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색수차

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목차

1. 개요

색수차는 빛의 파장에 따라 렌즈의 굴절률이 달라져 발생하는 현상으로, 이미지의 선명도를 저하시키는 광학적 결함이다. 축상 색수차와 배율 색수차의 두 가지 유형이 있으며, 렌즈 설계 및 제작, 디지털 보정을 통해 해결하거나 최소화할 수 있다. 색수차는 망원경, 카메라 렌즈 등 다양한 광학 시스템에 영향을 미치며, 흑백 사진 및 전자 현미경에도 나타날 수 있다.

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색수차
개요
정의렌즈가 모든 색상을 동일한 초점에 맞추지 못하는 현상
원인렌즈의 굴절률이 빛의 파장에 따라 다르기 때문
종류축상 색수차
횡방향 색수차
축상 색수차
특징서로 다른 색상의 빛이 광축을 따라 다른 위치에 초점을 맺는 현상
결과이미지에 색 번짐이나 흐림이 발생
교정 방법여러 렌즈 요소를 결합하여 색수차를 상쇄
아크로매트 렌즈, 아포크로매트 렌즈 등 사용
횡방향 색수차
특징이미지 가장자리에서 색이 분리되어 나타나는 현상
결과이미지의 가장자리에서 색 번짐 발생
교정 방법복잡한 렌즈 설계 또는 소프트웨어 보정 사용
광학계
발생 위치카메라 렌즈
현미경
망원경 등
문제점이미지 품질 저하
해상도 감소
색상 왜곡
보정 기술특수 렌즈 설계
소프트웨어 보정
눈의 색수차
눈에서의 발생눈의 렌즈와 각막에서도 색수차 발생
영향시력에 영향을 미치며, 특히 고대비 환경에서 두드러짐
측정시력 검사 시 안과에서 측정 가능
기타
관련 용어색 번짐
아크로매트 렌즈
아포크로매트 렌즈
추가 정보
참고 자료망원경 광학 - 2차 스펙트럼 및 구면 색수차
색상 이미지 매칭: 축 방향 색수차의 영향
시각 연구 - 눈의 색수차 이론 및 측정
시각 연구 - 색수차 및 눈의 초점: 핀첨 재검토

2. 종류

색수차는 렌즈를 통과하는 빛의 파장에 따라 굴절률이 달라져 발생하는 현상이다. 렌즈의 초점거리는 굴절률에 따라 달라지기 때문에, 이러한 굴절률의 변화는 초점에 영향을 미친다. 색수차는 이미지의 어두운 부분과 밝은 부분을 구분하는 경계를 따라 색 번짐으로 나타난다.

색수차는 크게 두 가지 종류로 나뉜다.

종류설명
축상 색수차 (세로 색수차)서로 다른 파장의 빛이 렌즈로부터 다른 거리에 초점을 맞추면서 발생한다. 이미지 전체에 걸쳐 발생하며, 긴 초점 거리에서 두드러진다. 조리개를 조여 피사계 심도를 깊게 하면 어느 정도 완화할 수 있다.[5]
배율 색수차 (가로 색수차)렌즈의 배율 및 왜곡이 파장에 따라 달라져 발생한다. 이미지 가장자리에서 두드러지며, 짧은 초점 거리에서 일반적이다. 조리개로는 억제할 수 없다.



디지털 센서에서 축상 색수차는 적색 및 청색 평면의 초점이 맞지 않게 되어 후처리에서 수정하기 어렵다. 반면 배율 색수차는 적색, 녹색, 청색 평면의 배율이 달라져 평면을 방사형으로 크기 조정하여 정렬하면 수정할 수 있다.

적외선 촬영에서는 초점이 어긋나는 것도 색수차가 원인이다. 특히, 굴절률 보정을 하더라도 파장이 크게 떨어져 있는 적외선에서는 잔존 수차가 크다.

