Аберрации человеческого глаза, способы их измерения и коррекции (обзор литературы)

Содержание

Оптические аберрации (искажения) зрительной системы человека

Аберрации человеческого глаза, способы их измерения и коррекции (обзор литературы)

Как и любой «неидеальной» оптической системе, человеческому глазу свойственны оптические дефекты — аберрации, которые снижают качество зрения, искажая изображение на сетчатке. Аберрация — это любое угловое отклонение узкого параллельного пучка света от точки идеального пересечения с сетчаткой при его прохождении через всю оптическую систему глаза.

В технической оптике качество оптической системы определяется аберрациями плоского или сферического фронта световой волны при прохождении через эту систему.

Так, глаз без аберраций имеет плоский волновой фронт и дает наиболее полноценное изображение на сетчатке точечного источника (так называемый «диск Эйри», размер которого зависит только от диаметра зрачка).

Но в норме, даже при остроте зрения 100%, оптические дефекты преломляющих свет поверхностей глаза искажают ход лучей и формируют неправильный волновой фронт, в результате чего изображение на сетчатке получается более крупным и асимметричным.

Порядки полиномов Зернике

Количественной характеристикой оптического качества изображения является среднеквадратичное значение ошибок отклонения реального волнового фронта от идеального. Немецкий математик Зернике (Zernike) ввел математический формализм, использующий серии полиномов для описания аберраций волнового фронта.

Полиномы первого и второго, т. е. низших порядков, описывают привычные для офтальмологов оптические аберрации — близорукости, дальнозоркости и астигматизма. Менее известны полиномы высших порядков: третий соответствует коме — это сферическая аберрация косых пучков света, падающих под углом к оптической оси глаза.

В ее основе лежит асимметрия оптических элементов глаза, в результате которой центр роговицы не совпадает с центром хрусталика. К аберрациям четвертого порядка относится сферическая аберрация, которая в основном обусловлена неравномерностью преломляемой силы хрусталика в различных его точках.

Более высокие порядки известны как нерегулярные аберрации.

Как измеряется волновой фронт

Оптическая система считается хорошей, если коэффициенты Зернике близки к нулю и, следовательно, среднеквадратичное значение ошибок волнового фронта меньше 1/14 длины световой волны (критерий Марешаля).

Исходя из данных этого коэффициента можно прогнозировать остроту зрения, моделируя изображение любых оптотипов на сетчатке. Для определения аберраметрии зрительной системы человека используется специальный прибор — аберрометр.

В клиниках «Эксимер» использует аберрометр Wave Scan компании «VISX Inc» (США).

Методы определения аберрации глаза

В настоящее время известно несколько методов определения аберраций глаза, основанных на разных принципах.

Первый из них — это анализ ретинального изображения мишени (retinal imaging aberrometry).

На сетчатку проецируются два параллельных лазерных луча с длиной волны 650 нм и диаметром 0,3 мм, один из которых падает строго по зрительной оси и является опорным, а другой расположен на заданном расстоянии от него.

Далее регистрируется степень отклонения второго луча от точки фиксации опорного луча, и таким образом последовательно анализируется каждая точка в пределах зрачка.

Второй принцип — анализ вышедшего из глаза отраженного луча (outgoing refraction aberrometry). Широко применялся в астрономии для компенсации аберраций в телескопах при прохождении через атмосферу и космическое пространство.

С помощью диодного лазера с длиной волны 850 нм в глаз направляется коллимированный пучок излучения, который, пройдя через все среды глаза, отражается от сетчатки с учетом аберраций и на выходе попадает на матрицу, состоящую из 1089 микролинз.

Каждая микролинза собирает неискаженные лучи в своей фокальной точке, а подверженные аберрации лучи фокусируются на некотором расстоянии от нее. Полученная информация обрабатывается компьютером и представляется в виде карты аберраций. На этом принципе построена работа Wave Scan.

Третий принцип основан на компенсаторной юстировке падающего на фовеолу светового пучка. В настоящее время этот способ применяется в качестве субъективного аберрометра, требующего активного участия пациента.

В ходе исследования через вращающийся диск с отверстиями 1 мм, расположенный на одной оптической оси со зрачком, в глаз направляется пучок света.

При вращении диска узкие параллельные пучки света проходят через каждую точку зрачка и при отсутствии аберраций проецируются на фовеолу, куда направлен другой луч с контрольной меткой в виде крестика.

Если у пациента имеется близорукость, дальнозоркость, астигматизм или другие аберрации более высоких порядков, то он заметит несовпадение этих точек с крестиком и с помощью специального устройства должен будет их сопоставить. Угол, на который он смещает точку, отражает степень аберраций.

Разнообразие офтальмологических приборов, созданных с учетом новейших технологий и основанных на различных принципах действия, делает реальным не только качественную, но и количественную оценку аберрации низших и высших порядков, а также влияющих на них факторов.

Основные причины появления аберраций в оптической системе глаза

  • Формы и прозрачность роговицы и хрусталика; состояние сетчатки; прозрачность внутриглазной жидкости и стекловидного тела.
  • Увеличение диаметра зрачка. Если при диаметре зрачка равном 5,0 мм превалируют аберрации 3—го порядка, то при его увеличении до 8,0 мм возрастает доля аберраций 4 —го порядка. Рассчитано, что критический размер зрачка, при котором аберрации высших порядков оказывают наименьшее влияние, составляет 3,22 мм.
  • Аккомодация. Отмечено, что с возрастом аберрации увеличиваются, и в период от 30 до 60 лет аберрации высшего порядка удваиваются. Возможно, это связано с тем, что со временем эластичность и прозрачность хрусталика уменьшается, и он перестает компенсировать роговичные аберрации. Аналогично происходит и при спазме аккомодации.
  • Спазм аккомодации встречается достаточно часто у людей разного возраста. В офтальмологии под спазмом аккомодации понимается излишне стойкое напряжение аккомодации, обусловленное таким сокращением ресничной мышцы, которое не исчезает под влиянием условий, когда аккомодация не требуется. Проще говоря, спазм аккомодации — это длительное статичное перенапряжение, глазной мышцы, например, из-за длительной работы за компьютером и возникновение вследствие этого компьютерного синдрома. Спазмы аккомодации могут развиваться при всех рефракциях (включая астигматизм). Спазм аккомодации вызывает ложную близорукость или усиливает близорукость истинную.
  • Состояние слезной пленки. Была обнаружено, что при разрушении слезной пленки аберрации высших порядков увеличиваются в 1,44 раза. Одна из разновидностей нарушения слезной пленки — синдром сухого глаза. Синдром сухого глаза возникает в связи с пересыханием поверхности роговицы от редкого моргания и непрерывного смотрения на объект работы. Исследования показали, что при работе на компьютере, а также при чтении человек моргает в три раза реже, чем обычно. В результате чего слезная пленка высыхает и не успевает восстанавливаться. Причинами возникновения синдрома сухого глаза могут быть: большие нагрузки на глаза при чтении и работе за компьютером, сухой воздух в помещениях, неправильное питание с недостаточным количеством витаминов, большая загрязненность воздуха, прием некоторых медикаментов.
  • Ношение контактных линз. Выявлено, что мягкие контактные линзы могут вызывать волновые монохроматические аберрации высокого порядка, тогда как жесткие контактные линзы значительно уменьшают аберрации 2-го порядка. Однако асферичность поверхности жестких контактных линз может быть причиной сферических аберраций. Асферические контактные линзы могут вызывать большую нестабильность остроты зрения, чем сферические контактные линзы. Мультифокальные контактные линзы могут индуцировать аберрации по типу комы и 5—го порядка.

В настоящее время разработана методика проведения индивидуализированной коррекции зрения (Super Lasik, Custom Vue) на основе аберрометрии, которая позволяет, максимальным образом компенсируя все возможные искажения в зрительной системе, добиваться отличных результатов в практически любых сложных случаях.

Источник: https://excimerclinic.ru/press/aber/

Аберрации высших порядков

Аберрации человеческого глаза, способы их измерения и коррекции (обзор литературы)

Аберрациями называют погрешности любой оптической системы, в том числе и глаза.

Выделяют аберрации низших порядков – близорукость, дальнозоркость и астигматизм, которые являются наиболее распространенными и составляют около 85% от всех аберраций.

Также существуют аберрации высших порядков, составляющие всего 15%, они достаточно разнообразны. К ним относятся кома, сферические аберрации и дисторсия.

В чем их причина и как они влияют на зрение?

Аберрации возникают в результате искажения световых лучей при прохождении через любую функциональную структуру глаза:

  • Слезная пленка, которая покрывает снаружи передний отдел глазного яблока, обеспечивая увлажнение, защиту переднего отдела глаза от попадания инородных тел, и участвует в преломлении световых лучей, сглаживая небольшие неровности роговицы.
  • Роговица – передняя прозрачная, имеющая форму сферы часть наружной оболочки глаза – участвует в преломлении световых лучей.
  • Водянистая влага – заполняет пространство между роговицей спереди и хрусталиком с радужной оболочкой сзади, участвует в преломлении.
  • Хрусталик – внутриглазная линза, преломляющая световые лучи.
  • Стекловидное тело – гель, заполняющий большой объем внутри полости глаза за хрусталиком, изнутри граничит с сетчаткой (светочувствительная оболочка глаза), участвует в проведении световых лучей.

Соответственно, при изменениях в любом из перечисленных отделов, могут возникать или усиливаться уже имеющиеся аберрации.

Различные изменения и заболевания могут приводить к появлению аберраций, например, недостаточность слезной пленки при синдроме сухого глаза; рубцы на роговице после операций, травм, инфекционных заболеваний; помутнение хрусталика (катаракта); изменения стекловидного тела при близорукости, после воспалительных заболеваний, травм, кровоизлияний.

Аберрации высших порядков ухудшают зрение и описываются как нечеткость изображения и предметов, блики, ореолы вокруг источников света, двоение, снижая тем самым качество зрения, особенно в условиях пониженной освещенности и в ночное время.

Выраженность симптомов зависит от ряда факторов, например, от причины, вызвавшей появление аберраций или величины зрачка. Так человек может замечать перечисленные проявления аберраций только в условиях пониженной освещенности, когда при расширении зрачка степень влияния аберраций на качество зрения увеличивается.

Диагностика

Диагностика аберраций высших порядков стала возможной в последнее время благодаря технологии, использующей компьютерный анализ отклонения световых лучей при прохождении их до сетчатки глаза с последующим частичным отражением, так называемый волновой фронт. 

Этот метод используется в специальном диагностическом оборудовании – аберрометрах, которые с высокой точностью определяют все погрешности в оптической системе глаза и степень их влияния на качество зрения.

Коррекция аберраций высших порядков

Глаз человека не совершенен и в определенной степени имеет какие-либо аберрации. В том случае, если это не несет в себе ограничения профессиональной деятельности и ухудшения качества зрения, аберрации не требуют какой-то специфической коррекции.

Если же при диагностике определяется наличие аберраций, снижающих качество зрения, то в качестве мер коррекции может помочь специальная адаптивная оптика (очки, контактные линзы, интраокулярные линзы), которая, благодаря использованию технологии волнового фронта, сможет компенсировать влияние аберраций на качество зрения.

Альтернативой адаптивной оптике является рефракционная хирургия (хирургическое изменение преломляющей силы роговицы), которая позволяет использовать индивидуальную программу для достижения зрения высокого качества, основываясь на данных абберометрии.

