低通滤镜

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近年来,相机领域出现了诸多惊人的升级,从高感性能到宽容度,甚至一些相机也加入了强悍的视频功能。然而,尽管有了这些进步,在过去十年来仍有一个难以解决的业内分歧,那就是低通滤镜。大部分相机都有,但也有一些没有,两大阵营的“信仰者”唯一清楚的是这个问题还远未解决。
随着一些厂商将取消低通滤镜作为卖点,越来越多的摄影师开始关注这个话题。同时,也都在思考着,如何让低通滤镜对画质的影响做出权衡。但在我们讨论这个问题之前,我们需要系统的了解低通滤镜的应用及原理。
什么是低通滤镜?

当您拍摄的主题包含许多较复杂的小图案或重复的线条时,相机传感器可能无法很好地进行识别,并在最终的图像中产生本不需要的波浪形式伪像,极大的降低了图像的质量。这是在时尚人像和产品广告,以及建筑或风光摄影中普遍面临的问题,我们通常称之为摩尔纹效应。
在图像传感器前放置低通滤镜的目的是消除数字成像过程中固有的摩尔纹和伪色。大多数数码相机中使用的传统拜耳阵列传感器受这些伪像影响最大,因为拜耳阵列需要来自多个像素的数据,才能在每个像素点生成全彩。
拜耳阵列与伪像(摩尔纹,伪色)

数码相机使用数以百万计的光电二极管阵列来记录图像。当我们按下相机的快门按钮,曝光开始时,每一个光电二极管都开始收集光线,并以电信号的形式储存起来。一旦曝光结束,相机就会关闭每一个感光点,然后通过测量电信号的强度来评估有多少光。然后将信号量化为数字值,其精度由位深决定。然而,上面的方式只会创建灰度图像,因为这些光电二极管无法区分每种颜色的数量。

为了捕捉彩色图像,必须在每个只允许特定颜色的光电二极管上放置一个过滤器,以此让每个光电二极管只捕捉三种基色中的一种,因此它们会丢弃大约2/3的入射光。相机必须近似其他两个原色,以便在每个像素处都有全彩。最常见的颜色过滤器阵列类型称为“拜耳阵列”。
什么是拜耳阵列?

拜耳阵列由红绿蓝交替排列的过滤器组成。注意拜耳阵列中绿色传感器的数量是红色或蓝色传感器的两倍。由于人眼对绿光比红光和蓝光更敏感,所以每种基色在总面积中所占的比例并不相同。与绿色像素的冗余相比,如果对每种颜色都进行同等处理,生成的图像的噪点更小,细节更细。这也解释了为什么绿色通道中的噪点比其他两种原色小得多。

拜耳“解码器”是将拜耳原色阵列转换成最终图像的过程,其中包含每个像素的全色信息。理解这一点的一种方法是将每个由红、绿和蓝组成的2×2阵列看作一个单一的全彩色腔。

如果相机将每个2×2阵列中的所有颜色都视为降落在同一个位置,那么它在水平和垂直方向上只能达到一半的分辨率。另一方面,如果一台相机使用多个重叠的2×2阵列计算颜色,那么它可以获得比一组2×2阵列更高的分辨率。下面结合重叠的2×2阵列可以提取更多的图像信息。
摩尔纹与伪色的产生:

大多数相机都使用拜耳像素阵列,算法对传感器数据进行插值,以获得每个图像像素的特定颜色,当图像中的图案与传感器本身的像素阵列大致相同时,主体上的真实图案将和传感器像素阵列的重叠,产生了在现实世界中不存在的第三图案,即我们所说的摩尔纹。

然后拜耳阵列通过将其插入奇数颜色使事情变得更糟,不仅创造了暗和亮的图案(摩尔纹),而且还创造了重复的颜色,即我们所说的伪色。
低通滤镜如何解决这些伪像?

低通滤镜通过将光分散到几个像素上来减少摩尔纹的产生。其实,本质上是模糊图像让它们没有传感器上像素的排列那么详细,从而使两个图案不匹配。

典型的低通滤镜由三个部分组成:第一层是水平方向上的微位移图像,第二层是消除不必要的红外辐射,第三层是垂直方向上的微位移图像。这使得低通滤镜可以像素级的模糊图像的精细细节,减少了摩尔纹和伪影,但它也降低了像素级的清晰度。
低通滤镜的行业划分:

在普通消费者层面,几乎所有面向消费者的相机都包含低通滤镜。这并不奇怪,普通摄影师想要拍摄,然后打印或上传。低通滤镜留下的图像虽然会失去精细的细节,但是在经过相机的机内锐化后,作为JPEG输出就足够了。相反,带有摩尔纹和伪色的图像是不可接受的。
在高端市场上,大多数的数码相机都未使用低通滤镜。这一点也不奇怪,因为在很大程度上专业摄影师希望为高端客户寻求最高图像质量。当然,代价是摩尔纹和其他工件需要在后期制作中进行校正。但是一个完整的后期编辑过程对于大多数专业摄影师来说是司空见惯的。
低通滤镜的未来