2. 1. 축상 색수차 (Longitudinal Chromatic Aberration)

축상 색수차는 빛의 파장별로 렌즈의 초점이 맺히는 위치가 달라져 발생하는 현상이다. 이는 이미지 전체에 걸쳐 나타나며, 특히 긴 초점 거리의 렌즈에서 두드러지게 나타난다.[3] 빛을 통과시켜 굴절시키는 물질(여기서는 렌즈의 광학 유리)에서 일반적으로 그 굴절률은 일정하지 않고, 빛의 파장(주파수)에 따라 다르다. 이것을 광학에서 분산이라고 한다.

예를 들어, 일반적인 광학 유리인 '''BK7'''에서 656nm(적색)과 486nm(청록색)의 빛에서는 굴절률이 각각 1.5143과 1.5224처럼 분산에 따라 다르다. 백색 점광원을 촬영하는 경우, 청색으로 초점을 맞추면 청백색의 밝은 점 주위에 적색의 앞보케가 생기고, 적색으로 초점을 맞추면 적색을 띤 밝은 점 주위에 청자색의 뒷보케가 생긴다.

축상 색수차는 조리개를 조여 (F값을 크게 함) 피사계 심도를 깊게 함으로써 어느 정도 완화할 수 있다.[5] 조리개를 조이면 서로 다른 파장이 다른 거리에 초점을 맞추더라도 허용 가능한 초점 내에 있도록 할 수 있기 때문이다.

2. 2. 배율 색수차 (Transverse Chromatic Aberration)

렌즈의 배율 및/또는 왜곡이 파장에 따라 달라지기 때문에 렌즈의 상면에서 서로 다른 파장이 다른 위치에 초점을 맞추게 된다. 횡색수차는 일반적으로 짧은 초점 거리에서 발생하며, 이미지 가장자리에서 특히 두드러진다. LCA라는 모호한 약어는 종종 횡색수차를 나타내는 데 사용된다.[3]

횡색수차는 광학계의 광축(일반적으로 이미지의 중앙)에는 발생하지 않으며 광축에서 멀어질수록 증가한다. 서로 다른 색상의 빛에 대한 렌즈의 배율이 다르기 때문에 발생하므로 조리개를 조여도 개선되지 않는다.

디지털 센서에서 횡색수차는 적색, 녹색, 청색 평면이 서로 다른 배율을 갖게 되며(기하학적 왜곡과 같이 반지름을 따라 배율이 변화), 평면을 적절히 반경 방향으로 크기 조정하여 정렬하면 수정할 수 있다.

일부 상황에서는 디지털 후처리를 통해 색수차의 영향을 어느 정도 수정할 수 있다. 하지만 실제 상황에서는 색수차로 인해 이미지의 세부 정보가 영구적으로 손실된다. 이미지를 생성하는 데 사용된 광학 시스템에 대한 자세한 지식은 유용한 보정을 가능하게 한다.[15] 이상적인 상황에서 측면 색수차를 제거하거나 보정하기 위한 후처리는 프린지가 있는 색상 채널의 크기를 조정하거나, 프린지가 있는 채널의 축소판 버전을 일부 빼서 최종 이미지에서 모든 채널이 공간적으로 서로 정확하게 겹치도록 하는 것을 포함한다.[16]

색수차는 (초점 거리 등과의 관계로 인해) 복잡하기 때문에 일부 카메라 제조업체는 렌즈별 색수차 최소화 기술을 사용한다. 거의 모든 주요 카메라 제조업체는 카메라 내부와 자체 소프트웨어를 통해 색수차 보정 기능을 제공한다. PTLens와 같은 타사 소프트웨어 도구는 방대한 카메라 및 렌즈 데이터베이스를 통해 복잡한 색수차 최소화를 수행할 수도 있다.

현실적으로, 이론적으로 완벽한 후처리 기반 색수차 감소-제거-보정 시스템조차도 광학적으로 색수차가 잘 보정된 렌즈만큼 이미지 세부 정보를 향상시키지 못한다.