P.S.: Оптическая система глаза складывается, прежде всего из взаимодействия двух природных линз: роговицы и хрусталика. Каждая из них может иметь оптические несовершенства – различную кривизну поверхности]. мелкие помутнения, различную плотность ткани в разных участках поверхности. Все это может давать аберрации высшего порядка.

Следует отметить, что средняя острота зрения человека принята условно за 100% – это возможность видеть с 5 метров 10-ю строчку классической таблицы Головина-Сивцева, которую можно встретить в любой поликлинике у офтальмолога.

Устраняя аберрации высшего порядка с помощью использования методики персонализированной аблящии (суперЛАСИК) и диагностической методики волнового фронта, можно добиться остроты зрения 1,2-2,0 (т.е. 120-200%).

Но, прежде всего, важно повысить пространственно-контрастную чувствительность, т.е. четкость различения предметов, особенно при пониженном освещении.

В этом случае при остроте зрения 100% и даже в 90% от среднестатистической нормы будет комфортна для повседневной жизни человека.

Источник: https://www.vseozrenii.ru/glaznye-bolezni/aberratsii-vysshikh-poryadkov/

Аберрации и их влияние на изображение

Аберрации человеческого глаза, способы их измерения и коррекции (обзор литературы)
Skip to content

Статья описывает базовые понятия аберраций, классификацию аберраций, а также возможные методики устранения аберраций применительно к микроскопным объективам. В статье описана методика выбора микроскопных объективов исходя из задач исследователя.

Аберрации в оптических системах – погрешность изображения, вызванная любым отклонением реальных лучей от геометрических направлений по которым они должны были бы идти в идеальной оптической системе. Аберрации можно классифицировать на монохроматические (то есть присущие монохроматическим лучам – лучам одной длины волны) и хроматические.

Монохроматические аберрации

Монохроматические аберрации – погрешности, присущие любой реальной оптической системе.

Возникновение связано с тем, что поверхности, преломляющие лучи неспособны собрать в точку широкие пучки лучей, падающие на них под большими углами.

Монохроматические аберрации приводят к искажению изображения точки в некоторую фигуру рассеяния, что снижает четкость изображения и нарушает подобие изображения и предмета.

Монохроматические аберрации классифицируют пятью аберрациями Зейделя:

SI – сферическая аберрация

Сферическая аберрация оптической системы. Лучи, параллельные оси оптической системы сходится не в точке, а в перетяжке.

Сферическая аберрация оптических систем из-за несовпадения фокусов для лучей света проходящих на разных расстояниях от оптической оси. Нарушает гомоцентричность пучка света, но не нарушает симметричность.
Существует несколько путей исправления сферической аберрации:

Во-первых, снижение кривизны линзы (использование стекла с большим показателем преломления в совокупности с увеличением радиусов поверхностей линзы, сохраняя, тем самым, ее оптическую силу).Во-вторых, применением комбинации из положительных и отрицательных линз.

Обычно параллельно с исправлением сферической аберрации исправляют также хроматические аберрации.В-третьих, применяют диафрагмирование – отсечение краевых лучей широкого пучка.

Способ позволяет снизить значение рассеяния, но непригоден для оптических систем требующих высокой светосилы.

Полностью избавиться от сферической аберрации невозможно, но способы снизить ее эффективно применяются в микроскопии.

SII – кома

Аберрация Кома. Лучи, приходящие под углом к оптической оси не собираются в одной точке

Аберрация Кома обусловлена тем, что лучи, приходящие под углом к оптической оси, собираются не в одной точке. Методика исправления Комы схожа с методикой исправления сферических аберраций и, в основном, строится на использовании комбинаций положительных и отрицательных линз.

SIII – астигматизм

Астигматизм оптической системыАберрация, при которой изображение точки, лежащей вне оси и сформированное узким пучком лучей представляет собой два перпендикулярных отрезка расположенных на разном расстоянии плоскости Гаусса (плоскости безаберрационного фокуса).

Астигматизм не может быть исправлен диафрагмированием, т.к. проявляется и на узких пучках. Для коррекции астигматизма применяют дуплеты положительных и отрицательных линз.

SIV – кривизна поля изображения

Кривизна поля оптической системы. Изображение плоского объекта перпендикулярного оси оптической системы в плоскостях F1 и F2

Аберрация, при которой изображение плоского объекта, перпендикулярного оси оптической системы лежит на выпуклой или вогнутой (обычно сферической в случае симметричной оптики) поверхности относительно объектива.

Погрешность вносимая аберрацией, очень сильно сказывается в микроскопии, так как получаемое изображение плоского объекта не находится полностью в фокальной плоскости и, таким образом, на нескорректированной системе мы не можем наблюдать полностью резкое изображение объекта по всему полю.

Кривизна поля корректируется при помощи расчета системы содержащей две и более отрицательных линз, а также использующей воздушное пространство между линзами.

SV – дисторсия

Изменение коэффициента линейного увеличения по полю зрения. Подушкообразная и бочкообразная дисторсия.

Дисторсия – изменение коэффициента линейного увеличения оптической системы по полю зрения.

Дисторсия не приемлема в микроскопии, так как система, подверженная дисторсии, не обеспечивает геометрическое подобие наблюдаемого объекта и его изображения. Дисторсия исправляется подбором линз на этапе проектировки объектива.

Также возможно исправление дисторсии на этапе компьютерной обработки изображения.

Хроматические аберрации (ХА)

Хроматические аберрации. Разница показателя преломления оптической системы для лучей с различной длиной волны.

Хроматические аберрации – погрешности вносимые в изображение разницей коэффициента преломления для пучков с различными длинами волн.

