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Abbildungsfehler

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

(Weitergeleitet von Aberration (Optik))

In der Optik versteht man unter Abbildungsfehlern oder Aberrationen Abweichungen von der idealen optischen Abbildung, die ein unscharfes oder verzerrtes Bild bewirken.

Die Abbildungsfehler lassen sich im Rahmen der geometrischen Optik erfassen. Dabei wird untersucht, wie sich ein Strahlenbündel, das von einem bestimmten Objektpunkt ausgeht, nach dem Durchgang durch das System verhält. Aufgrund der Abbildungsfehler laufen die Strahlen im Allgemeinen nicht in einem Bildpunkt zusammen, sondern zeigen nur eine mehr oder weniger enge Einschnürung (Kaustik), bevor sie wieder auseinander laufen. Diese Einschnürung kann außerdem an der falschen Stelle liegen (bei Verzeichnung oder Bildfeldwölbung).

Die mathematische Behandlung der Abbildungsfehler wurde in der Mitte des 19. Jahrhunderts durch Seidel und Petzval durchgeführt. Schon 1858 gab Maxwell Argumente, dass eine perfekte Abbildung eines räumlich ausgedehnten Objekts nur im trivialen Fall der Abbildung an ebenen Spiegeln möglich sei. Nach einigen Zwischenergebnissen legte schließlich Carathéodory 1926 einen strengen Beweis dafür vor.

Es ist aber möglich, die Abbildungsfehler gegenüber einem einfachen System aus einer einzelnen Linse oder einem Spiegel sehr stark zu reduzieren. Dazu werden mehrere Linsen aus verschiedenen Glassorten bzw. Spiegel miteinander kombiniert und evtl. auch asphärische Flächen eingesetzt. Sie werden durch eine Optimierungsrechnung so aufeinander abgestimmt, dass die gemeinsame Auswirkung aller Abbildungsfehler minimal wird. Dies nennt man Korrektion der Fehler bzw. des optischen Systems.

Dieser Prozess der Korrektion ist sehr kompliziert. Alle hier beschriebenen Abbildungsfehler überlagern sich, und Maßnahmen zur Verminderung eines bestimmten Fehlers beeinflussen im Allgemeinen auch alle anderen. Nur der Farbfehler tritt bei Systemen, die ausschließlich durch Spiegel abbilden, nicht auf.


Inhaltsverzeichnis

  • 1 Chromatische Aberration (Farbfehler)
  • 2 Monochromatische Aberrationen
    • 2.1 Sphärische Aberration (Öffnungsfehler)
    • 2.2 Koma (Asymmetriefehler)
    • 2.3 Bildfeldwölbung
    • 2.4 Astigmatismus (Punktlosigkeit)
    • 2.5 Verzeichnung
  • 3 Weitere Fehler
    • 3.1 Beugung
    • 3.2 Helligkeitsverteilung
      • 3.2.1 Natürlicher Randlichtabfall
      • 3.2.2 Vignettierung
    • 3.3 Streulicht / Falschlicht
    • 3.4 Absorption
    • 3.5 Fertigungsfehler
    • 3.6 Umwelteinflüsse
    • 3.7 Digitale Artefakte
  • 4 Literatur
  • 5 Weblinks

Chromatische Aberration (Farbfehler)

chromatische Aberration
chromatische Aberration
Achromat
Achromat

Die Brechzahl jedes Materials variiert mit der Wellenlänge λ des einfallenden Lichts. Diese Erscheinung wird Dispersion genannt.

Die Brechzahlen der Linsengläser eines optischen Systems beeinflussen aber die Brennweite des Systems, und diese wiederum den Abbildungsmaßstab, der somit auch von der Wellenlänge abhängt. Die Teilbilder, die jeweils vom Licht einer Wellenlänge gebildet werden, sind dadurch verschieden groß. Diesen Effekt nennt man Farbquerfehler. Er bewirkt Farbsäume an Kanten des Bildmotivs, falls diese nicht radial verlaufen, und eine Unschärfe des Bildes. Seine Stärke hängt linear von der Bildhöhe (Abstand von der Bildmitte) ab.

