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什么是图像锐化?  

2011-11-22 09:48:43|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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为什么数码照片的焦点看上去有点发虚?搞清楚数码照片为什么要锐化,首先要理解数码照片为什么会“发虚”。

    如何应对数码影像软肋——摩尔条纹?精彩的原创实验将带您彻底理解摩尔条纹。

    传统胶片摄影没有锐化的概念,不需要,也没有好手段在后期锐化。“锐化”一词,是伴随着数码影像的发展而产生的,换言之,“锐化”是数码的伴生物。那么,数码影像为什么要锐化呢?这是不是说,如果不锐化,数码照片就没有足够的清晰度,或者武断地说数码照片的原始图焦点发虚呢?

    这个结论并非空穴来风,甚至可以说这是基本事实。

    要回答数码照片为什么要锐化,首先要回答数码照片为什么会“发虚”。在这一节中,我会分数码成像的结构特征、数码影像软肋——摩尔条纹、模糊计算和聪明的抉择3个部分来阐明。

1.数码成像的结构特征

    数码成像彻底绕开了胶片感光银盐的成像思路,使用电子元件作为感光介质,使光线转变为电流,以电流大小记录影像明暗,与滤光镜配合,承载RGB色彩和影调,最终以像素组合的形式完成影像再现。电磁波(可见光线是其中的一小部分)是多波长复合体,在成像中并非所有的电磁波都是有益的,比如紫外线、红外线等会形成轻度的焦外绕射。对成像不利,因此需要将有害光滤除。在传统胶片上,乳剂涂层常常达到十多层,其中部分层就承担过滤有害光的作用。数码成像的元件不能在感光元件中分层阻隔有害光线,而是把滤光层做在感光元件的前端,这就是人们常说的低通滤镜


数码影像为什么要锐化,什么叫锐化,如何锐化图片

图1

    图1是数码感光元件的解剖示意图,为了看得清楚,便于示意,把原来压在一起、紧贴在图像感应器(CCD或CMOS)上的三层低通滤镜拉开了距离。这三层低通滤镜承担过滤除可见光之外的有害光线(如紫外线、红外线等)的功能,以提高影像的白点会聚准确性,保证色彩还原准确。低通滤镜的使用是必需的,没有它们,影像将出现大量伪色、色斑和光点慧尾,使图像失去使用价值。

    低通滤镜是极薄的镀膜透明材料制作的,光线通过这些滤镜后的损失很小。然而,即使再薄,也是蒙在数码成像元件“眼睛”上的“太阳镜”。况且是三片(有的相机是一片或两片),对影像的清晰度一定会带来不良影响。

    更重要的是,最贴近感光元件的低通滤镜还兼有改变空间频率的作用,其作用就是把整齐节奏(比如竹篱笆、衣服上的条纹等)的影像反差降低少许,甚至是轻度地打乱节奏,以防止与感光元件的整齐排列节奏干涉而出现摩尔条纹。改变空间频率的低通滤镜对成像锐度的影响是显而易见的。

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图2

    可能会有人问,那么减少低通滤镜不是可以提高清晰度吗?是的。的确有这样的数码相机,如图2所示,只有1~2片低通滤镜,加上色彩饱和度强化的处理器。这种相机的原始图看上去清晰度提高了。直接在数码相机的液晶显示屏上看,很讨人喜欢。不明就里的人会很赞赏这种色彩饱和、成像锐利的相机。殊不知,这种“讨人喜欢”的相机所拍摄的照片,其中的“硬伤”就是很难在后期制作中处理。数码相机使用滤镜的多少以及采用何种数字影像生成器,乃至使用什么编程,与相机的专业程度、造价、画质标准和针对的客户群有关。

 

数码影像为什么要锐化,什么叫锐化,如何锐化图片

图3

    图3是佳能针对不同用户群的相机设计思路示意。专业人员注重后期处理,因此,顶级专业相机内部不做或很少做图像优化处理,而交给专业摄影师“原汁原味”、富含原始影调和色彩信息的“原图”。众所周知,原图的调整空间大,可以更好发挥作者的二次创作才能,特别是RAW格式的原图,能够转换为ProPhoto RGB 16位图像,可以获得单色65536级阶调,总计687亿种色彩。其信息容量大得难以想像,但是,越是宽容度大,记录丰富色彩信息细节的影像看上去反差越低,色彩饱和度越不鲜艳。不明白这个原理的人,看了此类专业级图像,会认为数码相机拍摄的照片不如胶片鲜艳明快,这只是表面认识,经过专业的后期调整,数码影像会有令人惊异的出色表现。在层次、色彩再现、宽容度和细节刻画等方面超越胶片。

    那么,没有后期处理能力,或没时间不想做后期处理的人用什么相机呢?

