CMOS傳感器低通濾鏡的功能及其有無的區別
發布時間:2014-12-24 責任編輯:xueqi
【導讀】最(zui)近(jin)取(qu)消(xiao)低(di)通(tong)濾(lv)鏡(jing)的(de)技(ji)術(shu)手(shou)法(fa)日(ri)漸(jian)盛(sheng)行(xing),沒(mei)有(you)低(di)通(tong)濾(lv)鏡(jing)的(de)相(xiang)機(ji)反(fan)而(er)成(cheng)為(wei)了(le)賣(mai)點(dian)。那(na)麼(me)低(di)通(tong)濾(lv)鏡(jing)究(jiu)竟(jing)有(you)什(shen)麼(me)功(gong)能(neng)?有(you)低(di)通(tong)濾(lv)鏡(jing)與(yu)無(wu)低(di)通(tong)濾(lv)鏡(jing)傳感器的區別大嗎?
ditonglvjingyici,xiangdangyibufenyonghuduitashihenmoshengde,yuanyinzaiyushumaxiangjiyizhiyilaidoubiaopeiditonglvjing,meiyouchangshanghuiyiditonglvjingzuowenzhang,danshizuijinquxiaoditonglvjingdejishushoufarijianshengxing,meiyouditonglvjingdexiangjifanerchengweilemaidian,rangditonglvjingyicizhonghuirenmendeshixian。nameditonglvjingjiujingshizuoshenmeyongde?youhewuchabiedama?zhexiewentishibenwenyaotaolundezhongdian。
圖1:CMOS傳感器低通濾鏡
溫(wen)故(gu)而(er)知(zhi)新(xin),我(wo)們(men)首(shou)先(xian)還(hai)是(shi)來(lai)說(shuo)說(shuo)低(di)通(tong)濾(lv)鏡(jing)是(shi)幹(gan)嘛(ma)用(yong)的(de),低(di)通(tong)濾(lv)鏡(jing)是(shi)安(an)裝(zhuang)在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)前(qian)麵(mian)的(de)一(yi)個(ge)特(te)殊(shu)濾(lv)鏡(jing),我(wo)們(men)平(ping)常(chang)用(yong)的(de)可(ke)換(huan)鏡(jing)頭(tou)相(xiang)機(ji),拆(chai)掉(diao)鏡(jing)頭(tou)後(hou)露(lu)出(chu)傳(chuan)感(gan)器(qi)就(jiu)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)它(ta),不(bu)過(guo)即(ji)使(shi)看(kan)到(dao)了(le)也(ye)認(ren)不(bu)出(chu)。因(yin)為(wei)低(di)通(tong)濾(lv)鏡(jing)和(he)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)做(zuo)成(cheng)一(yi)個(ge)模(mo)塊(kuai),兩(liang)者(zhe)幾(ji)乎(hu)分(fen)不(bu)出(chu),除(chu)此(ci)以(yi)外(wai),CMOS傳感器前麵還有紅外阻隔濾鏡、紫外阻隔濾鏡、色彩濾鏡等,所以我們平時看到的遠遠不止是CMOS傳感器本身,而是一個綜合體。
低通濾鏡的功能
說(shuo)到(dao)低(di)通(tong)濾(lv)鏡(jing)的(de)功(gong)能(neng),其(qi)主(zhu)要(yao)功(gong)能(neng)是(shi)用(yong)於(yu)消(xiao)除(chu)摩(mo)爾(er)紋(wen),摩(mo)爾(er)紋(wen)是(shi)感(gan)光(guang)元(yuan)件(jian)上(shang)容(rong)易(yi)出(chu)現(xian)的(de)一(yi)種(zhong)高(gao)頻(pin)幹(gan)擾(rao),會(hui)使(shi)圖(tu)片(pian)出(chu)現(xian)彩(cai)色(se)的(de)高(gao)頻(pin)率(lv)條(tiao)紋(wen)。這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)在(zai)拍(pai)攝(she)規(gui)律(lv)排(pai)列(lie)的(de)物(wu)體(ti)時(shi)尤(you)為(wei)明(ming)顯(xian),比(bi)如(ru)說(shuo)是(shi)織(zhi)物(wu)上(shang)的(de)紋(wen)理(li),平(ping)行(xing)線(xian)或(huo)是(shi)網(wang)狀(zhuang)構(gou)造(zao)特(te)別(bie)容(rong)易(yi)出(chu)現(xian)彩(cai)色(se)水(shui)波(bo)紋(wen)。並(bing)且(qie)不(bu)規(gui)則(ze)出(chu)現(xian)。