Auch die Schnittweite des Systems, und damit der Abstand des Bildes von der letzten Fläche des Systems, ist von den Brechzahlen und somit von λ abhängig. Dadurch kann man die Teilbilder der verschiedenen Wellenlängen nicht gleichzeitig scharf auffangen, weil sie an verschiedenen Positionen stehen. Dies nennt man Farblängsfehler. Es entsteht eine Unschärfe, die nicht von der Bildhöhe abhängt.

Die Dispersion der optischen Gläser bewirkt nicht nur den Farblängs- und -querfehler, sondern auch eine Variation der übrigen Abbildungsfehler mit der Wellenlänge. Wenn z. B. die Koma für grünes Licht korrigiert ist, kann sie für rotes und blaues Licht trotzdem vorhanden sein. Dieser Effekt kann die Güte eines Objektivs erheblich beeinflussen und muss bei der Konstruktion von hochwertigen Systemen berücksichtigt werden.


Die chromatische Aberration (vom griechischen chroma für Farbe) kann gegenüber einer Einzellinse durch zwei Linsen, die einen sogenannten Achromaten bilden, reduziert werden. Die Glassorten der beiden Linsen werden dabei derart gewählt, dass das System bei zwei Wellenlängen (z. B. Rot und Blau) die gleiche Schnittweite hat, und damit auch annähernd die gleiche Brennweite, falls die Linsen dünn sind und einen kleinen Abstand voneinander haben. Dazu müssen die Gläser der beiden Linsen verschiedene Abbe-Zahlen haben.

Eine Fortentwicklung stellen so genannte apochromatisch korrigierte Objektive oder Apochromate dar. In der klassischen Ausführung werden diese so berechnet, dass die Schnittweiten bei drei Wellenlängen (z. B. Rot, Grün und Blau) übereinstimmen, wodurch der Farblängsfehler auch bei allen anderen Wellenlängen des sichtbaren Lichts sehr gering wird. Ein Hinweis auf so korrigierte Systeme ist meist die Abkürzung APO auf den Objektiven. Sie sind in aller Regel bedeutend teurer als lediglich achromatisch korrigierte Produkte, da man spezielle, teure Glassorten mit anomalem Dispersionsverhalten dafür einsetzen muss.

Monochromatische Aberrationen

Sphärische Aberration (Öffnungsfehler)

sphärische Aberration zweiter Ordnung
sphärische Aberration zweiter Ordnung

Die sphärische Aberration, auch Öffnungsfehler oder Kugelgestaltsfehler genannt, bewirkt, dass achsparallel einfallende oder vom gleichen Objektpunkt auf der optischen Achse ausgehende Lichtstrahlen nach dem Durchgang durch das System nicht die gleiche Schnittweite haben. Sie laufen somit nicht in einem Punkt zusammen. Im allgemeinen ist die Abweichung umso stärker, je weiter außen der Strahl verläuft. Die Schnittweite s des gebrochenen Strahls wird durch eine gerade Funktion gegeben:

s = s_0 + \sum_{i=1}^{\infty}w_{2i} a^{2i}.

Dabei ist a der Achsabstand, mit dem der Strahl in das System einfällt, und wk gibt die Stärke der sphärischen Aberration k-ter Ordnung an. s0 ist die paraxiale Schnittweite des gebrochenen Strahls.

Objektive mit sphärischer Aberration liefern ein weiches und etwas verschwommenes, aber scharfes Bild. Feine Objektdetails sind noch erkennbar, aber mit vermindertem Kontrast. Die sphärische Aberration kann deshalb gut zur Erzielung eines Weichzeichnungseffekts eingesetzt werden. Es gibt zu diesem Zweck Objektive, bei denen man die sphärische Aberration stufenlos in einem weiten Bereich einstellen kann.

