Mr.OH! 數位講座 - 第29講 數位相機的缺陷:摩爾紋、偽色與紫邊效應 / 數位影像坊
Mr. OH!主述ANAN 策劃 / 編輯 |
||
許多傳統 攝影師一直抗拒影像被數位科技所取代,這種類似在音響世界裡喜愛真空管放大器產生溫暖滑潤的聲音,而從心底層面排斥生冷的電晶體設備一樣的情緒,其實也反映在人們 從習慣傳統銀鹽底片色調,轉換應用僵硬的數 位影像之心理抗拒一般。面對數位影像除了純心理上的反感之外,更糟糕的是它們確實存在著無可避免的瑕疵,而使得傳統影像的堅持者更為義正嚴詞! 數位相機 CCD 的細部結構示意圖,藉由馬賽克色塊的分佈推算出每一個畫素的色彩含量(感謝柯達公司提供) 摩爾紋 Moiré effects
在這些瑕疵之中,使用者最常遇到的就是利用數位相機拍攝的過程中,如果有密佈的紋理出現在畫面中(下圖),例如:牛仔或卡其布面等;拍照後審視數位照片會出現原先肉眼所沒發現的水波樣條紋,這就是『摩爾紋』!除此之外,摩爾紋也會出現在密佈欄桿、屋頂波浪板以及其他同等重複密度的物體景物中。
由於摩爾紋可以說是隻有數位相機纔有特有瑕疵,因此有必要徹底瞭解摩爾紋產生的原因。為何摩爾紋會出現在數位影像,卻不會出現在底片上,就必須先從認識底片與CCD基本構造不同開始。簡單的說,由於底片上密佈了亂數分佈之均勻感光粒子,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』。同學也可以這樣想像,妳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之中;但對於CCD來說,標準的三百萬畫素就是 2048X1536 個『Pixel』,妳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 分佈是如此的規律,所以妳可以瞭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 的密度遠高於 CCD 的間格,那麼數位相機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),那麼無可避免的數位相機還是會解讀出部分可以辨識的結果,卻也會加上不能辨識的灰階地帶,兩者的和就會形成規律性的紋路,而反應在視覺上就是週期性的波紋。
很多同學問 Mr.OH! 究竟『Moiré 』摩爾是何許人也?這個現象是為了紀念他而命名的嗎?這其實是一個誤解,Moiré 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,也有引伸為規則紋路的意思、一直到 1823 年這個字被用來說明規則『波紋』的形容詞。因此,當我們使用『摩爾紋』這個字時,其實就是講『波浪紋』的意思。時至今日,摩爾紋已經可以精確地利用數學公式加以推算出來(見上圖);而除了布料之外,電腦螢幕或電視在顯示密集條紋也會出現摩爾紋、甚至如果你將數位相機對準電視螢幕以非垂直的角度拍攝,你也會發現摩爾紋的存在。
Moiré effects 通常用來描述單色(黑白)照片所出現波浪紋現象;這個現象當然也會出現在彩色照片之中,特別是在密度相對較高或是空間對比很大的地方,這會使得原本應該是色調相同之處,卻會在數位相機拍照之後,出現奇怪、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』的現象。
『偽色』的形成除了 摩爾效應之外,感光器的三原色RGB色塊排列也要付很大一部分責任。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,數位相機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有的顏色。這種情況在大量色塊均勻分佈時是正確的處理程序。可是遇到突出部或微細構造時,這樣的顏色換算往往會出現錯誤而產生偽色。 數位相機的影像處理引擎,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,依統計學來說大至與自然分佈相同,卻也有例外的時候,這時候就會產生『偽色』。 為什麼不用『摩爾色』而用『偽色』或『假色』呢?因為這個現象除了,摩爾效應、CCD 設計之外,也有可能是鏡頭的像差所造成的。相機的設計者很難單從發生在畫像周邊的偽色現象推斷出究竟是從鏡頭到CCD中哪一個環節出了問題,再檢查這一類問題時必須重複考慮因為鏡片組閤中折射率的不同,而發生在焦點光軸上的色散現象、高低空間頻率所發生的誤差、甚至是影像感光器中可能的電荷洩漏發生等、各種各樣的原因。
摩爾紋可以消除嗎?答案是肯定,最簡單的方法就是使數位相機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製為主;硬體的部分,則可以使用鏡前濾光鏡(見下圖左)專門消除 Moiré effects,這種濾鏡共有四個等級 4.0、5.6、8.0 與 11.0 級數越高者,可以呈現出更銳利的影像。
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,影像中就不會出現摩爾紋。大量的數位相機與 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,減少摩爾紋發生的機會,但這也會同步降低影像的銳利度。
為什麼 Mr.OH! 稱:『紫邊問題(Purple Fringe)』,而不是『紫邊效應』呢?這是因為這個問題的發生,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』運算之問題。這個問題的發生在於拍攝高反差的景物時,例如:背光環境(下圖),在明暗交界的邊緣部分會出現異常的紫色。
這個問題,同樣也會發生在當你使用內建閃光燈在室內拍攝鍍鉻或鏡面物體時強烈反光中,也可以看到這樣的問題。嚴格來說,紫邊實際上是洋紅色(Magenta),這給了主張紫邊問題的產生,取決於數位相機CCD在色彩插值運算過程中,因藍B、R紅兩色混合誤差而產生有力的證據。另一派色散(Chromatic aberration)的說法,則舉出固有鏡片會對不同波長光波產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,在於傳統底片時代同樣的鏡頭卻鮮少發生紫邊問題。因此,很多解釋通常會給鏡頭和CCD 各打五十大扳!
|
│數位影像坊│攝影家手札│DV哈燒網│KeyBuy買賣│圖庫│購物│芳香屋│自然寫真│登入 加入會員│
本網站內容之著作權屬於各原創作者, 任何部分均不得以任何形式或任何方式重製或轉載.
推薦閱讀: