Chromatische Aberration

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Vielleicht ist dir auch schon an eigenen Bildern aufgefallen, dass vor allem an Kontrastkanten und im Randbereich des Bildes sichtbare Farbsäume auftreten können. Sogenannte Chromatische Aberrationen.

Gerade einfache Kameras mit kleinen Linsen haben mit diesem Problem zu kämpfen. Doch auch bei hochwertigen Kameras kann dieses Phänomen auftreten. Dabei sind besonders die Farben blau, violett grün und orange von diesem Effekt betroffen.

Chromatische Aberration
 

In der Regel fällt dieser Farbfehler bei vielen Bildern nicht sofort auf, zumal meist die Randbereiche der Fotos betroffen sind. Bei der Betrachtung auf dem Bildschirm sind die Chromatischen Aberrationen nur schwer zu sehen. Häufig werden sie erst beim Vergrößern deutlich sichtbar.

Wird das Bild jedoch auf einen kleineren Ausschnitt vergrößert und zugeschnitten, sind diese Farbfehler nun plötzlich sichtbar und offenbaren dadurch deutlich weniger Details.

 

Hintergund zu Chromatischen Aberrationen

Woher kommen also diese Abbildungsfehler und warum weist nicht jedes Bild diese Farbfehler auf?

Chromatische Aberrationen sind Farbverschiebungen, die durch die Verwendung optischer Linsen auftreten. Ungünstig, da wir in der Fotografie auf eben diese Linsen angewiesen sind.

Zudem kommen in der Unterwasserfotografie nicht nur die Kamera-Objektive zum Einsatz. Häufig finden auch zusätzliche Linsen zur Verkürzung des Arbeitsabstands oder der Erweiterung des Bildwinkels Anwendung. Außerdem vereinfacht der Übergang des Lichts durch drei verschiedene Medien (Wasser, Glas, Luft) die Situation auch nicht gerade.

Dabei lässt sich die Entstehung leicht erklären.
Wahrscheinlich wird dir der Effekt noch aus dem Physikunterricht bekannt sein. Klassischerweise diente das Prisma als Hilfsmittel, um dieses Phänomen zu präsentieren.

Spektralzerlegung im Prisma

Fällt weißes Licht auf eine Seite des Prismas, wird das Licht beim Ein- und Austritt je nach Farbe (Wellenlänge) unterschiedlich gebrochen.

Das weiße Licht wird damit in seine Spektralfarben zerlegt. Diesen Effekt nennt man Dispersion.

Im Gegensatz zum Physik-Unterricht ist der Effekt in der Fotografie ungewollt.
Denn ungünstigerweise tritt die Dispersion nicht nur bei Prismen auf, sondern in abgeschwächter Form auch bei bei allen anderen Arten von Linsen.

 

Welche Linsen sind betroffen?

Auftreten können diese Farbverschiebungen bei allen Linsen. Dabei sind die Einflussfaktoren sehr vielfältig.

Kommen einfache Linsen wie bei billigen Vergrößerungslinsen zum Einsatz, ist die Farbverschiebung besonders stark. Doch auch kleine Objektive, wie sie bei Kompaktkameras zum Einsatz kommen, haben mit diesen Abbildungsfehlern zu kämpfen.

Starke Chromatische Aberration durch eine einfache Linse

Besonders an den Bildrändern (je weiter außen desto stärker) und an Kontrastkanten entstehen so Farbfehler und Farbsäume2. Deshalb setzen die Objektiv-Hersteller auf speziell berechnete und zusammengesetzte Linsen-Gruppen, die diese Effekte reduzieren sollen. Im Makro-Bereich sind diese korrigierten Linsen als Achromaten bekannt.

Einen weiteren starken Einfluss übt die Blende aus. Bei einer Großen Blende (kleine Blendenzahl) fallen mehr und stärker gebrochene Lichtstrahlen von den Randbereichen der Linsen auf den Sensor. Das führt zwar zu einem schön weichen Hintergrund, verstärkt damit aber gleichzeitig schon vorhandene Abbildungsfehler – wie beispielsweise chromatische Aberrationen.

Die durch eine weit geöffnete Blende bedingten Farbverschiebungen außerdem an Lichtreflexen vorhanden, wie sie bei Wassertropfen, den Reflexionen einzelner Schuppen oder Metallteilen an der Ausrüstung des Tauchers auftreten.

Wird die Blende weiter geschlossen sind die Farbsäume meist nur noch an unscharfen Objekten (Schwebteilchen und einzelne Riffteile) zu sehen. Ab einem gewissen Punkt, der von Objektiv zu Objektiv unterschiedlich ist, nehmen die Farbfehler durch die sogenannte Beugungsunschärfe wieder zu.

Verringerte Chromatische Aberration durch eine zusätzliche Linse

 

Was kannst du gegen diese Farbfehler tun?

Deutliche chromatische Aberration – Zum Vergrößen klicken


Wie schon vorher beschrieben sorgt vor allem eine Offenblende für verstärkte Farbfehler. Durch das Abblenden, also das gezielte Schließen der Blende, kannst du diese Abbildungsfehler reduzieren. Abgesehen davon ist in den meisten Bereichen der Unterwasserfotografie eine kleinere Blende förderlich, um eine möglichst große Tiefenschärfe zu erreichen.

