الانحراف اللوني

في البصريات ، الانحراف اللوني ( CA )، ويسمى أيضًا التشوه اللوني ، أو الانحراف اللوني ، أو التهديب اللوني ، أو التهديب الأرجواني ، هو فشل العدسة في تركيز جميع الألوان على نفس النقطة. ^{[1] [2]} وهو ناتج عن التشتت : يتغير معامل الانكسار لعناصر العدسة مع طول موجة الضوء . ينخفض ​​معامل الانكسار لمعظم المواد الشفافة مع زيادة الطول الموجي. ^[3] نظرًا لأن البعد البؤري للعدسة يعتمد على معامل الانكسار، فإن هذا الاختلاف في معامل الانكسار يؤثر على التركيز. [ ^4] نظرًا لأن البعد البؤري للعدسة يتغير مع لون الضوء، يتم تركيز ألوان مختلفة من الضوء على مسافات مختلفة من العدسة أو بمستويات مختلفة من التكبير. يتجلى الانحراف اللوني على أنه "هوامش" من اللون على طول الحدود التي تفصل الأجزاء الداكنة والمشرقة من الصورة.

هناك نوعان من الانحراف اللوني: المحوري ( الطولي ) والعرضي ( الجانبي ). يحدث الانحراف المحوري عندما يتم تركيز أطوال موجية مختلفة من الضوء على مسافات مختلفة من العدسة ( انحراف التركيز ). الانحراف الطولي نموذجي في الأطوال البؤرية الطويلة. يحدث الانحراف العرضي عندما يتم تركيز أطوال موجية مختلفة في مواضع مختلفة في المستوى البؤري ، لأن تكبير و/أو تشوه العدسة يختلف أيضًا مع الطول الموجي. الانحراف العرضي نموذجي في الأطوال البؤرية القصيرة. يُستخدم الاختصار الغامض LCA أحيانًا للانحراف اللوني الطولي أو الجانبي . ^[3]

يتميز النوعان من الانحراف اللوني بخصائص مختلفة، وقد يحدثان معًا. يحدث الانحراف اللوني المحوري في جميع أنحاء الصورة ويحدده مهندسو البصريات وأطباء البصريات وعلماء الرؤية بالديوبتر . ^[5] ويمكن تقليله عن طريق التوقف ، مما يزيد من عمق المجال بحيث على الرغم من تركيز الأطوال الموجية المختلفة على مسافات مختلفة، إلا أنها لا تزال في تركيز مقبول. لا يحدث الانحراف اللوني المستعرض على المحور البصري للنظام البصري (الذي يكون عادةً مركز الصورة) ويزداد بعيدًا عن المحور البصري. لا يتأثر بالتوقف لأنه ناتج عن التكبير المختلف للعدسة مع كل لون من ألوان الضوء.

في أجهزة الاستشعار الرقمية، يؤدي الانحراف اللوني المحوري إلى عدم تركيز المستويات الحمراء والزرقاء (على افتراض أن المستوى الأخضر هو في التركيز)، وهو أمر يصعب علاجه نسبيًا في مرحلة ما بعد المعالجة، بينما يؤدي الانحراف اللوني المستعرض إلى أن تكون المستويات الحمراء والخضراء والزرقاء عند تكبيرات مختلفة (يتغير التكبير على طول الأقطار، كما هو الحال في التشوه الهندسي )، ويمكن تصحيحه عن طريق تغيير مقياس المستويات شعاعيًا بشكل مناسب حتى تتماشى.

في أقدم استخدامات العدسات، تم تقليل الانحراف اللوني عن طريق زيادة البعد البؤري للعدسة حيثما أمكن. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي هذا إلى تلسكوبات طويلة للغاية مثل التلسكوبات الجوية الطويلة جدًا في القرن السابع عشر. قادت نظريات إسحاق نيوتن حول الضوء الأبيض الذي يتكون من طيف من الألوان إلى استنتاج مفاده أن الانكسار غير المتساوي للضوء يسبب الانحراف اللوني (مما دفعه إلى بناء أول تلسكوب عاكس ، تلسكوب نيوتن ، في عام 1668. ^[6] )

تستمر التلسكوبات الحديثة، فضلاً عن الأنظمة الكاتوبترية والكاسادوبترية الأخرى ، في استخدام المرايا التي لا تحتوي على انحراف لوني.

