Transmitância espectral, deformações e aberrações das objetivas

Refração e dispersão

A aberração cromática deve-se à distância focal variar em função do comprimento de onda da luz. O índice de refração de qualquer lente varia com o comprimento de onda da luz incidente, fenômeno designado por dispersão, o que faz com que se formem tantas imagens quantas as cores existentes na luz incidente; essas imagens são designadas por "aberrações cromáticas longitudinais" (quando correspondem a diferentes planos de focagem) ou por "aberrações cromáticas laterais" (quando as diferenças das distâncias focais alteram o fator de ampliação lateral da imagem e modificam o registro - misregistration).

purple fringing são desvios de cor que aparecem em determinadas ocaisões. O purple fringing é velho conhecido das compactas digitais ... quando fotografando um elemento com um contra-luz muito forte (os galhos de uma árvore num dia claro), as bordas deste apresentam uma coloração azul roxeada. Há outras aberrações, mas essa é a mais importante. Lentes com melhor qualidade ótica possuem menores graus de aberração.

Normalmente, o índice de refração é maior para os comprimentos de onda mais curtos (azuis) e menor para os comprimentos de onda mais longos (vermelhos) porque a lente se comporta como um prisma focando o azul mais perto e o vermelho mais longe. Este fenômeno constitui um erro por arraste porque, por exemplo, se o verde estiver focado, tanto o azul como o vermelho ficam fora de foco, mas se qualquer destas componentes for focada são as outras duas serão desfocados. Isto prejudica a nitidez (blurring) dos detalhes e das transições rápidas de luminância. Para diminuir estes problemas agrupam-se as lentes aos pares, com um elemento de cada par tendo uma dispersão do mesmo valor, mas de sinal contrário ao do seu par; estes pares são designados por "duplos cromáticos".

Isto resolve parte do problema mas, para uma mais efetiva correção, podem agrupar-se mais lentes, sendo o grupo de 3 lentes designado por "apo-cromático" e o de 4 por "grupo super-acromático". Mas nas objetivas zoom estas correções não são totalmente eficazes devido à sua distância focal ser variável.

Outro problema de difícil solução é a aberração cromática lateral devida ao fato de o grau de ampliação da imagem também ser variável em função do comprimento de onda por causa da dispersão. Esta aberração faz aparecer contornos coloridos em volta das transições de nível que são muito mais perturbadores que a desfocagem. Para a solução deste problema também se recorre ao agrupamento de lentes e à utilização de revestimentos das lentes com materiais especiais.

A aberração cromática lateral da objetiva quer dizer que os sensores precisamente posicionados devem criar três sinais de vídeo que têm associados erros de temporização diferenciada que a câmera pode, em certas condições, compor de forma inadequada.

Características das lentes

Como a espessura de uma lente varia do centro para a periferia também a sua transmitância vai diminuindo da mesma forma, em função do cosseno do ângulo entre o centro e o ponto da lente cuja transmitância se quer calcular, tendo como vértice o foco, elevado à quarta potência, (cos4) o que emoldura a imagem com um esbatimento progressivo. Como é uma função matemática, essa variação de transmitância da objetiva é facilmente compensada eletronicamente na câmera. Mas essa variação de espessura também afeta o tempo de propagação dos raios luminosos que variará em função dela e do seu comprimento de onda porque a velocidade da luz se reduz, necessariamente, quando passa por uma lente (porque o meio é mais denso) relativamente à que tem no espaço livre.

Devendo uma lente perfeita mostrar a imagem de um ponto como um ponto e a de uma linha reta como uma linha reta, na prática, como as lentes nunca são perfeitas, podem reproduzir um ponto como um borrão e uma linha reta como uma banda mais ou menos curva. Sendo constituídas por um composto de lentes, as objetivas apresentam as distorções e aberrações somadas, inerentes às lentes que a constituem, que podem ser aberrações cromáticas e esféricas, por curvatura do campo, astigmatismo, coma e as distorções geométricas, que, por introduzirem efeitos indesejáveis na imagem ou por provocarem alterações indesejáveis nas suas dimensões, é necessário corrigir com o revestimento dessas lentes com materiais especiais ou com a constituição de conjuntos de lentes que se corrijam umas às outras através de aberrações opostas.