При прохождении света через оптические материалы наблюдается дисперсия – разложение белого света на спектр. Именно явление дисперсии запечатлено на самой знаменитой обложке музыкального альбома 20 века – Pink Floyd – The Dark Side of the Moon.

Паразитная дисперсия не позволяет лучам с различными длинами волн сфокусироваться в одной точке.
Таким образом, различают три вида хроматизма: хроматизм положения, хроматизм увеличения и хроматизм разности геометрических аберраций. В статье мы рассмотрим хроматизм положения, так как природа ХА абсолютно одинакова во всех случаях.

Для любой оптической линзы коэффициент преломления синих лучей, как правило, больше, чем красных, поэтому точка фокуса синих лучей lue расположена ближе к задней главной точке линзы, чем точка фокуса красных лучей Fred.

Отсюда следует, что лучи, полученные разложением белого света, будут иметь различное фокусное расстояние.

Единого фокусного расстояния у одной линзы не существует, а есть совокупность фокусных расстояний — по одному фокусу на луч каждого цвета.

Разность lue-Fred это и есть «хроматизм положения» (или хроматической разностью положения, продольной хроматической аберрацией)

Диафрагмирование несколько уменьшает хроматизм положения. При этом изображения предмета в лучах разного цвета будут находиться на разных расстояниях от задней главной точки. Если наводить оптическую систему на резкость по красным лучам, изображение в синих лучах будет не в фокусе, и наоборот.

Конструкция микроскопных объективов рассчитана на устранение хроматических аберраций. Система линз, выполняющих сближение фокусов двух (например, синих и жёлтых) лучей, называется ахроматической, а при сближении фокусов трёх лучей —апохроматической системой.

Основное правило при исправлении ХА является исправление ХА суммарно для всей системы. Нет необходимости исправлять хроматизм каждого элемента. Важно, чтобы суммарная положительная и отрицательная дисперсия элементов системы была равна нулю.

Критерии при выборе микроскопных объективов

Рассмотрев основные типы различных оптических аберраций мы можем описать основные критерии при выборе объективов для лабораторного микроскопа, ведь именно характеристиками объектива определяются разрешающая способность микроскопа, дисторсия, возможность проведения точных измерений, возможность качественного получения большого поля изображения при сильном увеличении путем сшивки частичных полей.
В большинстве случаев при выборе объективов работает правило, что чем качественнее и дороже объектив – тем он лучше для решения любых задач. Но на самом деле, во-первых, это не всегда абсолютно достоверно, во-вторых – экономическую составляющую вопроса это правило не затрагивает. А ведь порой именно она играет решающую роль при выборе оборудования того или иного класса.

Объективы для микроскопов делятся на различные классы в зависимости от коррекции монохроматических и хроматических аберраций. Каждый производитель имеет свою классификацию и свои уникальные названия для каждого из классов, что крайне усложняет прозрачность выбора той или иной линейки.

Все производители различают три больших класса объективов: Ахроматы, Полу-апохроматы (или Флюотары) и Апохроматы. Критерием внесения объектива в тот или иной класс будет являться сходимость фокальных плоскостей для трех основных цветов: красного, зеленого и синего.

Компания Leica Microsystems предлагает следующую оценку критериев (она может незначительно отличаться от оценки других производителей – Zeiss, Olympus, Nikon и др). Эта оценка дает максимально прозрачное представление коррекции ХА в зависимости от класса объектива.
Класс объективовКоррекция хроматических аберрацийПрименение
Ахроматы (Achromats)Между Fred и lue < 2x DoF*.т.е. красный и синий лучи сведены в одну область, длиной менее 2 глубин резкости. Расстояние до фокуса зеленого луча не определено.Рутинная микроскопия в видимом световом диапазоне
Полу-Апохроматы (Semi-Apochromats)Fred, lue и Fgreen

Источник: http://dmicro.ru/articles/aberratsii/

Аберрометрия глаза человека

Аберрации человеческого глаза, способы их измерения и коррекции (обзор литературы)

Аберрометрия – метод диагностики, который позволяет определять оптические искажения (аберрации), имеющиеся в системе зрения человека. Исследование включает субъективные и объективные методы.

Субъективные методы выявляют степень суммарных искажений глаза, объективные — строятся по принципу анализа волнового фронта, с характеристикой аберраций количественно (волновое отклонение), а также качественно (соотношение разных видов аберраций). Кроме того, здесь учитываются аберрации всего глаза и аберрации в оптических средах.

Субъективная аберрометрия

Одним из субъективных методов исследования, является фиксационная топокератометрия, которую применяют для оценки неправильного астигматизма роговой оболочки. Для измерений необходим офтальмометр с насадкой-диском и подвижным источником света.

Перемещение диска, заставляет глаз пациента постепенно менять точку фиксации на некий угол от центрального местоположения. В каждой новой точке необходимо проводить измерения оптической силы роговицы.

Таким образом исследуют 17 точек, которые составляют диоптрийную карту роговой оболочки в центральной зоне и определяют величину иррегулярного астигматизма глаза.

Решётка Чернинга, методика заключающаяся в следующем. Перед глазом пациента устанавливают решётку, шаг линий которой, составляет 0,5 мм, а также оптическую линзу, которая создает миопию, силой в 7,0D. Пациенту предлагается смотреть на точечный светильник (лампочку), находящийся в 2-3 метрах от глаза.

Если степень иррегулярности оптической системы не велика, пациент видит ровные горизонтальные и вертикальные полосы. В случае положительной сферической аберрации, пациент видит изгибы крайних полос вовнутрь, а в случае отрицательной — наружу. При иррегулярном астигматизме высокой степени, паттерн решётки искривлён.

Такие искривления сугубо индивидуальны, однако дают четкое представление об аберрациях.

