявляются всё сильнее по мере удаления от него к краям.

Диафрагма – устройство в объективе, регулирующее количество проходящего через него света. Обычно размещается между линзами, и выглядит как отверстие изменяемого размера.

И виньетирование, и ХА совершенно не являются исключительным свойством зум-объективов.

Причина виньетирования – различия в пропускании света оптической системой объектива при «прямом» и «косом» падении на него лучей. Такое различие максимально при полностью открытой диафрагме, и быстро уменьшается по мере её закрытия. При закрытии диафрагмы на 2-3 больших деления её шкалы («стопа») виньетирование становится почти незаметным.

Степень виньетирования на полностью открытой диафрагме – одна из важных характеристик качества объектива. Для его уменьшения разработчикам приходится увеличивать габариты и вес конструкции.

В настоящее время виньетирование стало возможным сравнительно легко и безболезненно корректировать путем компьютерной обработки. Во многих современных камерах это является встроенной функцией, и пользователь даже не догадывается, что объектив его камеры обладает заметным виньетированием. С другой стороны, искусственное виньетирование широко используется в качестве изобразительного эффекта, так что соответствующие фильтры входят в состав Фотошопа и даже Инстаграм.

Теперь про ХА. Причина их появления – естественный физический эффект: разница в показателях преломления линзами объектива световых лучей разного цвета. Разработчики оптики борются с ХА с помощью изощренных технических приемов: применения специальных сортов стекла и «асферических» оптических элементов. Естественно, что чем лучше результаты такой борьбы, тем сложнее и дороже объектив. ХА обычно также имеют тенденцию к уменьшению по мере закрытия диафрагмы. Компьютерное подавление контурных ХА применяется, и дает неплохие результаты; но имеются и так называемые «продольные ХА», которые такому подавлению не поддаются.

Теперь по поводу «фиксов» и «зумов». Оптическая система «зумов», в силу необходимости изменения фокусного расстояния, заметно сложнее. При их проектировании разработчикам приходится решать противоречивые технические задачи, и идти при этом на определенные компромиссы. Поэтому, при сравнимой технической сложности и цене, высокое качество изображения и минимизацию искажений в «фиксах» обеспечить заметно проще. Общее правило такое – чем выше кратность «зума», тем, при той же цене, слабее его оптические характеристики. Но конструкция объективов и алгоритмы обработки постоянно совершенствуются, и лучшие современные зумы с кратностью 7, 10 и даже 18 способны давать вполне приемлемую итоговую «картинку».

К ответу Максима Петренко добавлю, что качество изображения зум-объектива зависит от его фокусного расстояния. Например, стандартный объектив Nikkor AF-S DX 18-105/3.5-5.6 G VR:

— наиболее резкий при фокусном расстоянии от 18 до 24 мм и диафрагме до 5,6;

— меньше всего искажает прямые линии на фокусном расстоянии 24 мм;

— меньше всего виньетирует на любом фокусном расстоянии больше 24 мм и диафрагме 5,6 и более закрытой;

— меньше всего показывает хроматические аберрации в положении 70 мм при диафрагме 8, но по факту это не так важно;

— в целом наиболее хорош при фокусных расстояниях от 18 до 24 мм и диафрагме от 3,5 до 5,6.

Подробнее тут: dxomark.com

На практике знать эти нюансы полезно, но воспользоваться таким знанием можно только если ситуация позволяет. Например, в репортаже всем плевать, какое у объектива виньетирование или ХА: если снимок не удался, его просто не будут смотреть.

Аберрации свойственны абсолютно всем объективам, так как это - следствие действия оптических законов преломления света, проходящего через линзу. Воспринимаемый глазом цвет зависит от длины волны - она больше у красных оттенков и меньше у синих. Синие лучи преломляются сильнее красных, соответственно контуры любого изображения, прошедшего через линзу, состоят из своего рода тонкой радуги. Вся история объективостроения - это история борьбы с аберрациями. Простейший объектив вообще не имеет линзы, а лишь отверстие крошечного диаметра, пинхол (англ. pinhole — булавочное отверстие). За ним идет обычная выпуклая линза. Для коррекции хроматических искажений к ней стали приклеивать отрицательные (вогнутые или выпукло-вогнутые) линзы - так появился объектив - ахромат. Затем два ахромата разной оптической силы стали монтировать в одной оправе - эта конструкция называлась апланат. Потом научились рассчитывать объективы из трех линз - двух положительной и одной отрицательной (триплеты), у которых большинство искажений было исправлено до приемлемого уровня. Этот класс объективов с исправленными искажениями стали назвать анастигматами. В объективе тщательно рассчитывается и соблюдается расстояние между линзами, чтобы искажения свести к минимуму. Внутри зум-объектива расстояние между линзами и блоками линз меняется, поэтому стандартными средствами его искажения исправить не удается. Расчет зум-объектива сложен и без компьютера практически невозможен, а чтобы он работал на всех режимах более или менее приемлемо, в его конструкции часто используют асферические (некруглые) линзы и линзы из особых сортов оптического стекла. Резюме: если ставится задача получить при съемке изображения наивысшего качества, нужно стремиться использовать объектив с фиксированным фокусным расстоянием. Но во многих ситуациях достаточно современного качественного зума.

Сама постановка вопроса более чем странная: хроматикой и виньетированием страдают как раз в большей степени фиксы, и чем светосильнее, тем это сильнее выражено. Посмотрите карточки с 85L и убедитесь сами.

Другое дело, что это все корректируется одним щелчком в лайтруме. И то это для "пиксельхантеров", вся цель фотодеятельности которых — снимать веточки и кирпичные стены и рассматривать 300-процентные кропы. К реальной фотографии эти особенности объективов отношения не имеют.