  • 크기 조정은 측면 색수차에만 적용 가능하다.
  • 개별 색상 채널의 크기를 조정하면 원본 이미지의 해상도가 저하된다.
  • 대부분의 카메라 센서는 몇 개의 이산적인 (예: RGB) 색상 채널만 캡처하지만, 색수차는 이산적이지 않고 광 스펙트럼 전체에서 발생한다.
  • 색상을 캡처하기 위해 디지털 카메라 센서에 사용되는 염료는 효율이 매우 낮으므로 채널 간 색상 오염은 불가피하며, 예를 들어 빨간색 채널의 색수차가 녹색 색수차와 함께 녹색 채널로 혼합되는 원인이 된다.


배율 색수차는 색깔에 따른 굴절률의 차이가 비스듬히 입사한 빛의 경우에는 상의 배율 차이로 나타난다. 그 결과, 색깔에 따라 상의 크기가 달라져 피사체의 가장자리에 적색이나 청자색의 색깔 어긋남이 보인다. 백색 점광원에서는 화면 주변부에서 무지개색으로 분해되어 방사 방향으로 뻗은 상이 된다. '''가로 수차'''이므로 '''가로 색수차'''라고도 한다.

배율 색수차는 렌즈 중앙부를 통과하는 주광선에서도 발생하기 때문에 조리개로는 억제할 수 없다.

3. 발생 원인

색수차는 빛의 파장에 따라 렌즈 소재의 굴절률이 달라지는 현상, 즉 '분산' 때문에 발생한다. 대부분의 투명 물질에서 굴절률은 파장이 짧을수록(푸른색) 커지고, 파장이 길수록(붉은색) 작아진다.[3] 렌즈의 초점거리는 굴절률에 따라 달라지기 때문에 이러한 굴절률의 변화는 초점 조절에 영향을 미친다.

빛을 통과시켜 굴절시키는 물질(여기서는 렌즈의 광학 유리)에서 일반적으로 그 굴절률은 일정하지 않고, 빛의 파장(주파수)에 따라 다르다. 이것을 광학에서 분산이라고 한다. 예를 들어 일반적인 광학 유리인 '''BK7'''에서 656nm(적색)과 486nm(청록색)의 빛에서는 굴절률이 각각 1.5143과 1.5224처럼 분산에 따라 다르다. 분산이 원인이 되어 색깔 어긋남으로 발생하는 수차를 색수차라고 한다.

색수차는 이미지의 어두운 부분과 밝은 부분을 구분하는 경계를 따라 색의 "주름"으로 나타나며, 크게 두 가지 유형으로 나뉜다.


  • 축상 색수차 (세로 색수차): 색깔에 따른 굴절률의 차이에 의해 결상 위치가 색깔에 따라 앞뒤로 어긋나는 수차이다. 백색 점광원을 촬영하는 경우, 청색으로 초점을 맞추면 청백색의 밝은 점 주위에 적색의 앞보케가 생기고, 적색으로 초점을 맞추면 적색을 띤 밝은 점 주위에 청자색의 뒷보케가 생긴다. 조리개를 조여(F값을 크게 함으로써) 수차의 원인이 되는 렌즈 주변부를 통과하는 광선을 차단하여 피사계 심도를 깊게 하여 억제할 수 있다.
  • 배율 색수차 (가로 색수차): 색깔에 따른 굴절률의 차이는 비스듬히 입사한 빛의 경우에는 상의 배율의 차이로 나타난다. 그 결과, 색깔에 따라 상의 크기가 달라져 피사체의 가장자리에 적색이나 청자색의 색깔 어긋남이 보인다. 백색 점광원에서는 화면의 주변부에서 무지개색으로 분해되어 방사 방향으로 뻗은 상이 된다. 렌즈 중앙부를 통과하는 주광선에서도 발생하기 때문에 조리개로는 억제할 수 없다.