Анализ аберраций глаза методом совмещения отклоненного и осевого лучей. Основа данного метода – принцип Шейнер, согласно которому, аберрации проявляются при рассматривании предмета через диск, имеющий два отверстия (двойное изображение устраняется фокусировкой посредством линз).

Слияния изображений можно также добиться с помощью еще одного перемещающегося луча. Данный метод реализует современный субъективный аберрометр Spatially Resolved Refractometry. В нем, пучок света осциллоскопа проходит сквозь вращающийся диск, имеющий отверстия в 1 мм. В процессе вращения диска, выполняют сканирование поверхности зрачка.

Через еще один оптический канал происходит проекция на фовеолу контрольной метки в виде крестика. Угол отклонения направленного луча света от контрольной метки указывает степень аберрации. Пациент с помощью джойстика совмещает фокус луча и метки, позволяя тем самым системе выразить угол отклонения, который характеризует функцию рассеяния, количественно.

Таким образом, выполняют сканирование всей плоскости зрачка и составляют карту аберраций.

Объективная аберрометрия

Одним из оригинальных методов аберрометрии, является объективная скиаскопия. Способ её проведения основан на принципе скиаскопии. При этом, интегральный скиаскоп сканирует зрачок инфракрасным светодиодом по 360 меридианам, в соответствии с классическим скиаскопическим принципом.

Одновременно подсчитывая разницу длин оптического пути между детекторами при движении проецируемой щели. Дальнейшая цифровая обработка данных позволяет составить интегральную рефракционную и аберрометрическую карты. Результаты исследования зависят от скорости, с которой выполняют сканирование области зрачка.

Данный метод не является методом классической аберрометрии и одномоментной карты аберраций не дает.

Аберрометрия по исследованию ретинального изображения (Чернинга). Для данного метода применяется современный объективный аберроскоп с принципом основного фотоанализа отражённого паттерна решетки (светящейся), которую создают на сетчатке зелёным лазером с волной в 532 нм.

Все полученные искажения реальной решётки сравниваются с эталонной решёткой. Результаты, аберрометр представляет в форме цветовой карты, где аберраций распределяются в плоскости зрачка пациента.

Точность измерения дефокусировки равна ±0,08 D, а отклонения от эталонной плоскости волнового фронта, составляют ±0,02 мкм.

Метод аберрометрии по отслеживанию луча является современным вариантом аберрометрии.

В его основе лежит анализ ретинального изображения проводимого по принципу, когда отклонение от точки фокусировки опорного луча определяется согласно местоположению фокуса параллельного лазерного луча.

Луч второго диодного лазера (длина волны 650 нм) направляют в зрачок с многократными повторениями по сканирующему принципу, при этом, величина его отклонения и характеризует функцию светорассеяния.

Метод аберрометрии по исследованию отражённого луча, выходящего из глаза (Хартмана). Здесь реализуется принцип, при котором для исследования выходящего луча, его делят диафрагмой со множеством отверстий, расположенной строго перпендикулярно плоскости зрачка.

Сегодня отверстия диафрагмы заменяют собирательными линзами (нередко более 1000) и выполняют компьютерное исследование волнового фронта глаза. В аберрометре роль излучателя исполняет диодный лазер (длина волны 850 нм). Излучение, отражённое от сетчатки, несёт информацию обо всех оптических несовершенствах глазных сред.

Цифровая обработка помогает представить результаты в виде цветовой карты. При этом точность оценки дефокусировки составляет ±0,05 D.

Практическая роль аберрометрии

Выраженность аберраций обусловлена многими факторами, к которым относится размер зрачка, рефракция, аккомодация и возраст пациента. Аберрации непостоянны. Кроме того, монохроматические аберрации способны маскировать хроматические.

Положительная роль аберраций высшего порядка в том, что благодаря им, увеличивается глубина фокусной области. При устранении этих аберраций, с сохранением аметропии, происходит контрастная инверсия воспринимаемых человеком изображений.

Поэтому аберрации можно расценивать, как механизм усовершенствования качества зрения.

Тем более, что отсутствие аберраций, которые создают малый уровень дефокусировки, в некоторой степени может снизить стимул к аккомодации, нарушить ее работу и точность аккомодирования.

Знания об аберрациях глаза, сегодня находят широкое практическое применение при оптической коррекции зрения. К примеру, различные варианты лазерной фотоабляции роговой оболочки при хирургическом лечении аметропий позволяет добиться высокого зрительного разрешения, увеличивая при этом аберрации высшего порядка, которые проявляются при увеличении диаметра зрачка (более 5 мм).

При выполнении лазерного кератомилеза возрастает сферическая аберрация, сопровождающаяся глэр-эффектом, при фоторефракционной кератэктомии нередко происходит усиление комы – основы монокулярной диплопии. Применение кератофотоабляции, с учетом анализа волнового фронта, дает возможность значительно повысить качество зрительного восприятия.

Используемые при афакии ИОЛ, усиливает сферическую аберрацию. Сегодня разработаны и уже применяются интраокулярные линзы, имеющие отрицательную сферическую аберрацию, которая может частично компенсировать положительную сферическую аберрацию роговой оболочки для получения более высокого качества изображений на сетчатке глаза.

Также существуют и технологии создания контактных линз, имеющих любой профиль аберраций.

Аберрометрия может проводиться как отдельное исследование или входить в состав комплексной диагностики зрения.

Уточнить стоимость той или иной процедуры, записаться на прием в “Московскую Глазную Клинику” Вы можете по телефону 8 (800) 777-38-81 (ежедневно с 9:00 до 21:00, бесплатно для мобильных и регионов РФ) или воспользовавшись формой онлайн-записи.

