低通滤镜对相机成像的影响

低通滤镜对于大部分的消费者来说是个生疏的名词,这是使用在数码相机上的一个元件,却很少成为关注的要点。但是今年来,以取消低通滤镜为卖点的数码相机越来越多,并且以高端相机居多,这使得大家的目光重新回到低通滤镜上。究竟低通滤镜对数码相机有着怎样的影响,今天和大家简单说说。

低通滤镜的影响
取消更锐利!谈低通滤镜对相机成像的影响

低通滤镜是安装在数码相机传感器前的一个特殊滤镜,主要的用途在于消除图像上的摩尔纹,但是使用低通滤镜会降低数码相机的成像锐度,这就是为什么最近推出的新品,都以取消低通滤镜为卖点进行宣传推广,因为无低通滤镜的数码相机,成像锐度更高。至于取消低通滤镜后对数码相机成像的影响如何,我们还要从摩尔纹说起。

摩尔纹

摩尔纹是感光元件上容易出现的一种高频干扰,会使图片出现彩色的高频率条纹。这种现象在拍摄规律排列的物体时尤为明显,比如说是织物上的纹理,平行线或是网状构造特别容易出现彩色水波纹。并且不规则出现。

摩尔纹
摩尔纹现象

我们知道,传统传感器的像素点中,RGB颜色规律分布,因此当被摄物体与成像元件上的图样相重叠时,就容易产生摩尔纹。这可以比喻为共振现象,将固有频率接近的两个物体放置一起震动,震动幅度会大幅度提高。同理,当被摄物体与成像元件像素排列的密度接近时,凸显的水波纹图样就变得非常明显了。

摩尔纹
不同空间频率物体叠加后的摩尔纹现象(图片来自互联网)

不同空间频率的规律物体叠加会产生摩尔纹效果,而数码相机上出现摩尔纹的情况,则是感光元件像素的空间频率与影像中条纹的空间频率接近时出现。这是镜头分辨率与传感器像素密度间接近时出现的情况,想要消除摩尔纹就要加大这两者之间的空间频率差,当镜头分辨率远小于感光元件的空间频率时,就可以完全消除摩尔纹,只是在目前情况下,无论镜头还是传感器技术都在飞速发展当中,传感器像素密度大幅度超越镜头分辨率的情况目前未能实现,完全消除摩尔纹也就不能实现了。为此,通过其他方法消除摩尔纹是大家关注的重点。

摩尔纹样张
高密度规律物体容易出现摩尔纹

减轻和消除摄影中的摩尔纹,除了我们通常了解的低通滤镜外,还有很多其他方法,包括:

1、改变相机角度。
2、改变相机位置。
3、改变焦点。
4、改变镜头焦长。
5、后期软件消除。

通过操作相机中的一些手段,可以一定程度地消除摩尔纹,但毕竟这些方法是为了迁就不产生摩尔纹而做的,所以肯定会影响到拍摄过程中的构图、对焦,后期处理也有损成像质量。如何在不影响拍摄的情况下消除摩尔纹,成为了技术人员要攻克的难题,低通滤镜这类使用多年的技术也就应运而生了。

 

2什么是低通滤镜回顶部

 

低通滤镜

低通滤镜是安装于传感器前方的一块特殊滤镜,其用途是消除影像中的高频部分,使得传感器的空间频率要高于拍摄物体,一定程度减缓摩尔纹的产生。在胶片时代,均匀分布在底片上的银盐颗粒并没有规则性,所以也就不存在摩尔纹的问题,镜头工艺不断提升,摩尔纹也不会出现在胶片照片上。

低通滤镜的影响
覆盖在传感器前的就是低通滤镜

低通滤镜作用是用于消除影像仲的高频部分,这话感觉太专业,有点难懂。通俗点说,就是通过低通滤镜,人为将镜头的分辨率表现降低少许,使得影像中的规律物体空间频率降低,与传感器像素间的空间频率拉开差距。前面说到镜头分辨率远低于传感器像素空间频率时,摩尔纹就不存在,低通滤镜的作用就是让这两个频率的差距变大,从而减缓摩尔纹的产生。

低通滤镜的影响
镜头素质提升难度大,使得厂商开始在低通滤镜上作文章

目前来看,镜头光学技术与传感器技术的推进并驾齐驱,因此高素质的镜头搭配高规格的传感器,很难避免摩尔纹的产生,低通滤镜使用多年也是因为这个原因。但是低通滤镜的使用让镜头分辨率表现下降几乎是人神共愤的事实。花几大千上万买个镜头,却被低通滤镜人为降低了分辨率,无论是使用者还是生产商都百般无奈。