두 가지 유형의 색수차는 특성이 다르며 함께 발생할 수 있다. 축색수차는 이미지 전체에 발생하며 광학 엔지니어, 검안사 및 시각 과학자는 디옵터 단위로 지정한다.[5] 횡색수차는 광학계의 광축(일반적으로 이미지의 중앙)에는 발생하지 않으며 광축에서 멀어질수록 증가한다.

디지털 센서에서 축색수차는 녹색 평면이 초점에 맞춰져 있다고 가정할 때 적색 및 청색 평면이 초점이 맞지 않게 되는데, 이는 후처리에서 수정하기가 비교적 어렵다. 반면 횡색수차는 적색, 녹색 및 청색 평면이 서로 다른 배율을 갖게 되며(기하학적 왜곡과 같이 반지름을 따라 배율이 변화함), 평면을 적절히 반경 방향으로 크기 조정하여 정렬하면 수정할 수 있다.

굴절률과 분산이 다른 광학 재료의 렌즈 조합을 사용하여 색수차의 영향을 줄일 수 있다. 이를 색수차 보정 또는 색 보정이라고 한다. 기본적인 방법으로는, 크라운 유리로 만든 볼록렌즈에 분산이 큰 플린트 유리로 만든 오목렌즈를 조합하여 색수차를 상쇄한다.

4. 영향

색수차는 이미지 품질에 다음과 같은 영향을 미친다.


  • 색 번짐: 이미지의 어두운 부분과 밝은 부분 경계에 색깔의 "주름"이 나타난다.
  • 흐릿함: 색수차는 이미지를 흐릿하게 만든다.
  • 초점 문제: 렌즈의 초점 거리가 굴절률에 따라 달라지기 때문에 굴절률 변화는 초점 조절에 영향을 미친다.


색수차에는 두 가지 유형이 있다.

종류설명발생 위치특징보정 방법
축 (종방향) 색수차서로 다른 빛의 파장이 렌즈와 다른 거리에 초점이 맞춰질 때 발생 (초점 이동)이미지 전체긴 초점 거리에서 일반적, 조리개를 조여 줄일 수 있음광학 엔지니어, 검안사 및 시력 과학자에 의해 디옵터로 지정[5], 후처리에서 개선하기 어려움
횡 (횡방향) 색수차초점 평면의 다른 위치에 다른 파장이 집중될 때 발생이미지 가장자리짧은 초점 거리에서 일반적, 조리개를 조여도 줄일 수 없음평면이 정렬되도록 적절히 방사상으로 스케일링하여 보정 가능



빛을 통과시켜 굴절시키는 물질(여기서는 렌즈의 광학 유리)에서 일반적으로 그 굴절률은 일정하지 않고, 빛의 파장(주파수)에 따라 다르다. 이것을 광학에서 분산이라고 한다. 예를 들어 일반적인 광학 유리인 '''BK7'''에서 656nm(적색)과 486nm(청록색)의 빛에서는 굴절률이 각각 1.5143과 1.5224처럼 분산에 따라 다르다. 분산이 원인이 되어 색깔 어긋남으로 발생하는 수차를 색수차라고 한다. 주변에서 발생하는 배율 색수차와 광축상에서도 발생하는 축상 색수차로 분류된다.

;축상 색수차

: 색깔에 따른 굴절률의 차이에 의해 결상 위치가 색깔에 따라 앞뒤로 어긋나는 수차이다. 백색 점광원을 촬영하는 경우, 청색으로 초점을 맞추면 청백색의 밝은 점 주위에 적색의 앞보케가 생기고, 적색으로 초점을 맞추면 적색을 띤 밝은 점 주위에 청자색의 뒷보케가 생긴다. '''세로 수차'''이므로 '''세로 색수차'''라고도 한다.

;배율 색수차

: 색깔에 따른 굴절률의 차이는 비스듬히 입사한 빛의 경우에는 상의 배율의 차이로 나타난다. 그 결과, 색깔에 따라 상의 크기가 달라져 피사체의 가장자리에 적색이나 청자색의 색깔 어긋남이 보인다. 백색 점광원에서는 화면의 주변부에서 무지개색으로 분해되어 방사 방향으로 뻗은 상이 된다. '''가로 수차'''이므로 '''가로 색수차'''라고도 한다.