Mit einem System, das nur sphärische (kugelförmige) brechende oder reflektierende Flächen enthält, kann man keine von sphärischer Aberration völlig freie reelle Abbildung erreichen (siehe aplanatische Fläche). Mit einer asphärischen Oberfläche einer Linse oder eines Spiegels kann man die sphärische Aberration völlig korrigieren. Allerdings ist das Schleifen einer Kugeloberfläche deutlich einfacher und damit billiger als das Schleifen asphärisch gekrümmter Flächen. Der weite Einsatz sphärischer Flächen beruht auf der Tatsache, dass ihre Abbildungseigenschaften gut genug sind, bei gleichzeitig akzeptablem Herstellungsaufwand. Die Kosten für asphärische Linsen relativieren sich bei Mehrlinsensystemen, da man gegebenenfalls mit weniger Linsen die gleiche Abbildungsgüte erzielen kann.

Unterdessen gibt es Verfahren, Asphären hoher Qualität als Presslinge herzustellen. Entweder wird eine Glaslinse durch Pressen mit einer asphärischen Oberfläche hergestellt, oder man presst auf eine sphärische Glaslinse eine Kunststoffschicht mit asphärischer Oberfläche auf. Asphärische Linsen, die ganz aus Kunststoff bestehen, können im Spritzgieß- oder Spritzprägeverfahren sehr kostengünstig gefertigt werden, aber ihre Qualität ist für gute Fotoobjektive nicht ausreichend.

Mit Hilfe des Foucaultschen Schneidenverfahrens lassen sich sphärische Aberrationen auch mit einfachen Mitteln gut nachweisen. In der Massenfertigung optischer Teile sind heute interferometrische Verfahren üblich.

Koma (Asymmetriefehler)

Koma an einer Sammellinse
Koma an einer Sammellinse
Auswirkung der Koma auf die Abbildung eines Sterns durch ein Teleskop. Links: fehlerfreie Abbildung des Beugungsscheibchens. Rechts: starke Koma.
Auswirkung der Koma auf die Abbildung eines Sterns durch ein Teleskop. Links: fehlerfreie Abbildung des Beugungsscheibchens. Rechts: starke Koma.


Die Koma (von lat.: Coma; Haar, Schweif) kann sowohl bei Linsen als auch bei Spiegeloptiken auftreten.

Lichtstrahlen, die von einem Objektpunkt abseits der optischen Achse kommen, also als paralleles oder divergentes Strahlenbündel schräg zur optischen Achse in ein Objektiv oder einen Teleskopspiegel einfallen, werden auch abseits dieser Achse gebündelt. Bei unvollkommenen optischen Systemen erfolgt diese Bündelung asymmetrisch. Anstelle eines scharfen Beugungsscheibchens entsteht ein Bildpunkt mit zum Rand der Optik gerichtetem „Schweif“, der dem Phänomen den Namen gibt (vom griechischen κόμη = Haar). Durch Abblenden der Randstrahlen kann die Erscheinung gemindert werden.

Als Aplanat bezeichnet man Objektive, bei denen der Fehler vollständig korrigiert ist.


Bildfeldwölbung

Wenn ein Objektiv Bildfeldwölbung aufweist, wird ein ebenes Objekt nicht auf eine Ebene, sondern auf eine gewölbte Fläche abgebildet. Je weiter Objekt- und damit Bildpunkt von der Achse entfernt sind, umso mehr ist der Bildpunkt in Achsrichtung verschoben (typischerweise nach vorn, zum Objektiv hin).

Somit kann man mit einem ebenen Film oder Bildsensor das Bild nicht überall scharf auffangen. Wenn man auf die Bildmitte scharfstellt, ist der Rand unscharf und umgekehrt.

Astigmatismus (Punktlosigkeit)

Astigmatismus entsteht dadurch, dass bei einem schräg zur Achse einfallenden Strahlenbündel die Strahlen in der Meridionalebene sich in einem anderen Punkt schneiden als die Strahlen in der Sagittalebene. Dadurch entstehen zwei verschiedene Bildschalen, die verschieden stark gewölbt sind. Auf der einen Bildschale werden die Punkte als radiale und auf der anderen als tangentiale Striche abgebildet.

