【轉】數碼影像爲什麼要銳化,什麼叫銳化,如何銳化圖片

爲什麼數碼照片的焦點看上去有點發虛?搞清楚數碼照片爲什麼要銳化,首先要理解數碼照片爲什麼會“發虛”。

    如何應對數碼影像軟肋——摩爾條紋?精彩的原創實驗將帶您徹底理解摩爾條紋。

    傳統膠片攝影沒有銳化的概念,不需要,也沒有好手段在後期銳化。“銳化”一詞,是伴隨着數碼影像的發展而產生的,換言之,“銳化”是數碼的伴生物。那麼,數碼影像爲什麼要銳化呢?這是不是說,如果不銳化,數碼照片就沒有足夠的清晰度,或者武斷地說數碼照片的原始圖焦點發虛呢?

    這個結論並非空穴來風,甚至可以說這是基本事實。

    要回答數碼照片爲什麼要銳化,首先要回答數碼照片爲什麼會“發虛”。在這一節中,我會分數碼成像的結構特徵、數碼影像軟肋——摩爾條紋、模糊計算和聰明的抉擇3個部分來闡明。

1.數碼成像的結構特徵

    數碼成像徹底繞開了膠片感光銀鹽的成像思路,使用電子元件作爲感光介質,使光線轉變爲電流,以電流大小記錄影像明暗,與濾光鏡配合,承載RGB色彩和影調,最終以像素組合的形式完成影像再現。電磁波(可見光線是其中的一小部分)是多波長複合體,在成像中並非所有的電磁波都是有益的,比如紫外線、紅外線等會形成輕度的焦外繞射。對成像不利,因此需要將有害光濾除。在傳統膠片上,乳劑塗層常常達到十多層,其中部分層就承擔過濾有害光的作用。數碼成像的元件不能在感光元件中分層阻隔有害光線,而是把濾光層做在感光元件的前端,這就是人們常說的低通濾鏡


數碼影像爲什麼要銳化,什麼叫銳化,如何銳化圖片

圖1

    圖1是數碼感光元件的解剖示意圖,爲了看得清楚,便於示意,把原來壓在一起、緊貼在圖像感應器(CCD或CMOS)上的三層低通濾鏡拉開了距離。這三層低通濾鏡承擔過濾除可見光之外的有害光線(如紫外線、紅外線等)的功能,以提高影像的白點會聚準確性,保證色彩還原準確。低通濾鏡的使用是必需的,沒有它們,影像將出現大量僞色、色斑和光點慧尾,使圖像失去使用價值。

    低通濾鏡是極薄的鍍膜透明材料製作的,光線通過這些濾鏡後的損失很小。然而,即使再薄,也是蒙在數碼成像元件“眼睛”上的“太陽鏡”。況且是三片(有的相機是一片或兩片),對影像的清晰度一定會帶來不良影響。

    更重要的是,最貼近感光元件的低通濾鏡還兼有改變空間頻率的作用,其作用就是把整齊節奏(比如竹籬笆、衣服上的條紋等)的影像反差降低少許,甚至是輕度地打亂節奏,以防止與感光元件的整齊排列節奏干涉而出現摩爾條紋。改變空間頻率的低通濾鏡對成像銳度的影響是顯而易見的。

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圖2

    可能會有人問,那麼減少低通濾鏡不是可以提高清晰度嗎?是的。的確有這樣的數碼相機,如圖2所示,只有1~2片低通濾鏡,加上色彩飽和度強化的處理器。這種相機的原始圖看上去清晰度提高了。直接在數碼相機的液晶顯示屏上看,很討人喜歡。不明就裏的人會很讚賞這種色彩飽和、成像銳利的相機。殊不知,這種“討人喜歡”的相機所拍攝的照片,其中的“硬傷”就是很難在後期製作中處理。數碼相機使用濾鏡的多少以及採用何種數字影像生成器,乃至使用什麼編程,與相機的專業程度、造價、畫質標準和針對的客戶羣有關。