축상 색수차는 조리개를 조여(F값을 크게 함으로써) 수차의 원인이 되는 렌즈 주변부를 통과하는 광선을 차단하여 피사계 심도를 깊게 하여 억제할 수 있다. 한편, 배율 색수차는 렌즈 중앙부를 통과하는 주광선에서도 발생하기 때문에 조리개로는 억제할 수 없다.

또한, 적외선 촬영에서는 초점이 어긋나는 것도 색수차가 원인이다. 특히, 보정을 하더라도 파장이 크게 떨어져 있는 적외선에서는 잔존 수차가 크다.

디지털 센서에서 축 색수차는 빨간색과 파란색 평면이 역초점화(녹색 평면이 초점에 있다고 가정)되는 결과를 초래하는데 이는 후처리에서 상대적으로 개선하기 어려운 반면, 횡단 색수차는 빨간색, 녹색 및 파란색 평면이 다른 배율로 변화한다.(기하학적 왜곡에서와 같이 반경을 따라 배율이 변화한다.) 평면이 정렬되도록 적절히 방사상으로 스케일링하여 보정할 수 있다.

"보라색 프린징"이라는 용어는 사진 촬영에서 일반적으로 사용되지만 모든 보라색 프린징이 색수차에 기인하는 것은 아니다. 하이라이트 주변의 유사한 색상의 테두리도 렌즈 플레어에 의해 발생할 수 있다. 하이라이트 또는 어두운 영역 주변의 색상 테두리는 동적 범위 또는 민감도가 다른 색상의 수용기로 인해 발생할 수 있다.

5. 해결 및 최소화 방법

색수차는 렌즈를 통과하는 빛의 파장에 따라 굴절률이 달라져 발생한다. 빛의 파장이 길수록 굴절률은 감소하며, 렌즈의 초점거리는 굴절률에 영향을 받기 때문에 색수차가 발생한다. 이미지에서는 어두운 부분과 밝은 부분 경계에 색 번짐 현상으로 나타난다.

색수차는 크게 두 가지로 나뉜다.


  • 축 색수차 (세로 색수차): 서로 다른 파장의 빛이 렌즈로부터 다른 거리에 초점을 맺어 발생한다. 긴 초점 거리에서 주로 나타난다.
  • 횡 색수차 (가로 색수차): 렌즈의 상면에서 서로 다른 파장의 빛이 다른 위치에 초점을 맺어 발생한다. 렌즈의 배율이나 왜곡이 파장에 따라 달라지기 때문이며, 짧은 초점 거리에서 주로 나타난다.


다양한 렌즈와 렌즈 시스템에 의한 보정 정도를 보여주는 그래프
가시광선 및 근적외선 파장의 색수차 보정. 가로축은 수차의 정도를 나타내며, 0은 수차가 없는 것을 의미합니다. 렌즈: 1: 단일렌즈, 2: 아크로매트 더블릿, 3: 아포크로매트, 4: 슈퍼아크로매트.


축 색수차는 이미지 전체에 걸쳐 발생하며, 디옵터 단위로 표시된다.[5] 조리개를 조이면 피사계 심도가 깊어져 어느 정도 줄일 수 있다. 횡 색수차는 이미지 중앙에는 나타나지 않고 가장자리로 갈수록 심해지며, 조리개 조절로는 해결할 수 없다.

초기에는 렌즈 초점 거리를 늘려 색수차를 줄이기도 했다. 17세기 항공 망원경처럼 매우 긴 망원경이 그 예시이다.