A diminuição do contraste, à medida que a imagem se afasta do centro da lente (flare) deve-se ao fato da energia luminosa deixar de incidir perpendicularmente à lente (cuja superfície é esférica) sendo parcialmente refletida, o que diminui a energia transmitida; como o ângulo de incidência vai aumentando com o afastamento do centro da lente a porcentagem de energia transmitida também diminui da mesma forma. Já a sub-exposição dos cantos da imagem (efeito de vinheta – vignetting - muitas vezes intencional) pode ser provocada pela não utilização de palas adequadas que evitem a entrada de luz lateral ou por objetivas mal construídas; é um problema comum nas objetivas grande angular por permitirem a entrada de raios luminosos oblíquos. Este efeito pode ser também provocado em algumas objetivas com distâncias focais grandes pelo próprio tubo que suporta as lentes.

A principal distorção é a distorção geométrica que faz com que o formato da imagem captada deixe de ser retangular para passar a ter a forma de uma almofada, com os cantos tendo menos de 90 graus e as linhas verticais e horizontais curvadas para dentro da imagem, ou de um barril, com os cantos tendo mais de 90 graus e as linhas verticais e horizontais curvadas para fora da imagem. A passagem da relação de aspecto de 4:3 para 16:9 só dificulta ainda mais a solução deste problema que pode passar de 1,5% em SD para 2,2% em HD. A distorção geométrica é, normalmente, indicada pelo quociente da divisão da separação entre uma linha horizontal virtual que passe pelos vértices da imagem e outra, paralela à anterior, que passe tangente à curva da linha real que une os mesmos vértices e a distância entre as partes centrais dessas duas linhas limite da imagem.

Características das aberrações

Normalmente uma objetiva zoom deforma em barril quando usada com distâncias focais curtas (ângulos abertos) e em almofada quando usada em telefoto. Apesar da respiração da focagem (focus breathing) não ser, especificamente, um tipo de distorção, comporta-se como tal, pois o funcionamento da focagem pode alterar as dimensões da imagem (tal como acontece com o nosso peito ao respirarmos). É aceito em ENG, mas totalmente inaceitável nas grandes produções de TV, especialmente em HD, ou de cinema.

As aberrações das lentes podem fazer com que um feixe luminoso muito fino, cilíndrico e monocromático, se deforme aumentando de diâmetro quando se afasta do centro (aberração esférica - a focagem pode alterar esse efeito focando o ponto afastado do centro mas fazendo com que passe o centro a ser desfocado), apresente uma espécie de cauda de cometa (vírgula ou coma), se desfoque devido à curvatura do campo (cena perfeitamente focada no centro mas bordas fora de foco, ou as bordas focadas e o centro fora de foco) e o astigmatismo, fenômeno em que o ponto deixa de ser cilíndrico para ser elíptico horizontal ou verticalmente (passando com a focagem de uma para outra dessas situações); todas estas aberrações prejudicam a nitidez da imagem.

A aberração esférica é provocada pela esfericidade de uma lente fazer com que os raios que não incidam segundo o seu raio de curvatura (o que só acontece com os que passam pelo centro da lente) sejam refratados e se foquem em diferentes distâncias focais em função do seu comprimento de onda.

A coma, ou vírgula, faz com que um ponto deixe de ser redondo e apareça com uma espécie de “cauda de cometa” que afeta a imagem.

A aberração por curvatura de campo faz com que pontos do plano da cena perpendiculares ao eixo de uma lente só foquem corretamente segundo um plano focal curvo em vez de o fazerem num plano direito.

O astigmatismo corresponde à alteração da esfericidade de um ponto luminoso transformando-o numa elipsóide.

Mas também existem aberrações dependentes do comprimento de onda porque o índice de refração das lentes é variável em função dele. A aberração cromática longitudinal em que a focagem é planejada em função da cor e a aberração cromática lateral provocada pela variação da distância focal dos raios coloridos alterando a ampliação lateral. Existe um plano de focagem para cada cor, o que faz com que os sensores CCD sejam montados a distâncias diferentes de forma a compensar o efeito de aberração cromática longitudinal – por acordo entre fabricantes de objetivas e de câmeras os sensores das câmeras estão em diferentes pontos focais, com o vermelho a 10 mícron do verde e o azul a seis de distância dos outros dois.

Fonte: producaoprofissional.com.br