Источник: https://mgkl.ru/uslugi/diagnostika/aberrometriya-glaza-cheloveka

Аберрометрия глаза: показания, клиники, где проводится. Сайт «Московская офтальмология»

Аберрации человеческого глаза, способы их измерения и коррекции (обзор литературы)

Технология «волнового фронта» представляет собой новый уровень параметров глаза в трехмерном измерении. Эта методика позволила за последние годы значительно усовершенствовать способы лазерной коррекции зрения.

Когда применяют технологию «волновой фронт»

Технологию «волновой фронт» применяют при необходимости улучшить сумеречное зрение (в случае плохих световых условий, например, в сумерках или в темноте). С помощью технологии «волнового фронта» представилась возможность ликвидировать возникающие проблемы с сумеречным зрением или предотвратить отрицательное воздействие ослепительных световых эффектов на орган зрения.

В большинстве случаев после проведения лазерной коррекции зрения «ЛАСИК» некоторые пациенты имеют стопроцентную остроту зрения, но они зачастую жалуются на ухудшение сумеречного зрения. У этих пациентов зрение в темное время суток ухудшается за счет расширения зрачка. У них обычно имеет место аберрация оптической системы.

Как проводится измерение волнового фронта

Аберрометр представляет собой аппарат, объективно определяющий возможное искажение изображений в человеческом глазу с помощью измерения величины волнового фронта. С его помощью измеряют не только рефракцию роговицы, но всего органа зрения.

В глаз с помощью инфракрасного лазера волновым фронтом направляются импульсы света. Световые волны или полностью, или же частично отражаются от сетчатки глаза и регистрируются прибором.

Изменения волнового фронта соответствуют имеющимся неровностям роговицы.

При направленном «волновом фронте» проводится дополнительное измерение индивидуальных отклонений световых лучей, входящих в глаз и выходящих из него. Соответственно, регулируется модуляция поверхности.

Итак, «волновой фронт» является одним из индивидуальных методов улучшения качества зрения.

При его применении учитываются не только такие грубые аберрации, как дальнозоркость, близорукость, и искривление роговицы, но и абсолютно незначительные отклонения от принятой нормы.

Нарушение (аберрация) зрительных функций глаза довольно часто имеет прямую связь с изменениями формы роговицы либо контактной линзы. Если имеет место искаженное изображение, то изменения волнового фронта абсолютно соответствуют неровностям.

Что собой представляет технология «волнового фронта»

Основой технологии «волнового фронта» являются результаты проведенных измерений. Для того чтобы правильно подобрать метод лазерной коррекции зрения, составляется индивидуальный профиль пациента.

С помощью этого метода путем коррекции слоев роговицы могут быть предотвращены даже незначительные погрешности изменения остроты зрения. Каждый слой роговицы глаза обрабатывается с неодинаковой интенсивностью.

При проведении лазерной коррекции зрения обычными методами, в отличие от технологии «волнового фронта, проводят обработку всех слоев роговицы с одинаково силой, например, в шесть диоптрий. Технологию «волнового фронта» можно применять как при тонкой роговице, так и при расширении зрачков, поскольку она имеет низкий коэффициент искажения структуры ткани.

Каждому пациенту в индивидуальном порядке подбирают свой метод лазерной коррекции остроты зрения: «ЛАСИК», «ФРК», «Эпи-Ласик», или же «ЛАСЕК».

Оптимизация методики “волнового фронта” путем диагностики состояния радужной оболочки глаза

При выполнении лазерной коррекции зрения полученные результаты технологии «волнового фронта» с помощью метода диагностики радужной оболочки глазного яблока переносятся на роговичную оболочку глаза.

С помощью этой современной технологии распознают, какие имеются искажения и смещения центра зрачка, которые обусловлены лежачим положением пациента. Эти изменения учитываются при удалении ткани роговицы.

В связи с тем, что стала возможной диагностика состояния радужной оболочки глазного яблока, постоянно усовершенствуется современная эксимерная лазерная коррекция качества зрения.

Это означает, что пациент может быть уверен в надежности методики, и он получит и больше положительных результатов в случае наличия проблем с сумеречным зрением.

Человек сможет даже ночью комфортно вести автомобиль.

Когда были проведены исследования результатов проведенного лечения одним и тем же лазером с применением диагностики состояния радужной оболочки глаза, а также без нее, стало понятно, что при помощи дополнительной диагностики можно распознать патологию зрачка.

Источник: https://mosglaz.ru/blog/item/1205-aberrometriya-glaza.html

Коррекция искажений, вносимых объективом

Аберрации человеческого глаза, способы их измерения и коррекции (обзор литературы)

Коррекция искажений помогает скомпенсировать огрехи, присутствующие практически в каждом снимке камеры. К ним могут относиться затемнение углов кадра, искривление исходно прямых линий или цветная кайма вокруг контрастных границ.

Несмотря на то, что они могут быть не особо заметны в исходном снимке, польза от их компенсации есть всегда.

Однако при неаккуратном применении коррекция искажений может даже ухудшить снимок, и к тому же, в зависимости от предмета съёмки, некоторое несовершенство может оказаться только на пользу.

допосле

Результаты коррекции виньетирования, дисторсии и хроматических аберраций.
В масштабе 1:1 разница была бы ещё более заметна.

Общие сведения

Чаще всего коррекция призвана выправить один из трёх недостатков:

ВиньетированиеДисторсияХроматические аберрации
  1. Виньетирование проявляется как нарастающее затемнение по направлению к краям кадра.
  2. Дисторсия выражается в искривлении исходно прямых линий внутрь (бочка) или наружу (подушка).
  3. Хроматические аберрации приводят к появлению цветной каймы на контрастных границах.