5. 1. 광학적 방법

아이작 뉴턴은 백색광이 다양한 색깔의 스펙트럼으로 구성되어 있다는 이론을 통해 빛의 불균일한 굴절이 색수차를 유발한다고 결론지었다. 그는 1668년 최초의 반사 망원경인 뉴토니안 망원경을 만들었다.[6] 현대의 망원경과 기타 반사 광학계 및 반사굴절 광학계는 색수차가 없는 거울을 사용한다.

색수차를 최소화할 수 있는 ''최소 혼란 원''이라는 점이 존재한다.[7] 이를 더욱 최소화하기 위해 서로 다른 분산 특성을 가진 재료를 조합하여 복합 렌즈를 형성하는 아크로매트 렌즈 또는 ''아크로매트''를 사용한다. 가장 일반적인 유형은 크라운과 플린트 유리로 만들어진 요소를 가진 아크로매트 더블릿이다. 이 방법으로 특정 파장 범위에서 색수차의 양을 줄일 수 있지만 완벽하게 보정하지는 않는다. 아포크로매트 렌즈 또는 ''아포크로매트''와 같이 서로 다른 조성의 렌즈를 둘 이상 결합하면 보정 정도를 더욱 높일 수 있다. "아크로매트"와 "아포크로매트"는 보정의 ''유형''(정확하게 초점이 맞춰진 파장이 2개 또는 3개)을 나타내며, ''정도''(다른 파장이 얼마나 초점이 벗어났는지)를 나타내는 것이 아니다. 충분히 낮은 분산 유리를 사용하여 제작된 아크로매트는 일반적인 유리를 사용한 아크로매트보다 훨씬 더 나은 보정을 제공할 수 있다. 아포크로매트의 장점은 세 가지 파장에 선명하게 초점을 맞추는 것뿐만 아니라 다른 파장에 대한 오차도 매우 작다는 것이다.[8]

굴절률과 분산이 다른 광학 재료의 렌즈 조합을 사용하여 색수차의 영향을 줄일 수 있다. 이를 색수차 보정 또는 색 보정이라고 한다. 기본적인 방법으로는, 크라운 유리로 만든 볼록렌즈에 분산이 큰 플린트 유리로 만든 오목렌즈를 조합하여 색수차를 상쇄한다(정확히는, 정성적으로는 일반적으로 분산이 큰 유리는 굴절률도 크며, 이 이론에서 정량적으로 중요한 것은 아베수이다). 소위 "단렌즈"라고 불리는 사진 렌즈는 이 두 렌즈를 접합한 것이 많은 경우가 있지만, 반드시 접합할 필요는 없다. 원리적으로 이 볼록렌즈와 오목렌즈 하나씩의 조합에서는, 백색광에 포함된 빛 중 두 개의 파장에 대해 결상 위치를 일치시킬 수 있다. 이렇게 두 곳에서 색수차가 보정된 렌즈를 "아크로마트"라고 한다.

에른스트 아베는 아크로마트를 더욱 발전시켜, 세 개의 파장에서 색수차가 보정되고, 두 개의 파장에서 구면수차와 코마수차가 보정되는 등의 조건을 만족하는 것을 "아포크로마트"라고 명명했다.[18] 현재는 아크로마트의 두 파장에 대해 단순히 세 개의 파장에서 색수차가 보정되는 것을 가리켜 아포크로마트라고 하는 경우가 많다.[19]

색수차를 줄이기 위해 많은 종류의 유리가 개발되었는데, 가장 주목할 만한 것은 플루오라이트를 포함하는 저분산 유리이다. 이러한 혼합 유리는 매우 낮은 수준의 광학 분산을 가지고 있어, 이 물질로 만들어진 두 개의 조합 렌즈만으로도 높은 수준의 보정을 얻을 수 있다.[9]

분산이 작은 소재만을 사용해서는 실용적인 렌즈를 만들 수 없다. 예를 들어 형석 렌즈는 분산이 작지만, 그러한 단렌즈만으로는 사진 렌즈에서 허용할 수 있는 색수차보다 10배 이상 크다.[20]