Anastigmat nennt man ein Objektiv, bei dem der Astigmatismus (weitgehend) korrigiert ist. Die Bezeichnung hat nur noch historische Bedeutung, da dies bei modernen Objektiven selbstverständlich ist.

Verzeichnung

Geometrische Verzeichnung

Verzeichnung bedeutet, dass die Bildhöhe (Abstand eines Bildpunkts von der Bildmitte) auf nichtlineare Weise von der Höhe des entsprechenden Objektpunkts abhängt. Man kann auch sagen: der Abbildungsmaßstab hängt von der Höhe des Objektpunkts ab.

Verzeichnung bewirkt, dass gerade Linien, deren Abbild nicht durch die Bildmitte geht, gekrümmt wiedergegeben werden.

Wenn der Abbildungsmaßstab mit zunehmender Höhe abnimmt, nennt man dies tonnenförmige Verzeichnung. Dann wird ein Quadrat mit nach außen gewölbten Seiten abgebildet, sieht also etwa wie eine Tonne aus (Name). Den umgekehrten Fall nennt man kissenförmige Verzeichnung. Dann sieht das Quadrat aus wie ein Sofakissen. Es kann auch wellenförmige Verzeichnung auftreten, wenn sich verschiedene Ordnungen der Verzeichnung überlagern. Gerade Linien werden dann wie Wellenlinien nach beiden Seiten gekrümmt.

Weitwinkelobjektive in Retrofokus-Bauweise (Schnittweite größer als Brennweite) neigen zur tonnenförmigen Verzeichnung und Teleobjektive (Baulänge kleiner als Brennweite) zur kissenförmigen.

Sogenannte Fischaugen-Objektive weisen eine starke tonnenförmige Verzeichnung auf. Dies ist gewollt, um einerseits einen größeren Bildwinkel zu erreichen (180 Grad und mehr sind nur durch Verzeichnung möglich), und andererseits die Verzeichnung für die Bildgestaltung einzusetzen.


Weitere Fehler

Die hier behandelten Fehler werden nicht zu den eigentlichen Abbildungsfehlern gezählt, beeinflussen aber ebenfalls die Abbildungsgüte von optischen Systemen.

Beugung

Das Licht wird wegen seiner Wellennatur an der Blendenöffnung gebeugt. Daher kann das Bild eines Objektpunktes kein idealer Punkt sein, sondern wäre auch bei perfekter Korrektion der oben beschriebenen geometrisch-optischen Abbildungsfehler ein Lichtfleck.

Wenn das Strahlenbündel, das vom Objektpunkt ausgeht, einen kreisrunden Querschnitt hat, ist dieser Lichtfleck ein kreisrundes, von schwachen, konzentrischen Beugungsringen umgebenes Scheibchen. Bei unendlich weit entferntem Objekt beträgt sein Radius r = 1{,}22 \; \lambda \; K. Dabei ist λ die Wellenlänge des Lichts und K die Blendenzahl, wie man sie auf dem Blendenring eines Fotoobjektivs ablesen kann (siehe auch Apertur (Optik)). Beispiel: bei λ = 0,8 µm (an der langwelligen Grenze des sichtbaren Bereichs) und Blende 8 ergibt sich ein Radius von etwa r = 8 µm. Daraus leitet sich die Faustregel ab: Der Radius des Beugungsscheibchens ist die Blendenzahl in µm.

Die Beugung kann nicht durch Korrektionsmaßnahmen vermindert werden. Im Ideallfall sind die geometrisch-optischen Abbildungsfehler völlig korrigiert, so dass die Bildschärfe nur von der Beugung bestimmt wird. Anderenfalls wird die Bildqualität durch die Abbildungsfehler mehr oder weniger beeinträchtigt. Ist diese Beeinträchtigung nur gering, spricht man von einer beugungsbegrenzten Optik.

