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圖像處理
新聞詳情

摩爾紋 Moire effects

發(fā)布時間:2019-09-12 11:07:26 最后更新:2020-11-23 14:48:36 瀏覽次數(shù):8077

在這些瑕疵之中,使用者最常遇到的就是利用數(shù)位相機(jī)拍攝的過程中,如果有密布的紋理出現(xiàn)在畫面中(下圖),例如:牛仔或卡其布面等;拍照後審視數(shù)位照片會出現(xiàn)原先肉眼所沒發(fā)現(xiàn)的水波樣條紋,這就是『摩爾紋』!除此之外,摩爾紋也會出現(xiàn)在密布欄桿、屋頂波浪板以及其他同等重復(fù)密度的物體景物中。

 

由於摩爾紋可以說是只有數(shù)位相機(jī)才有特有瑕疵,因此有必要徹底了解摩爾紋產(chǎn)生的原因。為何摩爾紋會出現(xiàn)在數(shù)位影像,卻不會出現(xiàn)在底片上,就必須先從認(rèn)識底片與CCD基本構(gòu)造不同開始。簡單的說,由於底片上密布了亂數(shù)分布之均勻感光粒子,因此可以將其視為一個完整的感光平面;CCD和CMOS 則全然不同、那是一個完整地、排列整齊的電子感光原件『矩陣』。同學(xué)也可以這樣想像,你無法確定每一張底片上究竟有多少感光粒子,可能有一千萬、也可以是一千一百萬,大體是維持在這樣的平均數(shù)之中;但對於CCD來說,標(biāo)準(zhǔn)的三百萬畫素就是 2048X1536 個『Pixel』,你每一次按下快門拍照,絕不可能多一個或少一個畫素。

 

正由於 CCD 分布是如此的規(guī)律,所以你可以了解如果是拍攝一組同樣條理分明的密集線條,例如:上圖中的黑白相間的Bars,如果 Bars 的密度低於 CCD 間格的密度,當(dāng)然拍出的影像是『條條皆清楚』(左圖);反過來說,如果 Bar 的密度遠(yuǎn)高於 CCD 的間格,那么數(shù)位相機(jī)就會將其換算成一整片的『灰』色(圖中)。可是如果 Bar 的密度恰好介於CCD可以分辨的間格之中(理論差值約為 1/2 Pixel / 圖右),那么無可避免的數(shù)位相機(jī)還是會解讀出部分可以辨識的結(jié)果,卻也會加上不能辨識的灰階地帶,兩者的和就會形成規(guī)律性的紋路,而反應(yīng)在視覺上就是周期性的波紋。


很多同學(xué)問 究竟『Moire 』摩爾是何許人也?這個現(xiàn)象是為了紀(jì)念他而命名的嗎?這其實是一個誤解,Moire 原出自法文,1570 年前後被用來描述安哥拉山地羊毛特殊的織布,也有引伸為規(guī)則紋路的意思、一直到 1823 年這個字被用來說明規(guī)則『波紋』的形容詞。因此,當(dāng)我們使用『摩爾紋』這個字時,其實就是講『波浪紋』的意思。時至今日,摩爾紋已經(jīng)可以精確地利用數(shù)學(xué)公式加以推算出來(見上圖);而除了布料之外,電腦螢?zāi)换螂娨曉陲@示密集條紋也會出現(xiàn)摩爾紋、甚至如果你將數(shù)位相機(jī)對準(zhǔn)電視螢?zāi)灰苑谴怪钡慕嵌扰臄z,你也會發(fā)現(xiàn)摩爾紋的存在。

假色與偽色(False Color)

Moire effects 通常用來描述單色(黑白)照片所出現(xiàn)波浪紋現(xiàn)象;這個現(xiàn)象當(dāng)然也會出現(xiàn)在彩色照片之中,特別是在密度相對較高或是空間對比很大的地方,這會使得原本應(yīng)該是色調(diào)相同之處,卻會在數(shù)位相機(jī)拍照之後,出現(xiàn)奇怪、非自然的顏色(見下圖),例如:人的眼睫毛或是牛仔布料上、也是日本攝影界常稱的『假色』或『偽色』的現(xiàn)象。


『偽色』的形成除了 摩爾效應(yīng)之外,感光器的三原色RGB色塊排列也要付很大一部分責(zé)任。這是因為在顏色取樣的同時,因為空間差而沒有取樣到的顏色,數(shù)位相機(jī)中的影響處理引擎仍會按照 CCD 色塊的順序排列(RGB),試圖為每一個畫素去分配應(yīng)有的顏色。這種情況在大量色塊均勻分布時是正確的處理程序??墒怯龅酵怀霾炕蛭⒓?xì)構(gòu)造時,這樣的顏色換算往往會出現(xiàn)錯誤而產(chǎn)生偽色。