圖2:高密度規律物體容易出現摩爾紋
說(shuo)起(qi)來(lai)太(tai)複(fu)雜(za),看(kan)圖(tu)大(da)家(jia)都(dou)明(ming)白(bai)了(le),就(jiu)是(shi)圖(tu)像(xiang)中(zhong)規(gui)律(lv)排(pai)列(lie)的(de)位(wei)置(zhi)會(hui)出(chu)現(xian)一(yi)些(xie)彩(cai)色(se)或(huo)者(zhe)是(shi)與(yu)畫(hua)麵(mian)顏(yan)色(se)接(jie)近(jin)的(de)水(shui)波(bo)紋(wen)或(huo)者(zhe)條(tiao)紋(wen)。統(tong)稱(cheng)是(shi)摩(mo)爾(er)紋(wen)。這(zhe)並(bing)非(fei)是(shi)拍(pai)攝(she)物(wu)體(ti)本(ben)身(shen)的(de)樣(yang)子(zi),是(shi)對(dui)照(zhao)片(pian)的(de)一(yi)種(zhong)幹(gan)擾(rao)。當(dang)然(ran)有(you)時(shi)候(hou)我(wo)們(men)在(zai)顯(xian)示(shi)器(qi)上(shang)看(kan)照(zhao)片(pian)會(hui)發(fa)現(xian)有(you)摩(mo)爾(er)紋(wen),放(fang)大(da)圖(tu)片(pian)後(hou)就(jiu)消(xiao)失(shi)了(le),這(zhe)不(bu)是(shi)照(zhao)片(pian)拍(pai)攝(she)時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)摩(mo)爾(er)紋(wen),而(er)是(shi)液(ye)晶(jing)屏(ping)像(xiang)素(su)點(dian)與(yu)照(zhao)片(pian)高(gao)密(mi)度(du)規(gui)律(lv)物(wu)體(ti)在(zai)特(te)定(ding)大(da)小(xiao)顯(xian)示(shi)時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)摩(mo)爾(er)紋(wen)。所(suo)以(yi)如(ru)何(he)消(xiao)除(chu)拍(pai)攝(she)時(shi)的(de)摩(mo)爾(er)紋(wen),過(guo)去(qu)用(yong)的(de)是(shi)低(di)通(tong)濾(lv)鏡(jing),低(di)通(tong)濾(lv)鏡(jing)所(suo)起(qi)的(de)效(xiao)果(guo)是(shi)通(tong)低(di)頻(pin)阻(zu)高(gao)頻(pin),消(xiao)除(chu)畫(hua)麵(mian)中(zhong)的(de)高(gao)頻(pin)部(bu)分(fen),就(jiu)能(neng)減(jian)少(shao)摩(mo)爾(er)紋(wen)的(de)產(chan)生(sheng)。摩(mo)爾(er)紋(wen)產(chan)生(sheng)的(de)原(yuan)因(yin),我(wo)們(men)可(ke)以(yi)從(cong)下(xia)麵(mian)的(de)圖(tu)片(pian)來(lai)解(jie)釋(shi)。
圖3:不同空間頻率物體疊加後的摩爾紋現象
不bu同tong空kong間jian頻pin率lv的de規gui律lv物wu體ti疊die加jia會hui產chan生sheng摩mo爾er紋wen效xiao果guo,而er數shu碼ma相xiang機ji上shang出chu現xian摩mo爾er紋wen的de情qing況kuang,則ze是shi感gan光guang元yuan件jian像xiang素su的de空kong間jian頻pin率lv與yu影ying像xiang中zhong條tiao紋wen的de空kong間jian頻pin率lv接jie近jin時shi出chu現xian。這zhe是shi鏡jing頭tou分fen辨bian率lv與yu傳chuan感gan器qi像xiang素su密mi度du間jian接jie近jin時shi出chu現xian的de情qing況kuang,想xiang要yao消xiao除chu摩mo爾er紋wen就jiu要yao加jia大da這zhe兩liang者zhe之zhi間jian的de空kong間jian頻pin率lv差cha,當dang鏡jing頭tou分fen辨bian率lv遠yuan小xiao於yu感gan光guang元yuan件jian的de空kong間jian頻pin率lv時shi,就jiu可ke以yi完wan全quan消xiao除chu摩mo爾er紋wen。
suoyihenmingxian,yimuqianshumaxiangjichuanganqijuzhenshidexiangsudianzhenpailie,shumazhaopianmoerwendechansheng,shiyouyujingtoufenbianlvhechuanganqixiangsukongjianpinlvjiaoweijiejin,yudaotuxiangzhongdeguilvwutijiurongyichanshengmoerwen。jiaopianxiangjizhisuoyibuhuiyoumoerwen,shiyinweijiaopiandeyinyankelifenbubujunyun,meiguilvkeyan,jiumeiyoupinlvganraodewenti。
