紫边出现的原因与相机镜头的色散、CCD成像面积过小(成像单元密度大)、相机内部的信号处理算法等
紫边现象是所有数码相机的“通病”,需要长期改善。
(1)“紫边”问题的出现
使用数码相机或者数码摄像机,可能常常会发现,在拍摄高反差大背光物体的照片中,物体边缘出现了刺眼的“紫边”,这一点,几乎绝大部分DC和DV都存在此问题,无一幸免,差别只是程度问题,有的格外严重有的程度稍轻。
(2)争论和解释
这个困扰大家N长时间的问题,想解决它,就首先得弄清楚问题产生的根源到底在哪儿,罪魁祸首到底是谁?
百花齐放百家争鸣,各种各样的解释出现了,有的说是镜头质量问题,有的说是光学色散问题,有的说是软件算法问题,各持一词,莫衷一是,每一种说法,听起来都有点道理,但又不能完美的解释所有的现象和问题。你说是镜头问题吧,那传统银盐胶卷相机上却从来没有出现此类问题,哪怕是100多元塑料镜头的Tom相机;你说是光学色散问题吧,色散的表现又不是这个样子的,很勉强;你说是软件算法问题吧,有点道理,可似乎不是根本原因,算法问题不至于这么难以解决。
开始,我也很迷惑,当时,在dpreivew(可以算是数码摄影器材第一权威网站了吧)上看到了PhilAsky对紫边的定义和解释——ChromaticAberration(色差),乍一看很有道理,可是问题是为什么只有DC。DV才有这个问题,Phil的解释没能解答这个问题。慢慢地,随着对DC、DV成像原理的深入了解,尤其是PMA2002上Foveon公司的X3CMOS技术的提示,我发现Phil的解释可以说是误入歧途。
ChromaticAberration(色差),有着很清晰的定义,就是镜头光学上的误差,原理上简单说,镜头成像因为光或者其他辐射的波长不同而变化的一种光学缺陷,色差有两种,一种是AxialChromaticAberration,另一种是TransverseChromaticAberration,都会导致白光“分散”成光斑或者彩虹状的光边。具体体现在照片上,就是影像的边缘原本是单纯白色,因为色差而变成RGB三原色不能重叠在同一线。
从现象上来说,ChromaticAberration可以解释紫边问题,但是ChromaticAberration说不能解释的是,为何采用同样的镜头,DC/DV和传统银盐相机相比会有截然不同地表现。
(3)抓出“紫边”的真凶
其实,DC/DV上出现的紫边现象,正确的理解,根源原因有如下两点:
1、衍射
2、Mosaic遮罩滤镜式CCD的彩色插值这两点,衍射是导火索,真凶是CCD!
就这两点挨个分析:衍射,学过大学普通物理-光学的都明白,一种光波的基本特性,其理论基础是——光线是一种波,有一定的波长。当光线通过一些小孔或者窄缝时,在物体的边缘出现的光波分散现象。
由此可得,高反差大背光景物,当强光通过其边缘时,就已经产生了衍射现象(颜色化边),然后才会经过镜头成像。所以,把出现颜色花边归罪于镜头品质是错误的。但是同样的光学衍射,为什么偏偏在DC/DV上变成了刺眼的紫边呢?
其实,与其叫做紫边,科学的来说,应该叫做洋红边,HEhe,通过Photoshop中对“紫边”的色彩分析,可以发现,大部分紫边的主要构成就是洋红(Magenta,CMYK四色之一),这些紫边(抑或洋红边)到底如何出现的呢?
——紫边,是由于高反差大背光静物边缘,产生光学衍射,加上DC/DV的CCD在色彩插值时的固有缺陷造成!
分析现在现在的CCD(除了FoveonX3CMOS)都是Mosaic遮罩式,CCD本身不感知色彩,透过CCD每个象素前面的RGB(或者CYGM)滤镜,一个象素只测R,G,B其中一种原色的密度,再由相机内部软件进行彩色化插值处理,利用周边象素信息“猜测”插值出其他颜色。(详细的CCD成像原理不是这篇文章的重点,感兴趣的可以参考其他专业文章论述),注意!产生紫边的关键点就在这个彩色插值过程中!这个插值过程并不可能完全反映真实的色彩分布(就紫边而言就是那部分边缘产生的衍射部分),相机里的算法只能通过周边的象素“推测”出真正的全色分布,这也造成了边缘不清晰,色彩干扰等一系列问题,也产生了刺眼的紫边
也许你会问了,那为什么色彩“推测”式插值后,产生的不是绿边,黄边,黑边,而是紫边呢?根据对MosaicCCD的GRGB滤镜的分析,滤镜的排列方式一般都是BayerBattern,
RGRGRGRG
GBGBGBGB
RGRGRGRG
GBGBGBGB
RGRGRGRG
可以看出,而由于彩色插值“推测式”算法,R+B时最容易推测出来的——就是Magenta洋红,就是大部分紫边的主色;另外,还有一大堆的G,B什么地组合,实际检验高反差大背光景物照片发现,除了紫边,还有兰边,还有同一个衍射边缘,同时出现蓝和洋红等色边……按照我的分析,应该是各个相机的具体插值算法差异。这一点可以在Phil的网站上各个相机的评测中,都有专门对紫边的测试中看出,没有一个是没有一长色边的,有的是紫边,改进了,就成了肉眼不恨敏感的兰边什么的……
事实上,从DV上也可以看出,单CCDDV,出现紫边的几率不比DC低,但是高端的3CCDDV,由于RGB三色分色处理,无需色彩插值,因此,3CCDDV上,就压根没了紫边问题。
(4)结论
从上面的分析可以得出,紫边问题完全是MosaicCCD在处理衍射边缘时彩色插值算法的固有缺陷造成。在高背光物体边缘,物体边缘的光线会产生衍射,在胶片上反映为边缘质素降低而在MosaicCCD成像的DC、DV上,更会因为“猜测”性插值的简单粗暴化特性出现洋红或者蓝色的异常色边,肉眼整体看来,效果就是紫边了。
所以,我们可以得出结论——不根本改变目前的Mosaic遮罩式CCD,“紫边”的问题永远不可能从根本上解决,但是,可以通过改进插值算法,使"紫边"显现起来让肉眼不那么敏感(这就是各个相机厂家的功力了,这也可以说明为什么CanonG1和G2同样用一款镜头,而G1紫边较严重,G2就有很大改进几乎看不出来(变成了浅蓝色、灰色边)——软件算法改进了嘛)
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