數(shù)位相機(jī)的影像處理引擎,必須額外算出 50%的 Green + 75%的 Blue +  75%的 Red 

這些依靠計算得來的顏色,依統(tǒng)計學(xué)來說大至與自然分布相同,卻也有例外的時候,這時候就會產(chǎn)生『偽色』。

為什么不用『摩爾色』而用『偽色』或『假色』呢?因為這個現(xiàn)象除了,摩爾效應(yīng)、CCD 設(shè)計之外,也有可能是鏡頭的像差所造成的。相機(jī)的設(shè)計者很難單從發(fā)生在畫像周邊的偽色現(xiàn)象推斷出究竟是從鏡頭到CCD中哪一個環(huán)節(jié)出了問題,再檢查這一類問題時必須重復(fù)考慮因為鏡片組合中折射率的不同,而發(fā)生在焦點(diǎn)光軸上的色散現(xiàn)象、高低空間頻率所發(fā)生的誤差、甚至是影像感光器中可能的電荷泄漏發(fā)生等、各種各樣的原因。 

消除摩爾紋

摩爾紋可以消除嗎?答案是肯定,最簡單的方法就是使數(shù)位相機(jī)的解像力小於感光物件的空間頻率,使其成為『灰階』化即可。這個方法可以透過『軟體』與『硬體』兩種方法做到。『軟體』的部分主要是利用影像後制為主;硬體的部分,則可以使用鏡前濾光鏡(見下圖左)專門消除 Moire effects,這種濾鏡共有四個等級 4.0、5.6、8.0 與 11.0 級數(shù)越高者,可以呈現(xiàn)出更銳利的影像。

 

另一種方式就是將這片濾光鏡直接安裝在 CCD 的前面,使其曝光條件滿足空間頻率,影像中就不會出現(xiàn)摩爾紋。大量的數(shù)位相機(jī)與 DSLR 的 CCD 前安裝有低通道過濾器,Canon EOS 30D 甚至安裝了三組低通道濾片(因其CMOS 開口率較大故需要更佳的濾除效果)。透過這種方式,徹底過濾影像中高空間頻率部分,減少摩爾紋發(fā)生的機(jī)會,但這也會同步降低影像的銳利度。 

『紫邊問題』- Purple Fringe

為什么 Mr.OH! 稱:『紫邊問題(Purple Fringe)』,而不是『紫邊效應(yīng)』呢?這是因為這個問題的發(fā)生,擁有好幾種說法,目前比較廣為接受的就是『鏡頭色散』與『CCD顏色插值』運(yùn)算之問題。這個問題的發(fā)生在於拍攝高反差的景物時,例如:背光環(huán)境(下圖),在明暗交界的邊緣部分會出現(xiàn)異常的紫色。


這個問題,同樣也會發(fā)生在當(dāng)你使用內(nèi)建閃光燈在室內(nèi)拍攝鍍鉻或鏡面物體時強(qiáng)烈反光中,也可以看到這樣的問題。嚴(yán)格來說,紫邊實際上是洋紅色(Magenta),這給了主張紫邊問題的產(chǎn)生,取決於數(shù)位相機(jī)CCD在色彩插值運(yùn)算過程中,因藍(lán)B、R紅兩色混合誤差而產(chǎn)生有力的證據(jù)。另一派色散(Chromaticaberration)的說法,則舉出固有鏡片會對不同波長光波產(chǎn)生色散的例子來說明,紫邊的問題(見下圖)。這個說法最大的矛盾,在於傳統(tǒng)底片時代同樣的鏡頭卻鮮少發(fā)生紫邊問題。因此,很多解釋通常會給鏡頭和CCD 各打五十大扳!

 

減輕和消除攝影中的摩爾紋影響

1、改變相機(jī)角度。由于相機(jī)與物體的角度會導(dǎo)致摩爾波紋,稍微改變相機(jī)的角度(通過旋轉(zhuǎn)相機(jī))可以消除或改變存在的任何摩爾波紋。

2、改變相機(jī)位置。此外,通過左右或上下移動來改變角度關(guān)系,可以減少摩爾波紋。

3、改變焦點(diǎn)。細(xì)致圖樣上過于清晰的焦點(diǎn)和高度細(xì)節(jié)可能會導(dǎo)致摩爾波紋,稍微改變焦點(diǎn)可改變清晰度,進(jìn)而幫助消除摩爾波紋。

4、改變鏡頭焦長??捎貌煌溺R頭或焦長設(shè)定,來改變或消除摩爾波紋。

5、用軟件處理。如NikonCapture或Photoshop插件等,消除最終影像上出現(xiàn)的任何摩爾波紋。但無法還原原來細(xì)節(jié)。
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