توجد نقطة تسمى دائرة أقل ارتباك ، حيث يمكن تقليل الانحراف اللوني. ^[7] يمكن تقليله بشكل أكبر باستخدام عدسة لونية أو عدسة لونية ، حيث يتم تجميع المواد ذات التشتت المختلف معًا لتشكيل عدسة مركبة. النوع الأكثر شيوعًا هو العدسة المزدوجة اللونية ، مع عناصر مصنوعة من التاج والزجاج الصوان . يقلل هذا من مقدار الانحراف اللوني على مدى معين من الأطوال الموجية، على الرغم من أنه لا ينتج تصحيحًا مثاليًا. من خلال الجمع بين أكثر من عدستين من تركيبة مختلفة، يمكن زيادة درجة التصحيح بشكل أكبر، كما هو الحال في عدسة لونية أو عدسة لونية . يشير "عدسة لونية" و"عدسة لونية" إلى نوع التصحيح (2 أو 3 أطوال موجية مركّزة بشكل صحيح)، وليس الدرجة ( مدى عدم تركيز الأطوال الموجية الأخرى)، ويمكن أن تنتج عدسة لونية مصنوعة من زجاج ذي تشتت منخفض بدرجة كافية تصحيحًا أفضل بكثير من عدسة لونية مصنوعة من زجاج أكثر تقليدية. على نحو مماثل، فإن فائدة الأشخاص الذين يعانون من عدم وضوح الرؤية لا تكمن فقط في قدرتهم على التركيز على ثلاثة أطوال موجية بشكل حاد، بل إن خطأهم في الأطوال الموجية الأخرى صغير للغاية أيضًا. ^[8]

تم تطوير العديد من أنواع الزجاج لتقليل الانحراف اللوني. ومن هذه الأنواع الزجاج منخفض التشتت ، وأبرزها الزجاج المحتوي على الفلوريت . تتمتع هذه الزجاجات الهجينة بمستوى منخفض جدًا من التشتت البصري؛ حيث يمكن لعدستين مركبتين فقط مصنوعتين من هذه المواد أن تنتجا مستوى عاليًا من التصحيح. ^[9]

كان استخدام العدسات الملونة خطوة مهمة في تطوير المجاهر الضوئية والتلسكوبات .

البديل للثنائيات اللونية هو استخدام العناصر البصرية الحيودية. العناصر البصرية الحيودية قادرة على توليد جبهات موجية معقدة عشوائية من عينة من المواد البصرية التي هي مسطحة في الأساس. ^[10] العناصر البصرية الحيودية لها خصائص تشتت سلبية، مكملة لأرقام آبي الإيجابية للزجاج البصري والبلاستيك. على وجه التحديد، في الجزء المرئي من الطيف، يكون للعناصر البصرية الحيودية رقم آبي سلبي يبلغ −3.5. يمكن تصنيع العناصر البصرية الحيودية باستخدام تقنيات تحويل الماس . ^[11]

تتوفر عدسات مقربة تستخدم عناصر حيودية لتقليل الانحراف اللوني تجاريًا من كانون ونيكون للكاميرات ذات العدسات القابلة للتبديل؛ وتشمل هذه الطرز 800 مم f/6.3 و500 مم f/5.6 و300 مم f/4 من نيكون (العلامة التجارية "فرينل الطور " أو PF)، و800 مم f/11 و600 مم f/11 و400 مم f/4 من كانون (العلامة التجارية "بصريات حيودية" أو DO). تنتج هذه العدسات صورًا حادة مع انحراف لوني أقل وزنًا وحجمًا من البصريات التقليدية ذات المواصفات المماثلة، وهي تحظى عمومًا بتقدير كبير من قبل مصوري الحياة البرية. ^[12]

بالنسبة للعدسة المزدوجة المكونة من عدستين رفيعتين متصلتين، يتم استخدام رقم آبي لمواد العدسات لحساب البعد البؤري الصحيح للعدسات لضمان تصحيح الانحراف اللوني. ^[13] إذا كانت الأطوال البؤرية للعدستين للضوء عند خط فراونهوفر الأصفر D (589.2 نانومتر) هي f ₁ و f ₂ ، فإن أفضل تصحيح يحدث للحالة:

${\displaystyle f_{1}\cdot V_{1}+f_{2}\cdot V_{2}=0}$

حيث V ₁ و V ₂ هما رقما آبي لمواد العدسات الأولى والثانية على التوالي. ونظرًا لأن أرقام آبي موجبة، فيجب أن يكون أحد الأطوال البؤرية سالبًا، أي عدسة متباعدة، حتى يتم استيفاء الشرط.

يتم تحديد الطول البؤري الإجمالي للعدسة المزدوجة f بواسطة الصيغة القياسية للعدسات الرقيقة الملامسة:

${\displaystyle {\f {1}{f}}={\f {1}{f_{1}}}+{\f {1}{f_{2}}}}$

ويضمن الشرط المذكور أعلاه أن يكون هذا هو البعد البؤري للثنائي للضوء عند خطوط فراونهوفر F وC الزرقاء والحمراء (486.1 نانومتر و656.3 نانومتر على التوالي). سيكون البعد البؤري للضوء عند أطوال موجية مرئية أخرى مماثلاً ولكن ليس مساويًا تمامًا لهذا.

يتم استخدام الانحراف اللوني أثناء اختبار العين ثنائي اللون للتأكد من اختيار قوة العدسة الصحيحة. يواجه المريض صورًا حمراء وخضراء ويسأل عن أيهما أكثر وضوحًا. إذا كانت الوصفة صحيحة، فإن القرنية والعدسة والعدسة الموصوفة ستركز على أطوال الموجات الحمراء والخضراء أمام الشبكية وخلفها، ويبدو أنها متساوية الحدة. إذا كانت العدسة قوية جدًا أو ضعيفة جدًا، فستركز إحداهما على الشبكية، وستكون الأخرى أكثر ضبابية بالمقارنة. ^[14]

في بعض الظروف، من الممكن تصحيح بعض تأثيرات الانحراف اللوني في المعالجة الرقمية اللاحقة. ومع ذلك، في ظروف العالم الحقيقي، يؤدي الانحراف اللوني إلى فقدان دائم لبعض تفاصيل الصورة. يمكن أن تسمح المعرفة التفصيلية للنظام البصري المستخدم لإنتاج الصورة ببعض التصحيحات المفيدة. ^[15] في موقف مثالي، تتضمن المعالجة اللاحقة لإزالة أو تصحيح الانحراف اللوني الجانبي تغيير حجم قنوات الألوان المحاطة، أو طرح بعض الإصدارات المصغرة من القنوات المحاطة، بحيث تتداخل جميع القنوات مكانيًا بشكل صحيح في الصورة النهائية. ^[16]

نظرًا لأن الانحراف اللوني معقد (بسبب علاقته بالبعد البؤري، وما إلى ذلك)، فإن بعض مصنعي الكاميرات يستخدمون تقنيات تقليل مظهر الانحراف اللوني الخاصة بالعدسة. تتيح جميع شركات تصنيع الكاميرات الكبرى تقريبًا بعض أشكال تصحيح الانحراف اللوني، سواء داخل الكاميرا أو من خلال برامجها الخاصة. كما أن أدوات البرامج التابعة لجهات خارجية مثل PTLens قادرة أيضًا على إجراء تقليل مظهر الانحراف اللوني المعقد باستخدام قاعدة بياناتها الضخمة من الكاميرات والعدسات.

في الواقع، حتى أنظمة تقليل وإزالة وتصحيح الانحراف اللوني المعتمدة على المعالجة اللاحقة المثالية نظريًا لا تزيد من تفاصيل الصورة بنفس جودة العدسة التي تم تصحيحها بصريًا بشكل جيد للانحراف اللوني للأسباب التالية:

• لا ينطبق إعادة التدرج إلا على الانحراف اللوني الجانبي ولكن هناك أيضًا انحراف لوني طولي
• يؤدي تغيير حجم قنوات الألوان الفردية إلى فقدان الدقة من الصورة الأصلية
• تلتقط معظم مستشعرات الكاميرا عددًا قليلًا من قنوات الألوان المنفصلة (على سبيل المثال، RGB)، ولكن الانحراف اللوني ليس منفصلًا ويحدث عبر طيف الضوء
• إن الصبغات المستخدمة في أجهزة استشعار الكاميرا الرقمية لالتقاط الألوان ليست فعالة للغاية، وبالتالي فإن تلوث الألوان عبر القنوات أمر لا مفر منه، ويؤدي، على سبيل المثال، إلى امتزاج الانحراف اللوني في القناة الحمراء أيضًا في القناة الخضراء مع أي انحراف لوني أخضر.

ترتبط العناصر المذكورة أعلاه ارتباطًا وثيقًا بالمشهد المحدد الذي تم التقاطه، وبالتالي لا يمكن لأي قدر من البرمجة والمعرفة بمعدات الالتقاط (على سبيل المثال، بيانات الكاميرا والعدسة) التغلب على هذه القيود.