Однако программы коррекции искажений, вносимых объективом, обычно способны повлиять лишь на один вид искажений, потому важно уметь их различать. Следующие разделы описывают типы и причины появления искажений, рассказывают, когда их можно скорректировать, а также объясняют, как для начала минимизировать их влияние.

Всё, что написано в этой главе, в той или иной мере касается любой программы коррекции искажений, но уместно упомянуть и наиболее известные из них: это Adobe Camera RAW, Lightroom, Aperture, DxO Optics и PTLens.

1. Виньетирование

Этот термин описывает прогрессирующее снижение освещённости по направлению к углам кадра, и оно, пожалуй, проще всего поддаётся наблюдению и коррекции.

Внутреннее виньетированиеФизическое виньетированиеКоррекция виньетирования

Обратите внимание, что внутреннее виньетирование наиболее очевидно тольков левом верхнем и правом нижнем углах в связи с особенностями предмета съёмки,

хотя в действительности эффект во всех углах одинаков.

Типы и причины. Виньетирование может быть отнесено к одной из двух категорий:

  • Физическое виньетирование зачастую не поддаётся коррекции, иначе как кадрированием или ручным осветлением/клонированием. Проявляется как сильное, резкое затемнение, обычно только на самых краях кадра. Возникает вследствие применения серии фильтров или фильтров с толстой оправой, бленд и других объектов, физически блокирующих свет по краям кадра.
  • Внутреннее* виньетирование обычно легко устранить. Проявляется как прогрессирующее и обычно слабое затемнение по направлению от центра снимка. Возникает вследствие особенностей конструкции объектива и камеры. Обычно наиболее заметно на низших f-ступенях, в широкоугольных и телеобъективах, при наведении на удалённые объекты. Цифровые зеркальные камеры с урезанными сенсорами обычно менее подвержены виньетированию, поскольку затемнённые края оказываются откадрированы (при использовании полнокадровых объективов).

*Техническое примечание: внутреннее виньетирование делится на две подкатегории: оптическое и натуральное виньетирование. Первое можно минимизировать, закрыв диафрагму объектива (увеличив f-ступень), однако второе не зависит от настройки объектива.

Как следствие, его невозможно избежать, если только нет возможности использовать объектив с меньшим углом зрения или же специальный компенсирующий фильтр, который задерживает часть света по направлению к центру изображения (не распространены, за исключением фильтров для камер большого формата).

Photoshop: регуляторы
коррекции виньетирования

Коррекция.

Виньетирование зачастую может быть исправлено простым изменением регулятора количества (amount), хотя порой требуется также задать центр виньетирования, используя регулятор центральной точки (midpoint), хотя нужно это редко. Однако коррекция попутно усилит визуальный шум по краям, поскольку принцип её работы заключается по сути в применении радиального градиентного нейтрального светофильтра.

Искусственное виньетирование. Некоторые фотографы в действительности добавляют виньетку к своим снимкам, чтобы привлечь внимание к центральному предмету, а также чтобы визуально уменьшить жёсткость границ кадра. Однако применять её стоит уже после финального кадрирования (заимствуя из английского, этот приём называют виньетированием “пост-кроп”).

2. Дисторсия: бочка, подушка и перспектива

Этот термин описывает искривление исходно прямых линий внутрь или наружу, которое может повлиять на отображение объёма:

ПодушкаБочка

Типы и причины. К наиболее распространённым категориям дисторсии относятся:

Искажение перспективы

Синяя точка отображает направление камеры;красные линии отмечают

сходимость параллельных прямых.

  • Подушка. Она появляется, когда исходно прямые линии искривляются внутрь кадра. Обычно ей подвержены телеобъективы или дальнее фокусное расстояние вариобъектива (зума).
  • Бочка. Появляется, когда исходно прямые линии искривляются наружу. Обычно присуща широкоугольным объективам или широкоугольному (ближнему) фокусному расстоянию вариобъектива.
  • Искажение перспективы*. Проявляется в сходимости исходно параллельных прямых. Его причиной является положение камеры (оно появляется, если линия зрения камеры не перпендикулярна параллельным прямым); на примере деревьев или архитектуры это обычно означает, что камера не направлена к линии горизонта.

При съёмке пейзажей обычно наиболее заметны искажения горизонта и деревьев. Положение линии горизонта в центре кадра может помочь минимизировать влияние всех трёх видов дисторсии.

*Техническое примечание: перспективные искажения технически не являются дисторсией, поскольку это естественная характеристика объёмного зрения.

Мы видим их своими глазами, однако наше сознание знает действительное положение объектов в пространстве и потому не воспринимает линии как сходящиеся.

За дальнейшей информацией по теме обратитесь к статьям о широкоугольных объективах и о применении сдвига объективов tilt/shift для управления перспективой.

Коррекция.

К счастью, каждый из вышеприведенных типов дисторсии поддаётся коррекции. Однако применять её следует, только когда это необходимо, — например, когда предмет съёмки содержит выраженно прямые линии или имеет чёткую геометрию. Чаще всего наиболее чувствительна к дисторсии архитектурная съёмка, тогда как в пейзажах она значительно менее заметна.

Photoshop: регуляторы коррекции дисторсии

Программы обработки изображений обычно предлагают регуляторы для бочки/подушки, а также перспективных искажений по горизонтали и вертикали. Не забудьте использовать координатную сетку (если возможно), чтобы упростить себе оценку результатов обработки на предмет прямоты и параллельности линий.

Недостатки. Поскольку края кадра в процессе коррекции дисторсии искривляются, обычно требуется кадрирование, которое может повлиять на композицию.

Кроме того, коррекция перераспределяет разрешение в изображении; в результате удаления подушки края станут несколько резче (за счёт центра), тогда как удаление бочки усилит резкость в центре (за счёт краёв).

Например, для широкоугольных объективов бочка обычно является способом борьбы с размытием краёв, которое типично для объективов этого типа.