Helligkeitsverteilung

Die Bildqualität wird oft auch durch eine ungleichmäßige Verteilung des Lichts über das Bild beeinträchtigt. Die Helligkeit nimmt meist zum Bildrand hin ab. Genauer: das Verhältnis der Bild- zur Objekthelligkeit wird mit zunehmender Bildhöhe immer geringer. Man beobachtet dies als Abdunklung der Ecken von Fotografien.

Natürlicher Randlichtabfall

Pupillenaberration
Pupillenaberration

Wenn ein Objektiv keine Pupillenaberration, Verzeichnung oder Vignettierung aufweist, dann folgt das Verhältnis der Bild- zur Objekthelligkeit bei flächenhaften Motiven (im Gegensatz zu Punktlichtquellen wie z. B. Fixsternen) dem sogenannten cos4-Gesetz. Wenn das vom Objektpunkt ausgehende Strahlenbündel mit dem Winkel α zur optischen Achse einfällt, dann bekommt der Bildpunkt um den Faktor cos4α weniger Licht als ein Punkt auf der Achse. Dieser Effekt wird natürlicher Randlichtabfall genannt. Er ist vor allem für Weitwinkelobjektive ein Problem (großes α).

Der Objektivkonstrukteur kann den Randlichtabfall durch eine Pupillenaberration vermindern. Das nebenstehende Bild zeigt dies am Beispiel des Objektivs Canon FD 1:2.8 / 24mm. Es wurde einmal parallel zur Achse und einmal mit dem maximalen Einfallswinkel \alpha = 42^\circ der Strahlenbündel aufgenommen, bei gleicher Blendeneinstellung des abgebildeten Objektivs. Man sieht als weißen Fleck in der Mitte jeweils die Eintrittspupille, also das Bild der Blende, das von den vor der Blende liegenden Linsen erzeugt wird, denn die Blende wird durch diese hindurch gesehen. Die in den Bildern sichtbare Fläche der Eintrittspupille ist gleich dem Querschnitt der vom Objektiv aufgenommenen Strahlenbündel. Man erkennt, dass dieser Querschnitt mit zunehmendem α immer größer wird.

Sei A(α) der Querschnitt der Eintrittspupille und damit der einfallenden Strahlenbündel, senkrecht zu den Strahlenbündeln gemessen, also so, wie er im Bild zu sehen ist. Dann folgt die relative Helligkeit h(α) der Funktion

h(\alpha) = \frac{A(\alpha)}{A(0)} \cos^3 \alpha.

Ohne Pupillenaberration gilt wegen der perspektivischen Verkürzung der Eintrittspupille

A(\alpha) = A(0) \ \cos \alpha.

Daraus ergibt sich das cos4-Gesetz:

h(\alpha) = \frac{A(0) \ \cos \alpha}{A(0)} \cos^3 \alpha = \cos^4 \alpha.

Der Randlichtabfall wird auch durch Verzeichnung beeinflusst. Tonnenförmige Verzeichnung bewirkt, dass die Bildpunkte sich mit zunehmender Bildhöhe immer dichter drängen, da sie zur Bildmitte hin verschoben sind. Dadurch konzentriert sich das Licht auf eine kleinere Fläche, was dem Helligkeitsabfall entgegenwirkt. Dieser Effekt wirkt sich aber nur bei Fischaugenobjektiven erheblich aus, die stark tonnenförmig verzeichnen.

Vignettierung


Man kann eine ungleichmäßige Helligkeitsverteilung auch durch einen Verlaufsfilter korrigieren, der am Rand ungefärbt ist und zur Mitte hin immer dunkler wird. Dies hat aber den Nachteil, dass die effektive Lichtstärke vermindert wird. Die Hersteller von extremen Weitwinkelobjektiven liefern manchmal einen passenden Verlaufsfilter mit, der den Helligkeitsabfall soweit korrigiert, dass er nicht mehr stört.