아크로매트 이중렌즈의 대안으로 회절 광학 요소를 사용하는 방법이 있다. 회절 광학 요소는 평평한 광학 재료 샘플에서 임의의 복잡한 파면을 생성할 수 있다.[10] 회절 광학 요소는 광학 유리 및 플라스틱의 양의 아베 수와 상보적인 음의 분산 특성을 가지고 있다. 가시광선 스펙트럼에서 회절 광학 요소는 -3.5의 음의 아베 수를 가진다. 회절 광학 요소는 다이아몬드 선삭 가공 기술을 사용하여 제작할 수 있다.[11]

색수차를 최소화하기 위해 회절 요소를 사용하는 텔레포토 렌즈는 교환식 렌즈 카메라용으로 캐논과 니콘에서 판매되고 있다. 여기에는 니콘의 800mm f/6.3, 500mm f/5.6, 300mm f/4 모델("위상 프레넬" 또는 PF로 브랜드화)과 캐논의 800mm f/11, 600mm f/11, 400mm f/4 모델("회절 광학" 또는 DO로 브랜드화)이 포함된다. 이들은 유사한 사양의 기존 광학 장치보다 무게와 크기가 작으면서도 색수차가 줄어든 선명한 이미지를 생성하며, 야생 동물 사진가들에게 일반적으로 좋은 평가를 받고 있다.[12]

거울만으로 구성된 반사 광학계에는 원리적으로 색수차가 없다. 아이작 뉴턴은 반사 망원경 연구에 매진하여 뉴턴식 반사 망원경을 발명했다. 실제 천체 망원경에서는 반사 광학계를 채용하는 예가 많으며, 특히 초대형 구경의 천체 망원경은 거의 반사 망원경이거나, 반사 망원경에 색수차가 문제되지 않을 정도로 얇은 수차 보정판을 추가한 반사굴절 망원경이다.

렌즈와 거울을 조합한 광학계에서는 약간의 색수차가 발생하지만, 렌즈만으로 구성된 광학계보다 그 정도를 줄일 수 있다.

5. 2. 디지털 보정

디지털 센서에서 축 색수차는 빨간색과 파란색 평면이 초점이 맞지 않는 결과를 초래하는데, 이는 후처리에서 상대적으로 개선하기 어렵다. 반면 횡단 색수차는 빨간색, 녹색 및 파란색 평면이 다른 배율로 변화하여 평면이 정렬되도록 적절히 방사상으로 스케일링하여 보정할 수 있다.[3]

디지털 후처리를 통해 색수차의 영향을 어느 정도 수정할 수 있지만, 실제 상황에서는 색수차로 인해 이미지의 세부 정보가 영구적으로 손실된다. 이미지를 생성하는 데 사용된 광학 시스템에 대한 자세한 지식은 유용한 보정을 가능하게 한다.[15]

거의 모든 주요 카메라 제조업체는 카메라 내부와 자체 소프트웨어를 통해 색수차 보정 기능을 제공한다. 타사 소프트웨어 도구를 통해서도 복잡한 색수차 최소화를 수행할 수 있다.

6. 기타

사진 촬영에서 "보라색 프린징(Purple Fringing)"이라는 용어가 자주 사용되지만, 모든 보라색 프린징이 색수차 때문에 발생하는 것은 아니다. 하이라이트 주변에 나타나는 비슷한 색상의 테두리는 렌즈 플레어 때문에 발생할 수도 있다. 하이라이트나 어두운 영역 주변의 색상 테두리는 색상별 수광 소자의 다이내믹 레인지나 감도 차이로 인해 발생할 수 있다. 즉, 한두 가지 색상 채널에서는 세부 정보가 유지되지만, 다른 채널에서는 정보가 손실되거나 제대로 기록되지 않을 수 있다. 디지털 카메라에서는 특정 디모자이킹 알고리즘이 이러한 문제의 정도에 영향을 줄 수 있다.