Bei der Verwendung zusätzlicher Makrolinsen solltest du darauf achten, echte Achromaten zu verwenden, die diesen Fehler weitestgehend ausgleichen. Doch auch diese unterliegen den phyikalischen Gesetzen und erlauben keine hundertprozentig fehlerfreie Abbildung.1

In der Weitwinkelfotografie ist ein Weitwinkel-Objektiv mit einer großen Wölbung, dem Dome, hilfreich. Durch die Krümmung der Linse trifft das Licht nun auch in den Randbereichen senkrecht auf das Glas und minimiert dadurch den Effekt chromatischer Aberrationen deutlich!

Wenn nun trotzdem – und das passiert – Farbfehler auftreten, hast du die Möglichkeit die Farbsäume in Bildbearbeitungsprogrammen wie Photoshop, Capture One oder Lightroom zu entfernen.

 

Korrektur in Lightroom

Reduzieren von Farbfehlern in Lightroom

Die Korrektur von Fabrfehlern ist in Lightroom ab Version 4 sehr einfach.

Im Entwicklungsmodul befindet sich auf der rechten Seite bei den Werkzeugen und Reglern ein Feld mit Objektivkorrekturen. Dieses kann auf zwei unterschiedliche Arten bedient werden.

1) Zum Einen steht die Objektivkorrektur anhand eines Profils zur Auswahl. Dabei kann Lightroom, wenn die Kamera oder das verwendete Objektiv erkannt wurde, bei der entsprechenden Auswahl Verzeichnungen und Verzerrungen sowie Chromatische Aberrationen automatisch entfernen.

2) Weiterhin ist es möglich über die Manuellen Optionen dieses Moduls die Farbfehler mit der Pipette gezielt anzuwählen oder mit den Reglern einzugrenzen.
Dabei wird in zwei Farbbereiche unterschieden. Der erste erstreckt sich von blau über violett bis hin zu satten Rottönen. Im zweiten Bereich können die Farben zwischen orange und türkis eingegrenzt werden.

Über den jeweiligen Intensitätsregler kann die Stärke der Korrektur angepasst werden.

Leider ist es in Lightroom nicht immer möglich alle Cromatische Aberrationen gleichzeitig zu entfernen. Daher ist für optimale Ergebnisse oft der zusätzliche Einsatz von Photoshop erforderlich.

 

Korrektur in Photoshop

In Photoshop gibt es keine dedizierte Funktion um Farbfehler wie Chromatische Aberrationen zu entfernen. Wege gibt es trotzdem mehrere.

Vorherige Bearbeitung in Lightroom
Wenn es beispielsweise wie in dem oberen Bild nicht möglich sein sollte, alle Farbfehler mit Lightroom auf einmal zu entfernen, kannst du in Photoshop diese Korrektur vollenden.

Dazu exportierst du je ein Bild mit den unterschiedlichen Korrekturen aus Lightroom nach Photoshop. Nun werden beide Bilder in einem zusammengefügt und als Ebenen übereinander gelegt. Anschließend maskierst du die obere der beiden Ebenen und überblendest mit einem Pinsel die jeweiligen Kanten mit Farbfehlern.

Bearbeitung nur in Photoshop
Du hast kein Lightroom, möchtest dir Farbfehler aber trotzdem reduzieren?

Dazu öffnest du das Bild in Photoshop und duplizierst die Hintergrundebene zwei mal. (Strg+J)
Die hintere Ebene der beiden neuen Ebenen versiehst du mit einem Weichzeichnungsfilter (Gaußscher Weichzeichner mit einer Stärke von 10-20 Pixel).
Auf die oberste Kopie deines Bildes wendest du wieder eine Ebenenmaske an und kannst so die Kanten mit dem Pinsel überblenden und so die Farbfehler entfernen.

Diese Methode ist leider lange nicht so akkurat wie die Variante in Lightroom aber deutlich schneller als die Fehler von Hand zu entsättigen oder zu überpinseln.

 

Appendix

1) Auch bei Achromaten ist keine komplett fehlerfreie Abbildung möglich. Im Gegensatz zu den einfachen Linsen ist die Farbverschiebung einiger Farben zwar deutlich reduziert2, kann aber auch hier nicht komplett verhindert werden. Das führte zur Entwicklung der Apochromaten. Diese sind jedoch durch zusätzliche Linsen deutlich teurer und schwerer. Deshalb kommen in der Unterwasserfotografie in der Regel Achromaten zum Einsatz.

2) Bei den chromatischen Aberrationen wird unterschieden in Farblängsfehler und Farbquerfehler.
Achromaten und Apochromaten verringern NUR die Farblängsfehler, wie sie außerhalb der Fokusebene auftreten. Farbfehler vor der Fokusebene sind Violett, dahinterliegende grün.

Anders verhält es sich mit den Querfehlern, die vor allem an Kontrastkanten innerhalb der Schärfeebene auftreten. Dabei werden Farbquerfehler durch Makrolinsen zusätzlich verstärkt. Hier ist die Breite der Farbsäume abhängig von der Vergrößerungsleistung (dem Brechungsindex) und nimmt dabei proportional zur Querachse des Fotos nach außen hin zu. Das heißt je stärker die Makrolinse, desto stärker werden auch die Farbfehler an den Rändern.

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