所suo以yi去qu除chu摩mo爾er紋wen的de方fang法fa也ye有you很hen多duo,減jian少shao拍pai攝she密mi集ji的de規gui律lv物wu體ti就jiu是shi一yi個ge好hao辦ban法fa,但dan如ru果guo必bi須xu要yao拍pai這zhe些xie的de話hua,就jiu比bi較jiao難nan避bi免mian了le。鏡jing頭tou分fen辨bian率lv與yu感gan光guang元yuan件jian的de像xiang素su空kong間jian頻pin率lv較jiao為wei接jie近jin所suo以yi造zao成cheng摩mo爾er紋wen的de產chan生sheng,低di通tong濾lv鏡jing的de存cun在zai意yi義yi就jiu是shi拉la大da這zhe兩liang種zhong頻pin率lv的de差cha距ju,從cong而er消xiao除chu畫hua麵mian中zhong的de高gao頻pin部bu分fen。
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去除低通濾鏡的意義
ditonglvjingshiyongyuzengdajingtoufenbianlvyuganguangyuanjianxiangsukongjianpinlvzhijiandechayi,yejiushirenweibajingtoufenbianlvjiangdishaoxu,shidezhelianggepinlvchabianda,rangpaishehuamianzhongdemijiwutishijiangdimoerwenchuxiandejilv。zheyeshiweishenmewomenshuoditonglvjinghuijiangdichengxiangderuidu,yinweibenzhishangtajiushiyonglaijiangdijingtoufenbianlvde。zaiguoquhenchangyiduanshijianlimian,shumaxiangjidejingtouyuchuanganqidefazhansududouxiangdang,zheshideditonglvjingshixiaochumoerwenjiandanyouxiaodehaofangfa。
圖4:鏡頭素質提升難度大,使得廠商開始在低通濾鏡上作文章
為wei此ci,雖sui然ran低di通tong濾lv鏡jing一yi直zhi在zai使shi用yong,但dan廠chang商shang是shi知zhi道dao去qu除chu低di通tong濾lv鏡jing的de好hao處chu的de。相xiang比bi較jiao高gao成cheng本ben地di投tou入ru鏡jing頭tou技ji術shu的de開kai發fa,去qu除chu低di通tong濾lv鏡jing獲huo得de的de畫hua質zhi提ti升sheng成cheng本ben要yao低di得de多duo,但dan問wen題ti是shi如ru何he控kong製zhi去qu除chu低di通tong濾lv鏡jing後hou的de摩mo爾er紋wen。
今天我們看到很多相機產品都提及無低通濾鏡傳感器,這都始源於富士2012年發布的一款無反相機X-Pro1,這是一號稱成像銳度比擬全畫幅相機的新品。X-Pro1用的是特殊像素排列的X-Trans CMOS傳感器,用以減少摩爾紋的產生,事實上X-Pro1也讓其他廠商也看到去除低通濾鏡後的銳度大幅度提升。

傳統的拜耳陣列傳感器,R/G/B三色的點陣距離相同,因此在拍攝特定密度的規律物體時,就容易產生摩爾紋。富士的X-Trans CMOS采cai用yong了le全quan新xin色se彩cai濾lv鏡jing陣zhen列lie,降jiang低di了le傳chuan感gan器qi像xiang素su間jian的de規gui律lv性xing,使shi得de像xiang素su點dian本ben身shen有you類lei似si膠jiao片pian銀yin鹽yan顆ke粒li的de不bu規gui則ze排pai列lie效xiao果guo,從cong而er降jiang低di摩mo爾er紋wen的de產chan生sheng。
圖5:尼康D7100無低通濾鏡傳感器
去(qu)除(chu)低(di)通(tong)濾(lv)鏡(jing)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)相(xiang)機(ji)新(xin)品(pin)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo),但(dan)也(ye)有(you)很(hen)多(duo)不(bu)像(xiang)富(fu)士(shi)那(na)樣(yang)使(shi)用(yong)特(te)殊(shu)陣(zhen)列(lie)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)廠(chang)商(shang),這(zhe)裏(li)相(xiang)信(xin)廠(chang)商(shang)都(dou)會(hui)在(zai)算(suan)法(fa)上(shang)進(jin)行(xing)優(you)化(hua)。