Bei digitaler Bildbearbeitung ist es möglich, den Helligkeitsabfall durch Einsatz entsprechender Programme bzw. "Filter" einfach herauszurechnen; die Bildränder werden dadurch aufgehellt. Das verschlechtert zwar geringfügig den Kontrastumfang, jedoch nur an den Stellen, an denen die Berechnung greift, d. h. nicht in der Bildmitte. Für jedes Objektiv benötigt das Filterprogramm eigene Korrekturwerte; diese werden für handelsübliche Objektive meistens bereits mitgeliefert.

Streulicht / Falschlicht

Unter Streulicht beziehungsweise Falschlicht wird das Licht zusammengefasst, das nach ungeplanter Reflexion an Linsen oder Fassungsbauteilen des Objektivs oder dem Kamerainneren auf den Film oder Bildsensor gelangt.

Man unterscheidet diffuses Streulicht und Reflexionen. Ersteres entsteht durch diffuse Reflexion an Linsenrändern oder anderen Bauteilen des Objektivs oder der Kamera. Es verteilt sich meist recht gleichmäßig über das Bild und erzeugt keine auffälligen Artefakte, aber es mindert den Kontrast, vor allem in den dunkleren Bildteilen. Als Gegenmaßnahme werden die betreffenden Bauteile mattschwarz lackiert und manchmal auch geriffelt, damit das Licht nicht in Richtung auf den Film reflektiert wird.

Reflexionen entstehen durch partielle Reflexion an den brechenden Linsenoberflächen. Evtl. auch durch Totalreflexion, was der Konstrukteur aber vermeiden sollte. Dadurch können auffällige Lichtflecke auf dem Bild entstehen, besonders wenn sich im oder knapp außerhalb des Bildwinkels helle Lichtquellen (Sonne) befinden. Die partielle Reflexion lässt sich aus physikalischen Gründen nicht völlig vermeiden, aber sie kann durch Vergütung stark reduziert werden.

Eine Streulichtblende dient dazu, unnötigen Lichteinfall außerhalb des Bildwinkels zu vermeiden und dadurch das Streulicht zu reduzieren.

Beim Phänomen der Geisterflecke handelt es sich nicht um einen Fehler des abbildenden Systems, sondern um ein Artefakt bei fotografischen Aufnahmen mit Blitzlicht. Dabei werden schwebende Teilchen, die das Blitzlicht reflektieren, unscharf abgebildet.

Absorption

Das Glas, aus dem die Linsen sind, ist für das Licht nicht vollkommen durchlässig, sondern absorbiert einen Teil davon, wobei die Absorption von der Wellenlänge abhängt (siehe Transmission (Physik)). Auch Spiegel, falls man nicht die Totalreflexion nutzt, absorbieren etwa 10 % des auftreffenden Lichts.

Absorption und partielle Reflexion an den Linsenoberflächen vermindern zum einen die effektive Lichtstärke des Systems, zum anderen kann wegen der Wellenlängenabhängigkeit ein Farbstich entstehen. Auch die partielle Reflexion an einer vergüteten Fläche ist wellenlängenabhängig (Darum beobachtet man farbige Reflexe auf den Linsen eines Objektivs).

Über die Vergütung der Flächen kann man die Wellenlängenabhängigkeit der partiellen Reflexion beeinflussen und dadurch einem Farbstich entgegenwirken. Ebenso hat die Auswahl der Glassorten für die Linsen und die Auslegung der Geometrie (Dicke der Linsen) einen Einfluss.

Fertigungsfehler

In der Technik kann nichts mit vollkommener Genauigkeit gefertigt werden. Darum gibt es auch bei optischen Systemen Abweichungen der realen Maße und Eigenschaften von den bei der Konstruktion festgelegten Werten:

Diese Abweichungen sind nicht, wie manchmal geglaubt wird, die Ursache für die oben beschriebenen geometrisch-optischen Abbildungsfehler, sondern beeinträchtigen die Abbildungsgüte noch zusätzlich.

