越來越多相機廠商拿掉了「低通濾鏡」,但是摩爾紋真的解決了?

瘋攝     2021年01月18日

近年來,相機領域出現了諸多驚人的升級,從高感性能到寬容度,甚至一些相機也加入了強悍的視頻功能。然而,儘管有了這些進步,在過去十年來仍有一個難以解決的業內分歧,那就是低通濾鏡。大部分相機都有,但也有一些沒有,兩大陣營的「信仰者」唯一清楚的是這個問題還遠未解決。

隨著一些廠商將取消低通濾鏡作為賣點,越來越多的攝影師開始關注這個話題。同時,也都在思考著,如何讓低通濾鏡對畫質的影響做出權衡。但在我們討論這個問題之前,我們需要系統的瞭解低通濾鏡的應用及原理。

什麼是低通濾鏡?

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當您拍攝的主題包含許多較複雜的小圖案或重複的線條時,相機傳感器可能無法很好地進行識別,並在最終的圖像中產生本不需要的波浪形式偽像,極大的降低了圖像的質量。這是在時尚人像和產品廣告,以及建築或風光攝影中普遍面臨的問題,我們通常稱之為摩爾紋效應。

在圖像傳感器前放置低通濾鏡的目的是消除數字成像過程中固有的摩爾紋和偽色。大多數數位相機中使用的傳統拜耳陣列傳感器受這些偽像影響最大,因為拜耳陣列需要來自多個像素的數據,才能在每個像素點生成全彩。

拜耳陣列與偽像(摩爾紋,偽色)

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數位相機使用數以百萬計的光電二極體陣列來記錄圖像。當我們按下相機的快門按鈕,曝光開始時,每一個光電二極體都開始收集光線,並以電信號的形式儲存起來。一旦曝光結束,相機就會關閉每一個感光點,然後通過測量電信號的強度來評估有多少光。然後將信號量化為數字值,其精度由位深決定。然而,上面的方式只會創建灰度圖像,因為這些光電二極體無法區分每種顏色的數量。

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為了捕捉彩色圖像,必須在每個只允許特定顏色的光電二極體上放置一個過濾器,以此讓每個光電二極體只捕捉三種基色中的一種,因此它們會丟棄大約2/3的入射光。相機必須近似其他兩個原色,以便在每個像素處都有全彩。最常見的顏色過濾器陣列類型稱為「拜耳陣列」。

什麼是拜耳陣列?

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拜耳陣列由紅綠藍交替排列的過濾器組成。注意拜耳陣列中綠色傳感器的數量是紅色或藍色傳感器的兩倍。由於人眼對綠光比紅光和藍光更敏感,所以每種基色在總面積中所佔的比例並不相同。與綠色像素的冗餘相比,如果對每種顏色都進行同等處理,生成的圖像的噪點更小,細節更細。這也解釋了為什麼綠色通道中的噪點比其他兩種原色小得多。

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拜耳「解碼器」是將拜耳原色陣列轉換成最終圖像的過程,其中包含每個像素的全色信息。理解這一點的一種方法是將每個由紅、綠和藍組成的2x2陣列看作一個單一的全彩色腔。

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如果相機將每個2x2陣列中的所有顏色都視為降落在同一個位置,那麼它在水平和垂直方向上只能達到一半的解析度。另一方面,如果一台相機使用多個重疊的2x2陣列計算顏色,那麼它可以獲得比一組2x2陣列更高的解析度。下面結合重疊的2x2陣列可以提取更多的圖像信息。

摩爾紋與偽色的產生:

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大多數相機都使用拜耳像素陣列,算法對傳感器數據進行插值,以獲得每個圖像像素的特定顏色,當圖像中的圖案與傳感器本身的像素陣列大致相同時,主體上的真實圖案將和傳感器像素陣列的重疊,產生了在現實世界中不存在的第三圖案,即我們所說的摩爾紋。

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然後拜耳陣列通過將其插入奇數顏色使事情變得更糟,不僅創造了暗和亮的圖案(摩爾紋),而且還創造了重複的顏色,即我們所說的偽色。

低通濾鏡如何解決這些偽像?

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低通濾鏡通過將光分散到幾個像素上來減少摩爾紋的產生。其實,本質上是模糊圖像讓它們沒有傳感器上像素的排列那麼詳細,從而使兩個圖案不匹配。

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典型的低通濾鏡由三個部分組成:第一層是水平方向上的微位移圖像,第二層是消除不必要的紅外輻射,第三層是垂直方向上的微位移圖像。這使得低通濾鏡可以像素級的模糊圖像的精細細節,減少了摩爾紋和偽影,但它也降低了像素級的清晰度。

低通濾鏡的行業劃分:

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在普通消費者層面,幾乎所有面向消費者的相機都包含低通濾鏡。這並不奇怪,普通攝影師想要拍攝,然後列印或上傳。低通濾鏡留下的圖像雖然會失去精細的細節,但是在經過相機的機內銳化後,作為JPEG輸出就足夠了。相反,帶有摩爾紋和偽色的圖像是不可接受的。

在高端市場上,大多數的數位相機都未使用低通濾鏡。這一點也不奇怪,因為在很大程度上專業攝影師希望為高端客戶尋求最高圖像質量。當然,代價是摩爾紋和其他工件需要在後期製作中進行校正。但是一個完整的後期編輯過程對於大多數專業攝影師來說是司空見慣的。

低通濾鏡的未來

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未來可能會有多種方法來解決這一困境。首先,隨著傳感器像素的不斷增加,低通濾鏡的使用將不那麼重要。儘管廠商對像素的競爭已經放緩,但一些專業相機現在已經進入到了半億像素領域,而在這一領域之內,幾乎所有的相機都沒有使用低通濾鏡。