3. Хроматические аберрации

Хроматические аберрации (ХА) проявляются как неприглядная цветная кайма на контрастных границах. В отличие от предыдущих двух недостатков объективов, хроматические аберрации обычно видны только при просмотре снимка на экране в полном размере или в отпечатках большого размера.

исходный снимокдо и после в масштабе 1:1

Вышеприведенная коррекция эффективна, поскольку присутствуют
преимущественно радиальные ХА, которые легко удалить.

Типы и причины. Хроматические аберрации, пожалуй, наиболее разнообразны и сложны в подавлении, а их влияние существенно зависит от предмета съёмки. К счастью, феномен ХА можно достаточно легко понять, разделив его на три составляющих:

Радиальные ХАСоосные ХАОкрашивание

Технические примечания. Чистые радиальные ХА случаются, когда каналы цветности изображения записывают различные относительные размеры (однако все они находятся в чётком фокусе).

Чистые соосные ХА возникают, когда каналы цветности имеют одинаковый относительный размер, но некоторые из них находятся не в фокусе.

В случае окрашивания может иметь место комбинация

радиальных и соосных ХА, однако в масштабах микролинзы сенсора, а не объектива.

  • Радиальные хроматические аберрации устранить проще всего. Они проявляются как двуцветная кайма в направлениях от центра изображения и нарастают к его краям. Обычно кайма бывает сине-фиолетовой, но может присутствовать и сине-жёлтый компонент.
  • Соосные хроматические аберрации коррекции не поддаются, либо она возможна лишь частично, с нежелательными эффектами в других частях изображения. Проявляются как одноцветное гало вокруг контрастной границы и меньше зависят от положения в кадре. Гало зачастую приобретает пурпурный оттенок, его цвет и размер могут порой быть улучшены некоторым смещением фокусировки объектива вперёд или назад.
  • Окрашивание засветок обычно коррекции не поддаётся. Это уникальный феномен цифровых сенсоров, который приводит к избирательным засветкам — на уровне сенсора создаются цветные пятна, обычно синие или пурпурных оттенков. Наиболее часто они случаются в резких, зеркальных засветках при использовании компактных камер с высоким разрешением. Классическим примером являются границы верхушек деревьев и листва в ярком белом небе.

Некоторая комбинация разных типов ХА присутствует в любом снимке, однако их сравнительное влияние может существенно меняться в зависимости об выбранного объектива и предмета съёмки. Как радиальные, так и соосные ХА более заметны в дешёвых объективах, тогда как окрашивание засветок более заметно в старых компактных камерах; все они становятся более заметны при высоком разрешении.

Примечание: хотя соосные ХА и окрашивание обычно равномерны по всем границам, они могут не выглядеть таковыми, в зависимости от яркости и цвета конкретной границы. В связи с этим их зачастую путают с радиальными ХА. Радиальные и соосные ХА порой также называют поперечными (латеральными) и продольными, соответственно.

Photoshop: регуляторы коррекции ХА

Коррекция хроматических аберраций может существенно повлиять на резкость и качество изображения — особенно по краям кадра. Однако лишь некоторые компоненты ХА могут быть удалены практически полностью.

Сложность состоит в том, чтобы определить и применить соответствующий инструментарий к каждому из компонентов по отдельности — не усугубив при этом остальные.

Например, подавляя соосные ХА в одной части изображения (ошибочно используя для этого инструментарий для радиальных ХА), вы скорее всего ухудшите внешний вид остальных частей.

Начните с обработки высококонтрастной границы вблизи края кадра и контролируйте процесс, используя для оценки эффективности экранный масштаб 100-400%. Зачастую лучше всего начинать с радиальных ХА, используя регуляторы красно-голубого и сине-жёлтого, посколькуих проще всего удалить.

Затем всё, что осталось, скорее всего является комбинацией соосных ХА и окрашивания, которые можно уменьшить, используя инструмент для удаления каймы (Photoshop: “Defringe”). Неважно, с каких параметров настройки вы начнёте, здесь результата добиваются исключительно опытным путём.

Оригинал при 400%После подавления
радиальных ХАПосле подавления
соосных ХА и окрашивания

Фрагмент из верхнего левого угла предыдущего снимка.

Впрочем, не стоит надеяться на чудо; некоторое окрашивание и соосные ХА практически всегда присутствуют. Особенно это заметно на источниках освещения ночью, звёздах и прямых отражениях от металла и воды.

соосные ХА и окрашиваниеуменьшены (но не удалены)

Автоматические профили коррекции объективов

Многие современные программы обработки снимков в формате RAW могут корректировать недостатки объективов, используя предустановки для широкого набора сочетаний камер и объективов. Если эта возможность доступна, она может сэкономить массу времени. Adobe Camera RAW (ACR), Lightroom, Aperture, DxO Optics и PTLens предоставляют такую возможность в своих последних версиях.

Не бойтесь регулировать корректировку от стандартного значения до 100% (полная коррекция). Кто-то предпочтёт сохранить некоторую виньетку и дисторсию, но при этом полностью устранить хроматические аберрации, например. В случае ХА, впрочем, наилучшие результаты обычно достигаются последующей доводкой вручную.

Если вы используете коррекцию объектива как часть процесса обработки фотографий, очерёдность её применения может повлиять на результат.

Шумоподавление обычно более эффективно до коррекции ХА, однако повышение резкости следует производить после удаления ХА, поскольку может на него повлиять.

Впрочем, если вы используете программы обработки формата RAW, незачем беспокоиться о порядке применения — он будет правильным.

Дополнительная информация

Смежные темы освещаются в следующих статьях:

Источник: https://www.cambridgeincolour.com/ru/tutorials-ru/lens-corrections.htm

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.