    这里显示了非专业相机的应用方案。针对没有时间或没有能力或没有兴趣做后期处理的用户,普通非专业相机可以为你做好一切。此类相机采取这样的设计思路:内置色彩优化和锐化程序、没有或减少低通滤镜的数量,在相机中应用较低程度模糊算法,使照片在相机上看或下载到电脑上不做任何处理,就可以达到明丽清晰的程度,满足一般纪念照、网络用图、旅游照等家庭用户和个人用户的使用要求。当然,在享受便捷的同时,您也必须容忍这种照片色彩过渡层次少、噪点大且难以消除、放大倍率小、焦点依然不够清晰、后期制作空间小、容易出现摩尔条纹等缺陷。

    数码相机,特别是专业数码相机,其独特的成像原理和结构特征,是形成影像“疲软”的根本原因之一。您是否发现过卡片相机拍摄的照片,从相机后面的液晶屏上看,比专业相机拍摄的照片漂亮。各位想一想,能够在卡片相机上做到的技术,为什么不应用在专业相机上?是厂商疏忽了吗?显然不是,这就是数码相机与传统胶片相机的显著不同。胶片大中画幅相机拍摄的照片画质一定优于傻瓜相机。因为胶片是一镜定格、一次成片,而数码影像是前后期结合才能获得高画质,因此专业相机拍摄的照片初看起来可能不如把前后期合为一体的卡片相机。所以,后期制作是数码影像的必修课,而锐化又是这门必修课中的重点。
 

2.数码软肋——摩尔条纹

    摩尔条纹是数码影像的软肋,它是怎样产生的?先看看什么是摩尔条纹。


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图4

 

    我使用1Ds MarkⅡ相机拍摄了两万多张照片中,碰到一张产生摩尔条纹的照片(见图4)。画面左边白圈内,本来平整的衣服上,出现了类似牛顿环般的、呈逐渐扩展状的、有节律的色彩条纹。这是影像中人物衣服的条纹节律与相机CMOS感光元件的节律产生干涉所造成的。虽然鲜见,但碰上一张,这张照片就成了废片,尽管PhaseOne软件中有去除摩尔条纹的功能,但并不能完全去除而不留痕迹。

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图5

    图5是图4的局部放大,摩尔条纹往往出现在焦点最实的地方,人物前胸的衣
服在焦点之外,模糊的影像不能与感光元件产生节奏干涉,因此不会产生摩尔条纹,画面做了一个验证,模糊可以消除摩尔条纹!请记住这个结论,下面我们会深入了解“模糊”这个胶片摄影的大敌如何变成了数码影像的济世良方,也会使我们深刻理解数码影像为什么发虚。

    了解摩尔条纹,需要从感光元件的排列说起。

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图6

    这是由一个红、一个蓝、两个绿共4个感光元件组合的感光单元按四方边续方式排列组成的CMOS面板(见图6)。一个多么整齐的阵列!但是用来照相,它横平竖直的节律会造成很大的麻烦。
在Photoshop新建一个文件,双击背景层,改为“图层0”。设分辨率为100,图像尺寸630像素×46像素,放大到3200%,以2mm的宽度(8个像素)制作纯黑白竖条线对,先制作几条,然后复制到全画面,再放大至600%,然后复制“图层0”为“图层0副本”,为了说明条纹节奏的干涉现象,我们对彩色“去色”成黑白,这两个图层的条纹节奏现在完全一样。看上去节奏鲜明齐整,间距一致(见图7)。


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图7

数码影像为什么要锐化,什么叫锐化,如何锐化图片

图8

    现在把放大倍率由600%改为50%,节奏鲜明的黑白线条缩小到人眼难以分辨时,我们看到的是混合产生的灰色,仔细看,仍然可见存在细线(见图8)。

    再缩小放大倍率到25%。相当于拉开观察距离一倍,图像的面积只有原来1/4。这超出了人眼的最大分辨能力。看上去已经没有细线,完全成为一块平均灰色,这两张照片让我们知道了,我们的眼睛能看清的细节是有限的。有了这个准备知识,才能看到摩尔条纹(见图9)。

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图9

 

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图10

    再把图放大到100%,条纹仍稀可见。激活背景层副本,用矩形选框工具在中间区域画一个选区,用“变形”命令拉宽少许,改变这个区域的条纹节奏。把“填充”改为50%透明度,执行变形命令(见图10)。

 

补充:

    摩尔纹是数码照相机感光元件上出现的高频干扰,会使图片出现彩色的高频率条纹。如果设计时在镜头上安装低通滤波器会有很好效果,但会影响锐度。
 

    摩尔纹指画面中出现波纹形色彩干扰的现象。主要在文字焦点突出时发生,是由于CRT显示器中电子束与荧光体碰撞时电子束的残留值影响周围荧光体引起干扰所致。通过改变焦点值可以解决这种问题。
  定义
  在数码影像中,如果主体中有密纹的纹理,常常会出现莫名其妙的水波一样的条纹和奇怪的色彩,这就是摩尔纹(moiré)。

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