为了提高成像锐度,厂商在镜头上想尽办法,但毕竟镜头成像质量的提高那可是十分钱一分货,锐度高少许,生产成本就成倍提升。厂商开始在低通滤镜上作文章了,花大工夫提高镜头品质,却被低通滤镜大幅度降低锐度,这种感觉好比乔布斯为了降低iPhone 1mm的厚度花了大价钱,结果大家都用手机套,瞬间没了优势。无低通滤镜相机因此成了近期热门的相机卖点。

 

3去除低通滤镜怎么消除摩尔纹回顶部

 

去除低通滤镜怎么消除摩尔纹

富士X-Pro1是主流相机品牌中,首个取消低通滤镜的厂商,X-Pro1既是富士的首款单电相机,也是首个取消低通滤镜的主流品牌相机,当然在此之前,徕卡M系列数码相机也是没有使用低通滤镜的。但徕卡并非大众化的相机品牌,因此在主流品牌中富士是首个取消了低通滤镜的相机厂商。

富士X-Pro1
传统的传感器色彩滤镜阵列

取消低通滤镜,随之而来的问题就是解决如何避免摩尔纹的产生,富士X-Pro1的X-Trans CMOS传感器在消除摩尔纹方面有奇招。采用了全新色彩滤镜阵列,全新的色彩滤镜阵列设计的灵感来自于传统的银盐胶片上的银盐颗粒的排列。降低了传感器像素间的规律性,如前面所说,胶片相机之所以没有摩尔纹的问题,在于银盐颗粒的不规则排列,在传统的传感器结构中,RGB像素的排列方式很有规律,传感器的空间频率和影像接近时,摩尔纹容易产生。因此不得不用上低通滤镜来改变传感器与拍摄影像间的频率。

富士X-Pro1
富士X-Trans CMOS传感器色彩滤镜阵列

富士X-Trans CMOS传感器在阵列中的每个6X6的像素单元中,RGB像素都被不规则(随机)的排列,水平和垂直方向的每一列像素都有R,G,B像素的分布的设计能够将伪色降低到最低限度,从而获得更高质量的色彩还原。这种特殊阵列的排布,使得取消光学低通滤镜变成了现实。大幅度释放了镜头原有的分辨率表现。

富士X-Pro1
富士X-Pro1镜头、传感器结构

富士X-Pro1传感器虽然为APS-C画幅,但是分辨率表现达到了全画幅的水平,锐度、细节表现细腻清晰,与其说传感器分辨率高,不如说这是取消低通滤镜的功劳。当然取消低通滤镜的后果就是较难避免摩尔纹,富士的X-Tran传感器的特殊像素阵列解决了这个问题。这也引爆了无低通滤镜相机产品的热潮。

富士X系列单电相机上市已经一年多,而随后,尼康、三星、理光等等都推出相应的无低通滤镜产品,但对于传感器的阵列并没有进行调整,大部分厂商推出无低通滤镜的理由是,如今数码相机传感器技术的发展,使得传感器的像素密度大幅度提升,摩尔纹并没有过去的产品那样容易出现,事实上,已经推出市场的无低通滤镜产品确实没有出现明显的摩尔纹现象,摩尔纹产生的几率与有低通滤镜版本基本相当,而低通滤镜抗红外的作用,也通过电子技术手段进行消除,目前来看,相机取消低通滤镜是一个大趋势。

尼康D800E
尼康D800E的低通滤镜与传统低通滤镜的区别

值得一提的是,尼康D800推出了无低通滤镜效果的版本D800E。尼康D800E改善分辨率效果并不是直接取消低通滤镜,而是将低通滤镜无效化,低通滤镜通常有两块,第一块将光线分成两部分,第二块继续将它们分成四部分,从而滤除影像的高频部分。尼康用一块不会对光线产生影响的光学玻璃,代替了原来的低通滤镜。 第二块滤镜将光线重新合并为一部分。因此就和没有低通滤镜的效果是一样,可以保留原始分辨率。

低通滤镜是过去相机厂商为了降低摩尔纹而使用的技术手段,如今镜头光学技术与传感器技术的升级,使得滤除摩尔纹的方法更多元,无需使用低通滤镜也可以实现降低摩尔纹的作用。那么去除低通滤镜用于提高成像分辨率就是一个立竿见影的手段了。相信未来的数码相机也会逐步取消这个束缚成像分辨率的元件。数码相机技术会更上一层楼。

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