紫邊

紫邊

紫邊是指數位相機在拍攝取物過程中由於被攝物體反差較大,在高光與低光部位交界處出現的色斑的現象,其與相機鏡頭的色散等有關。

基本介紹

  • 中文名:紫邊
  • 外文名:purple side
  • 關聯1相機鏡頭的色散
  • 關聯2CCD成像面積過小
  • 關聯3:相機內部的信號處理算法
成因,解決方法,

成因

紫邊出現的原因與相機鏡頭的色散、CCD成像面積過小(成像單元密度大)、相機內部的信號處理算法等有關。
紫邊現象是所有數位相機的“通病”,需要長期改善。
(一)“紫邊”問題的出現
使用數位相機或者數碼攝像機,可能常常會發現,在拍攝高反差大背光物體的照片中,物體邊緣出現了刺眼的“紫邊”,這一點,幾乎絕大部分DC和DV都存在此問題,無一倖免,差別只是程度問題,有的格外嚴重有的程度稍輕。
(二)爭論和解釋
這個困擾大家N長時間的問題,想解決它,就首先得弄清楚問題產生的根源到底在哪兒,罪魁禍首到底是誰?
百花齊放百家爭鳴,各種各樣的解釋出現了,有的說是鏡頭質量問題,有的說是光學色散問題,有的說是軟體算法問題,各持一詞,莫衷一是,每一種說法,聽起來都有點道理,但又不能完美的解釋所有的現象和問題。你說是鏡頭問題吧,那傳統銀鹽膠捲相機上卻從來沒有出現此類問題,哪怕是100多元塑膠鏡頭的Tom相機;你說是光學色散問題吧,色散的表現又不是這個樣子的,很勉強;你說是軟體算法問題吧,有點道理,可似乎不是根本原因,算法問題不至於這么難以解決。
開始,我也很迷惑,當時,在dpreivew(可以算是數碼攝影器材第一權威網站了吧)上看到了PhilAsky對紫邊的定義和解釋——ChromaticAberration(色差),乍一看很有道理,可是問題是為什麼只有DC。DV才有這個問題,Phil的解釋沒能解答這個問題。慢慢地,隨著對DC、DV成像原理的深入了解,尤其是PMA2002上Foveon公司的X3CMOS技術的提示,我發現Phil的解釋可以說是誤入歧途。
ChromaticAberration(色差),有著很清晰的定義,就是鏡頭光學上的誤差,原理上簡單說,鏡頭成像因為光或者其他輻射的波長不同而變化的一種光學缺陷,色差有兩種,一種是AxialChromaticAberration,另一種是TransverseChromaticAberration,都會導致白光“分散”成光斑或者彩虹狀的光邊。具體體現在照片上,就是影像的邊緣原本是單純白色,因為色差而變成RGB三原色不能重疊在同一線。
從現象上來說,ChromaticAberration可以解釋紫邊問題,但是ChromaticAberration說不能解釋的是,為何採用同樣的鏡頭,DC/DV和傳統銀鹽相機相比會有截然不同地表現。
(三)抓出“紫邊”的真兇
其實,DC/DV上出現的紫邊現象,正確的理解,根源原因有如下兩點:
1。衍射
2。Mosaic遮罩濾鏡式CCD的彩色插值
這兩點,衍射是導火索,真兇是CCD!
就這兩點挨個分析:
衍射,學過大學普通物理-光學的都明白,一種光波的基本特性,其理論基礎是——光線是一種波,有一定的波長。
當光線通過一些小孔或者窄縫時,在物體的邊緣出現的光波分散現象。由此可得,高反差大背光景物,當強光通過其邊緣時,就已經產生了衍射現象(顏色化邊),然後才會經過鏡頭成像。所以,把出現顏色花邊歸罪於鏡頭品質是錯誤的。
但是同樣的光學衍射,為什麼偏偏在DC/DV上變成了刺眼的紫邊呢?
其實,與其叫做紫邊,科學的來說,應該叫做洋紅邊,HEhe,通過Photoshop中對“紫邊”的色彩分析,可以發現,大部分紫邊的主要構成就是洋紅(Magenta,CMYK四色之一),這些紫邊(抑或洋紅邊)到底如何出現的呢?
——紫邊,是由於高反差大背光靜物邊緣,產生光學衍射,加上DC/DV的CCD在色彩插值時的固有缺陷造成!
分析現在現在的CCD(除了FoveonX3CMOS)都是Mosaic遮罩式,CCD本身不感知色彩,透過CCD每個象素前面的RGB(或者CYGM)濾鏡,一個象素只測R,G,B其中一種原色的密度,再由相機內部軟體進行彩色化插值處理,利用周邊象素信息“猜測”插值出其他顏色。(詳細的CCD成像原理不是這篇文章的重點,感興趣的可以參考其他專業文章論述),注意!產生紫邊的關鍵點就在這個彩色插值過程中!這個插值過程並不可能完全反映真實的色彩分布(就紫邊而言就是那部分邊緣產生的衍射部分),相機里的算法只能通過周邊的象素“推測”出真正的全色分布,這也造成了邊緣不清晰,色彩干擾等一系列問題,也產生了刺眼的紫邊
也許你會問了,那為什麼色彩“推測”式插值後,產生的不是綠邊,黃邊,黑邊,而是紫邊呢?根據對MosaicCCD的GRGB濾鏡的分析,濾鏡的排列方式一般都是BayerBattern,
RGRGRGRG
GBGBGBGB
RGRGRGRG
GBGBGBGB
RGRGRGRG
可以看出,而由於彩色插值“推測式”算法,R+B時最容易推測出來的——就是Magenta洋紅,就是大部分紫邊的主色;另外,還有一大堆的G,B什麼地組合,實際檢驗高反差大背光景物照片發現,除了紫邊,還有蘭邊,還有同一個衍射邊緣,同時出現藍和洋紅等色邊……按照我的分析,應該是各個相機的具體插值算法差異。這一點可以在Phil的網站上各個相機的評測中,都有專門對紫邊的測試中看出,沒有一個是沒有一長色邊的,有的是紫邊,改進了,就成了肉眼不恨敏感的蘭邊什麼的……
事實上,從DV上也可以看出,單CCDDV,出現紫邊的幾率不比DC低,但是高端的3CCDDV,由於RGB三色分色處理,無需色彩插值,因此,3CCDDV上,就壓根沒了紫邊問題。
(四)結論
從上面的分析可以得出,紫邊問題完全是MosaicCCD在處理衍射邊緣時彩色插值算法的固有缺陷造成。在高背光物體邊緣,物體邊緣的光線會產生衍射,在膠片上反映為邊緣質素降低而在MosaicCCD成像的DC、DV上,更會因為“猜測”性插值的簡單粗暴化特性出現洋紅或者藍色的異常色邊,肉眼整體看來,效果就是紫邊了。
所以,我們可以得出結論——不根本改變目前的Mosaic遮罩式CCD,“紫邊”的問題永遠不可能從根本上解決,但是,可以通過改進插值算法,使"紫邊"顯現起來讓肉眼不那么敏感(這就是各個相機廠家的功力了,這也可以說明為什麼CanonG1和G2同樣用一款鏡頭,而G1紫邊較嚴重,G2就有很大改進幾乎看不出來(變成了淺藍色、灰色邊)——軟體算法改進了嘛)

解決方法


根本解決在DC/DV上的紫邊問題,就要革單MosaicCCD的命——要么就用3CCD分別處理,要么……
欣慰的是,Foveon的X3CMOS,革命性的徹底改變了傳統的CCD的Mosaic遮罩方式,也從根源上使得紫邊問題永遠不會發生(因為X3CMOS每一個象素色彩都是真實感應而不存在一星半點的插值和“猜測”)。
就目前的DC/DV而言,沒有治本的良方,但可以治標,拍攝時就注意避免高反差大背光景物,要不就閃光燈什麼地補點光降低些反差。要么就後期通過Photoshop,針對紫邊中的洋紅色進行替換處理。
照片紫邊案例照片紫邊案例
紫邊

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