不(bu)過(guo)另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian),廠(chang)商(shang)也(ye)發(fa)現(xian),隨(sui)著(zhe)數(shu)碼(ma)相(xiang)機(ji)像(xiang)素(su)的(de)提(ti)升(sheng),鏡(jing)頭(tou)分(fen)辨(bian)率(lv)與(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi)空(kong)間(jian)頻(pin)率(lv)之(zhi)間(jian)的(de)差(cha)距(ju)在(zai)拉(la)大(da),即(ji)使(shi)不(bu)使(shi)用(yong)低(di)通(tong)濾(lv)鏡(jing)進(jin)行(xing)高(gao)頻(pin)消(xiao)除(chu),拍(pai)攝(she)較(jiao)密(mi)集(ji)的(de)物(wu)體(ti)時(shi),也(ye)不(bu)容(rong)易(yi)產(chan)生(sheng)摩(mo)爾(er)紋(wen)了(le)。
無低通濾鏡的相機新品突然爆發性地發展,並且大多數無低通濾鏡的相機,像素都超過了2000萬(wan),也(ye)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)這(zhe)一(yi)點(dian),未(wei)來(lai)的(de)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi),像(xiang)素(su)會(hui)變(bian)得(de)更(geng)高(gao),低(di)通(tong)濾(lv)鏡(jing)就(jiu)更(geng)沒(mei)有(you)存(cun)在(zai)的(de)必(bi)要(yao)了(le),但(dan)是(shi)像(xiang)素(su)提(ti)升(sheng)並(bing)不(bu)代(dai)表(biao)摩(mo)爾(er)紋(wen)就(jiu)不(bu)會(hui)產(chan)生(sheng),當(dang)拍(pai)攝(she)間(jian)距(ju)更(geng)小(xiao)的(de)規(gui)律(lv)物(wu)體(ti)時(shi),仍(reng)會(hui)有(you)摩(mo)爾(er)紋(wen)的(de)出(chu)現(xian)。
有低通濾鏡與無低通濾鏡傳感器的畫質區別
正如上麵所說的,使用高像素傳感器的相機,對低通濾鏡的依賴更小,所以2012年尼康發布的3630萬像素的單反相機D800與去低通效果的D800E兩款相機後,今年又推出了無低通濾鏡的尼康D810,同樣為3630萬像素,但是是真正去除了低通濾鏡的版本,有低通濾鏡與無低通濾鏡的D800和D810在畫質上究竟會差距多少。我們直接看兩台相機分別拍攝的樣張來對比一下。




低通濾鏡的有無,在尼康中端全畫幅單反相機上實際並沒有太多的不同,或者說3630萬wan像xiang素su相xiang對dui於yu現xian時shi的de鏡jing頭tou來lai說shuo,像xiang素su已yi經jing過guo高gao有you些xie把ba持chi不bu住zhu了le,低di通tong濾lv鏡jing的de那na一yi丁ding點dian畫hua質zhi影ying像xiang,幾ji乎hu被bei鏡jing頭tou分fen辨bian率lv與yu高gao像xiang素su之zhi間jian的de不bu匹pi配pei所suo消xiao化hua。而er兩liang者zhe記ji錄lu建jian築zhu規gui律lv細xi節jie均jun沒mei有you出chu現xian明ming顯xian的de摩mo爾er紋wen,說shuo明ming在zai高gao像xiang素su下xia,摩mo爾er紋wen並bing不bu會hui很hen容rong易yi產chan生sheng。而er有you低di通tong濾lv鏡jing的de尼ni康kangD800,整體反差表現略微遜色一些。
去(qu)低(di)通(tong)濾(lv)鏡(jing)會(hui)成(cheng)為(wei)未(wei)來(lai)數(shu)碼(ma)相(xiang)機(ji)的(de)標(biao)準(zhun)配(pei)置(zhi),不(bu)久(jiu)之(zhi)後(hou)相(xiang)信(xin)大(da)家(jia)又(you)會(hui)遺(yi)忘(wang)低(di)通(tong)濾(lv)鏡(jing)這(zhe)個(ge)名(ming)詞(ci),不(bu)過(guo)在(zai)目(mu)前(qian)來(lai)看(kan),這(zhe)是(shi)廠(chang)商(shang)追(zhui)求(qiu)高(gao)畫(hua)質(zhi)的(de)一(yi)個(ge)捷(jie)徑(jing),一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)內(nei)都(dou)是(shi)一(yi)個(ge)火(huo)爆(bao)的(de)"新"技術。
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