另一方面,低通濾鏡帶來的問題不是源自於它本身。正如我們所看到的,低通濾鏡解決了一個問題,但引發了另一個問題。它們本質上是一種變通方法,而更大的問題是拜耳傳感器的設計。儘管使用這種設計已經取得了令人驚嘆的成就,但其固有的弱點造成了這種困境,拜耳陣列也並不是製造傳感器的唯一方法。

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例如,適馬的相機多年來一直使用另一種叫做Foveon傳感器的設計,它不是單一的傳感器層,而是使用三層來捕捉光線,每一層對應一個顏色通道。由於傳感器的獨特設計,顏色呈現出獨特的外觀。對於此,有它的批評者,但也有它的忠實粉絲。

隨著這些替代技術的不斷成熟,未來更多的相機製造商會提供不帶低通濾鏡的相機。無論如何,隨著行業中所有其他創新的發展,很高興看到傳感器設計和圖像質量不被忽視,攝影師可以期待一個提供兩全其美的未來。

如何避免摩爾紋和偽色現象?

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不管未來相機的發展如何,我們目前還是主要應對當前的拍攝。並且我們仍要注意,低通濾鏡可以緩解或消除摩爾紋和偽色,但並不是所有場景都可以獲得一個絕佳效果。我們仍然需要攝影師根據內容通過技術手段,適當的避免這些偽像。

更改拍攝對象距離或角度:

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如果圖像中出現可見摩爾紋,您可以改變與拍攝對象的物理距離,也可以放大焦距。當我們這樣做時,紋理頻率下降(因為它相對於傳感器變大)然後傳感器很容易解析圖像,因為紋理不再超過它的解析度。我們也可以改變拍攝的角度,這幾乎可以消除所有摩爾紋的產生,但是這兩點也都意味著構圖會產生一定的改變。

控制光圈與散景:

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將焦點調整到不同的區域,使焦點稍微偏離圖案。雖然這並不太實用,但是散景將有效消除摩爾紋。如果產生的摩爾紋不是圖像的主要對象,也可以通過放大光圈來獲得淺景深(使對象周圍的一切變得模糊)。

我們也可以縮小鏡頭的光圈,當鏡頭光圈縮小至一定程度時,會產生稱為「衍射」的光學現象。衍射有效地降低了解析度,也消除了莫爾條紋。雖然我個人會避免這樣做,但如果因為某種原因不能改變拍攝對象距離或調整視角,這種技術非常有效。

如何在後期消除摩爾紋和偽色現象?

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如果您已經有了一個些具有摩爾紋的圖像,那我們現在唯一能做的就是通過後期處理來得到有效的解決。有很多方法可以做到這一點,但在這裡我將以最快的方式瞭解如何在Photoshop中刪除莫摩爾紋,同時儘量保留圖像質量。

步驟1:刪除偽色

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一旦我們在Photoshop中打開帶有摩爾紋的照片,我們要做的第一件事就是選擇包含摩爾紋的整個區域。您可以使用不同的工具來完成此任務,在這裡我使用磁性套索工具,加上快速蒙版模式。

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現在使用滴管工具(「I」快捷方式)選擇前景顏色,確保從被選中區的進行顏色採樣。接下來,創建一個空白圖層,然後在混合選項下選擇顏色。

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選擇新圖層後,轉到編輯>填充(Shift + F5),使用「前景顏色」進行填充。上面的步驟所做的是,用包含偽色的織物相同或相似的顏色來繪製所選區域。這樣,就可以完全去除織物上的偽色,因為圖層混合模式被設置為「顏色」。

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注意:如果面料的顏色變化或看起來不一樣,試著回到顏色採樣,選擇一種稍微不同的顏色變化,更接近整個面料的顏色。

步驟2:刪除摩爾紋

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這部分比第一部分複雜得多,可能需要進行一些調整才能得到最好的效果。首先,通過點擊圖層正前方的眼睛隱藏之前創建的偽色調整圖層。確保選中的區域保持選中狀態。現在選擇原始圖像並創建另一層,轉到圖層>新建>圖層,再次將「模式」設置為「顏色」。再一次,進入編輯>填充(Shift + F5),但這次在內容選擇下使用「白色」。現在選中的部分應該是黑白的,帶有線條和圖案的亮度通道。

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同樣,再次點擊原始圖像,進入圖層>新調整圖層>色相/飽和度。在面板的正上方,您應該看到「調整」面板。

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選擇「色調/飽和度」圖層後,開始用鼠標調整「色調」水平。慢慢地移動到左邊或右邊,觀察問題區域。從中選出使效果最小化的值。對於這張特殊的圖片,色相值「-100」給出了最佳的效果。接下來,對「飽和度」做同樣的操作,從左到右慢慢移動滑塊。同樣,您將發現極值將使摩爾紋更加可見。在此我將「飽和度」設置為「-100」給予了我最佳的效果。

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最後一步是點擊之前的偽色調整圖層前面的小眼睛。這將使該圖層可見,正常的織物顏色會回到圖像中來,隨後合併所有圖層即可。

雖然通過後期處理可以極大的緩解或消除這些偽像,但是我們仍要在拍攝時儘可能的避免。如果圖像中出現較為嚴重的偽像,即使是後期處理也難以得到想要的效果。

結語

未來相機的發展焦點正在轉向沒有低通濾鏡的方向,因為人們越來越期望更高的解析度。然而,正確的選擇完全取決於個人的偏好,以及對創作的需求!

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