未来可能会有多种方法来解决这一困境。首先,随着传感器像素的不断增加,低通滤镜的使用将不那么重要。尽管厂商对像素的竞争已经放缓,但一些专业相机现在已经进入到了半亿像素领域,而在这一领域之内,几乎所有的相机都没有使用低通滤镜。
另一方面,低通滤镜带来的问题不是源自于它本身。正如我们所看到的,低通滤镜解决了一个问题,但引发了另一个问题。它们本质上是一种变通方法,而更大的问题是拜耳传感器的设计。尽管使用这种设计已经取得了令人惊叹的成就,但其固有的弱点造成了这种困境,拜耳阵列也并不是制造传感器的唯一方法。

例如,适马的相机多年来一直使用另一种叫做Foveon传感器的设计,它不是单一的传感器层,而是使用三层来捕捉光线,每一层对应一个颜色通道。由于传感器的独特设计,颜色呈现出独特的外观。对于此,有它的批评者,但也有它的忠实粉丝。
随着这些替代技术的不断成熟,未来更多的相机制造商会提供不带低通滤镜的相机。无论如何,随着行业中所有其他创新的发展,很高兴看到传感器设计和图像质量不被忽视,摄影师可以期待一个提供两全其美的未来。
如何避免摩尔纹和伪色现象?

不管未来相机的发展如何,我们目前还是主要应对当前的拍摄。并且我们仍要注意,低通滤镜可以缓解或消除摩尔纹和伪色,但并不是所有场景都可以获得一个绝佳效果。我们仍然需要摄影师根据内容通过技术手段,适当的避免这些伪像。
更改拍摄对象距离或角度:

如果图像中出现可见摩尔纹,您可以改变与拍摄对象的物理距离,也可以放大焦距。当我们这样做时,纹理频率下降(因为它相对于传感器变大)然后传感器很容易解析图像,因为纹理不再超过它的分辨率。我们也可以改变拍摄的角度,这几乎可以消除所有摩尔纹的产生,但是这两点也都意味着构图会产生一定的改变。
控制光圈与散景:

将焦点调整到不同的区域,使焦点稍微偏离图案。虽然这并不太实用,但是散景将有效消除摩尔纹。如果产生的摩尔纹不是图像的主要对象,也可以通过放大光圈来获得浅景深(使对象周围的一切变得模糊)。
我们也可以缩小镜头的光圈,当镜头光圈缩小至一定程度时,会产生称为“衍射”的光学现象。衍射有效地降低了分辨率,也消除了莫尔条纹。虽然我个人会避免这样做,但如果因为某种原因不能改变拍摄对象距离或调整视角,这种技术非常有效。
如何在后期消除摩尔纹和伪色现象?

如果您已经有了一个些具有摩尔纹的图像,那我们现在唯一能做的就是通过后期处理来得到有效的解决。有很多方法可以做到这一点,但在这里我将以最快的方式了解如何在Photoshop中删除莫摩尔纹,同时尽量保留图像质量。
步骤1:删除伪色

一旦我们在Photoshop中打开带有摩尔纹的照片,我们要做的第一件事就是选择包含摩尔纹的整个区域。您可以使用不同的工具来完成此任务,在这里我使用磁性套索工具,加上快速蒙版模式。

现在使用滴管工具(“I”快捷方式)选择前景颜色,确保从被选中区的进行颜色采样。接下来,创建一个空白图层,然后在混合选项下选择颜色。

选择新图层后,转到编辑>填充(Shift + F5),使用“前景颜色”进行填充。上面的步骤所做的是,用包含伪色的织物相同或相似的颜色来绘制所选区域。这样,就可以完全去除织物上的伪色,因为图层混合模式被设置为“颜色”。

注意:如果面料的颜色变化或看起来不一样,试着回到颜色采样,选择一种稍微不同的颜色变化,更接近整个面料的颜色。
步骤2:删除摩尔纹

这部分比第一部分复杂得多,可能需要进行一些调整才能得到最好的效果。首先,通过点击图层正前方的眼睛隐藏之前创建的伪色调整图层。确保选中的区域保持选中状态。现在选择原始图像并创建另一层,转到图层>新建>图层,再次将“模式”设置为“颜色”。再一次,进入编辑>填充(Shift + F5),但这次在内容选择下使用“白色”。现在选中的部分应该是黑白的,带有线条和图案的亮度通道。

同样,再次点击原始图像,进入图层>新调整图层>色相/饱和度。在面板的正上方,您应该看到“调整”面板。

选择“色调/饱和度”图层后,开始用鼠标调整“色调”水平。慢慢地移动到左边或右边,观察问题区域。从中选出使效果最小化的值。对于这张特殊的图片,色相值“-100”给出了最佳的效果。接下来,对“饱和度”做同样的操作,从左到右慢慢移动滑块。同样,您将发现极值将使摩尔纹更加可见。在此我将“饱和度”设置为“-100”给予了我最佳的效果。

最后一步是点击之前的伪色调整图层前面的小眼睛。这将使该图层可见,正常的织物颜色会回到图像中来,随后合并所有图层即可。
虽然通过后期处理可以极大的缓解或消除这些伪像,但是我们仍要在拍摄时尽可能的避免。如果图像中出现较为严重的伪像,即使是后期处理也难以得到想要的效果。
结语

未来相机的发展焦点正在转向没有低通滤镜的方向,因为人们越来越期望更高的分辨率。然而,正确的选择完全取决于个人的偏好,以及对创作的需求!
这里是巨人摄影,摄影爱好者心中的“哈佛”,感谢您的关注

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