Bei der Konstruktion eines Objektivs ist es sinnvoll, die Empfindlichkeit gegen Fertigungsfehler in den Optimierungsprozess einzubeziehen. Die Genauigkeit, mit der das Objektiv bzw. seine Teile gefertigt werden müssen, um eine ausreichende Abbildungsgüte zu erreichen, ist ein wichtiger Kostenfaktor.

Der Konstrukteur muss in einer fertigen Konstruktion eines optischen Systems nicht nur die Sollwerte für die Geometrie und Glaseigenschaften (bzw. die Glassorten aus dem Katalog des Glasherstellers) angeben, sondern auch die zulässigen Abweichungen. Dies ist eine komplexe Aufgabe, da die gemeinsame Auswirkung aller Abweichungen auf die Abbildungseigenschaften schwer zu kontrollieren ist.

Bei besonders anspruchsvollen Konstruktionen werden die Abweichungen, die sich durch die Fertigung ergeben haben, zum Teil nachträglich in der Konstruktion berücksichtigt, um ihre Auswirkungen auszugleichen. Wenn z. B. der Glashersteller die Eigenschaften einer verwendeten Glassorte nicht mit der nötigen Genauigkeit einhalten kann oder dies zu teuer wäre, dann werden die Eigenschaften der gelieferten Glascharge gemessen, und die Rechnung des Objektivs wird nachträglich an die gemessenen Daten (Brechzahl, Dispersion) angepasst.

Umwelteinflüsse

Die Temperatur hat einen direkten Einfluss auf die Bauteile eines optischen Instruments. Diese dehnen sich bei Erwärmung aus und verursachen Maßabweichungen. Auch die Brechzahl von Glas ist temperaturabhängig. Darum werden manche Objektive mit einer weißen Lackierung versehen, damit sie sich bei Sonnenbestrahlung nicht so stark erwärmen. Vor allem Objektive mit langer Brennweite und guter Korrektion sind gegen Temperaturänderung empfindlich.

Auch Turbulenzen und Temperaturunterschiede in den Luftschichten der Atmosphäre verursachen Abbildungsfehler, die besonders bei grossen Brennweiten und weit entfernten Objekten störend in Erscheinung treten. Insbesondere in der Astronomie limitiert die Atmosphäre das Auflösungsvermögen eines Teleskops. Die Auflösungsbegrenzung durch atmosphärische EInflüsse wird in der Astronomie mit Seeing bezeichnet. Um diese Abbildungsfehler zu korrigieren werden adaptive Optiken verwendet, oder die Teleskope ausserhalb der Erdatmosphäre stationiert (Weltraumteleskope).

Die Atmosphäre verfälscht aber auch die Farbwiedergabe, da verschiedene Wellenlängen von der Atmosphäre verschieden stark absorbiert werden, vor allem abhängig vom Wassergehalt der Luft. Das menschliche Sehsystem interpretiert das charakteristische Verblassen der Farben bei weit entfernten Objekten als Tiefeninformation und nimmt diesen Effekt nicht als "Fehler" wahr.

Schliesslich ist die Atmosphäre auch eine Quelle von Streulicht, was zu einer diffusen Aufhellung des Bildfeldes und damit zu einer Kontrastverminderung der Abbildung führt.

Digitale Artefakte

Wenn das Bild von einem digitalen Bildsensor aufgefangen wird, kann es zu einer Reihe von weiteren Verfälschungen des Bildes kommen, die durch den Bildsensor selbst oder durch die nachfolgende Signalverarbeitung zustande kommen. Auch direkt vor dem Sensor befindliche Strahlenteiler, Farbfilter, Verzögerungsplatten, doppelbrechende Elemente oder Mikrolinsen können Abbildungsfehler erzeugen.

Hierbei kann es zum Beispiel zur Bildung von Moiré-Mustern, Kompressionsverlusten, Verblockung oder zum Blooming, Gibbssches Phänomen, Smear oder Rolling-Shutter-Effekt kommen.

Literatur

Weblinks

Von „http://de.wikipedia.org/wiki/Abbildungsfehler“


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