يُستخدم مصطلح " الهامش الأرجواني " بشكل شائع في التصوير الفوتوغرافي ، على الرغم من أنه لا يمكن أن يُعزى كل الهوامش الأرجوانية إلى الانحراف اللوني. قد يكون الهوامش الملونة المشابهة حول النقاط المضيئة ناتجة أيضًا عن وهج العدسة . قد يكون الهوامش الملونة حول النقاط المضيئة أو المناطق الداكنة ناتجة عن مستقبلات الألوان المختلفة التي لها نطاق ديناميكي أو حساسية مختلفة - وبالتالي الحفاظ على التفاصيل في قناة أو قناتين لونيتين، بينما "تنفجر" أو تفشل في التسجيل، في القناة أو القنوات الأخرى. في الكاميرات الرقمية، من المرجح أن تؤثر خوارزمية إزالة الفسيفساء الخاصة على الدرجة الظاهرة لهذه المشكلة. سبب آخر لهذا الهوامش هو الانحراف اللوني في العدسات الدقيقة جدًا المستخدمة لجمع المزيد من الضوء لكل بكسل CCD؛ نظرًا لأن هذه العدسات مضبوطة لتركيز الضوء الأخضر بشكل صحيح، فإن التركيز غير الصحيح للأحمر والأزرق يؤدي إلى ظهور هوامش أرجوانية حول النقاط المضيئة. هذه مشكلة موحدة عبر الإطار، وهي مشكلة أكثر في أجهزة CCD ذات درجة البكسل الصغيرة جدًا مثل تلك المستخدمة في الكاميرات المدمجة. تحتوي بعض الكاميرات، مثل سلسلة Panasonic Lumix وكاميرات DSLR الأحدث من Nikon و Sony ، على خطوة معالجة مصممة خصيصًا لإزالتها.

في الصور الملتقطة باستخدام كاميرا رقمية، قد تظهر نقاط الضوء الصغيرة جدًا بشكل متكرر وكأنها تعاني من انحراف لوني، في حين أن التأثير في الواقع يرجع إلى أن صورة النقاط المضيئة صغيرة جدًا بحيث لا تحفز وحدات البكسل الثلاثة الملونة، وبالتالي يتم تسجيلها بلون غير صحيح. قد لا يحدث هذا مع جميع أنواع مستشعرات الكاميرات الرقمية. مرة أخرى، قد تؤثر خوارزمية إزالة الفسيفساء على الدرجة الظاهرة للمشكلة.

• 
  تغير اللون من خلال زاوية النظارات
• 
  يمكن رؤية هامش أرجواني كثيف على حواف مقدمة الحصان، والبدة، والأذن.
• 
  تم التقاط هذه الصورة بفتحة عدسة مفتوحة تمامًا مما أدى إلى عمق مجال ضيق وانحراف لوني محوري قوي. تحتوي القلادة على هامش أرجواني في المنطقة القريبة من عدم التركيز وهامش أخضر في المسافة. تم التقاطها بكاميرا Nikon D7000 وعدسة AF-S Nikkor 50mm f/1.8G.

يؤثر الانحراف اللوني أيضًا على التصوير بالأبيض والأسود. ورغم عدم وجود ألوان في الصورة، فإن الانحراف اللوني سيؤدي إلى تشويش الصورة. ويمكن تقليله باستخدام مرشح ألوان ضيق النطاق، أو عن طريق تحويل قناة لونية واحدة إلى الأبيض والأسود. ومع ذلك، سيتطلب هذا تعرضًا أطول (وسيؤدي إلى تغيير الصورة الناتجة). (هذا صحيح فقط مع الفيلم الأبيض والأسود متعدد الألوان ، لأن الفيلم المتعامد اللوني حساس بالفعل لطيف محدود فقط.)

يؤثر الانحراف اللوني أيضًا على المجهر الإلكتروني ، على الرغم من أنه بدلاً من أن يكون للألوان المختلفة نقاط بؤرية مختلفة، فقد يكون للطاقات الإلكترونية المختلفة نقاط بؤرية مختلفة. ^[17]

الانحراف البصري
عدم التركيز إمالة الانحراف الكروي الاستجماتيزم غيبوبة تشويه انحناء مجال بيتزفال الانحراف اللوني
ف ت هـ

• تلسكوب لوني
• كوك الثلاثي
• سوبراكرومات
• كروموستيروبسيس – تأثيرات بصرية مجسمة بسبب الانحراف اللوني
• نظرية الألوان

• طرق تصحيح الانحرافات اللونية في تصميم العدسات
• شرح الانحراف اللوني بقلم بول فان والري
• مقالة ويكيبيديا PanoTools حول الانحراف اللوني
• الاستخدام في ألعاب الفيديو