이러한 프린징의 또 다른 원인은 각 CCD 픽셀에 더 많은 빛을 모으기 위해 사용되는 아주 작은 마이크로렌즈의 색수차이다. 이 렌즈들은 녹색 빛에 초점을 맞추도록 조정되어 있기 때문에, 빨간색과 파란색의 초점이 맞지 않아 하이라이트 주변에 보라색 프린징이 나타난다. 이는 프레임 전체에 걸쳐 균일하게 나타나는 문제이며, 콤팩트 카메라처럼 픽셀 피치가 매우 작은 CCD에서 더 심각하다. 파나소닉 루믹스 시리즈나 최신 니콘, 소니 DSLR과 같은 일부 카메라에는 이러한 현상을 제거하기 위한 특별한 처리 단계가 포함되어 있다.

디지털 카메라로 촬영한 사진에서 아주 작은 하이라이트는 종종 색수차가 있는 것처럼 보일 수 있다. 하지만 실제로는 하이라이트 이미지가 너무 작아서 세 가지 색상 픽셀을 모두 자극하지 못하고 잘못된 색상으로 기록되기 때문에 나타나는 현상이다. 이러한 현상은 일부 유형의 디지털 카메라 센서에서는 발생하지 않을 수 있으며, 디모자이킹 알고리즘이 문제의 정도에 영향을 미칠 수 있다.

색수차는 흑백 사진에도 영향을 미친다. 사진에 색깔이 없더라도 색수차는 이미지를 흐릿하게 만든다. 협대역 컬러 필터를 사용하거나 단일 색상 채널을 흑백으로 변환하면 색수차를 줄일 수 있지만, 노출 시간이 길어지는 등의 변화가 필요하다. (이는 범색성 흑백 필름에만 해당되며, 정색성 필름은 이미 제한된 스펙트럼에만 감광한다.)

전자 현미경에서도 색수차와 유사한 현상이 발생하지만, 이는 빛의 색깔이 아닌 전자의 에너지 차이에 의해 발생한다.[17] 한편으론 이러한 색수차를 이용한 망원경도 존재하는데 바로 천문학에서 주로 사용하는 망원경인 무채색망원경이다.

참조

[1] 논문 Matching color images: The effects of axial chromatic aberration https://web.archive.[...] 2015-08-28
[2] 웹사이트 Secondary spectrum and spherochromatism https://telescope-op[...] 2024-06-06
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[4] 논문 Chromatic aberration and ocular focus: Fincham revisited
[5] 논문 Spectral bandwidth and ocular accommodation https://www.research[...]
[6] 서적 Isaac Newton: Adventurer in Thought https://archive.org/[...] Cambridge University Press 1996-01-01
[7] 논문 Circle of least confusion of a spherical reflector
[8] 웹사이트 Chromatic Aberration http://hyperphysics.[...]
[9] 웹사이트 Aberration http://physics.info/[...]
[10] 논문 Advantages of diffractive optical elements application in simple optical imaging systems. http://ntv.ifmo.ru/e[...]
[11] 논문 Chromatic-distortion compensation in splitting and focusing of femtosecond pulses by use of a pair of diffractive optical elements
[12] 웹사이트 Nikon 500mm f/5.6E PF Lens Review https://www.dslrbodi[...] 2022-10-10
[13] 웹사이트 9.3. DESIGNING DOUBLET ACHROMAT http://www.telescope[...]
[14] 논문 Red-green duochrome test
[15] 서적 Optics Addison-Wesley
[16] 논문 Real-time dual-wavelength digital holographic microscopy with a single hologram acquisition
[17] 논문 An estimate of the effect of chromatic aberration in electron microscopy
[18] 서적 第4・光の鉛筆
[19] 간행물 JIS Z 8120:2001
[20] 서적 応用光学I
[21] 웹사이트 Pg,F-νd DIAGRAM http://www.hikari-g.[...] 2008-04-07
[22] 문서 미놀타AF레플렉스500mm F8(소니SAL500F80)처럼, 오토포커스를 실현한 예외도 있다.


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