 

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圖3

    圖3是佳能針對不同用戶羣的相機設計思路示意。專業人員注重後期處理,因此,頂級專業相機內部不做或很少做圖像優化處理,而交給專業攝影師“原汁原味”、富含原始影調和色彩信息的“原圖”。衆所周知,原圖的調整空間大,可以更好發揮作者的二次創作才能,特別是RAW格式的原圖,能夠轉換爲ProPhoto RGB 16位圖像,可以獲得單色65536級階調,總計687億種色彩。其信息容量大得難以想像,但是,越是寬容度大,記錄豐富色彩信息細節的影像看上去反差越低,色彩飽和度越不鮮豔。不明白這個原理的人,看了此類專業級圖像,會認爲數碼相機拍攝的照片不如膠片鮮豔明快,這只是表面認識,經過專業的後期調整,數碼影像會有令人驚異的出色表現。在層次、色彩再現、寬容度和細節刻畫等方面超越膠片。

    那麼,沒有後期處理能力,或沒時間不想做後期處理的人用什麼相機呢?

    這裏顯示了非專業相機的應用方案。針對沒有時間或沒有能力或沒有興趣做後期處理的用戶,普通非專業相機可以爲你做好一切。此類相機採取這樣的設計思路:內置色彩優化和銳化程序、沒有或減少低通濾鏡的數量,在相機中應用較低程度模糊算法,使照片在相機上看或下載到電腦上不做任何處理,就可以達到明麗清晰的程度,滿足一般紀念照、網絡用圖、旅遊照等家庭用戶和個人用戶的使用要求。當然,在享受便捷的同時,您也必須容忍這種照片色彩過渡層次少、噪點大且難以消除、放大倍率小、焦點依然不夠清晰、後期製作空間小、容易出現摩爾條紋等缺陷。

    數碼相機,特別是專業數碼相機,其獨特的成像原理和結構特徵,是形成影像“疲軟”的根本原因之一。您是否發現過卡片相機拍攝的照片,從相機後面的液晶屏上看,比專業相機拍攝的照片漂亮。各位想一想,能夠在卡片相機上做到的技術,爲什麼不應用在專業相機上?是廠商疏忽了嗎?顯然不是,這就是數碼相機與傳統膠片相機的顯著不同。膠片大中畫幅相機拍攝的照片畫質一定優於傻瓜相機。因爲膠片是一鏡定格、一次成片,而數碼影像是前後期結合才能獲得高畫質,因此專業相機拍攝的照片初看起來可能不如把前後期合爲一體的卡片相機。所以,後期製作是數碼影像的必修課,而銳化又是這門必修課中的重點。
 

2.數碼軟肋——摩爾條紋

    摩爾條紋是數碼影像的軟肋,它是怎樣產生的?先看看什麼是摩爾條紋。


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圖4

 

    我使用1Ds MarkⅡ相機拍攝了兩萬多張照片中,碰到一張產生摩爾條紋的照片(見圖4)。畫面左邊白圈內,本來平整的衣服上,出現了類似牛頓環般的、呈逐漸擴展狀的、有節律的色彩條紋。這是影像中人物衣服的條紋節律與相機CMOS感光元件的節律產生干涉所造成的。雖然鮮見,但碰上一張,這張照片就成了廢片,儘管PhaseOne軟件中有去除摩爾條紋的功能,但並不能完全去除而不留痕跡。

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圖5

    圖5是圖4的局部放大,摩爾條紋往往出現在焦點最實的地方,人物前胸的衣
服在焦點之外,模糊的影像不能與感光元件產生節奏干涉,因此不會產生摩爾條紋,畫面做了一個驗證,模糊可以消除摩爾條紋!請記住這個結論,下面我們會深入瞭解“模糊”這個膠片攝影的大敵如何變成了數碼影像的濟世良方,也會使我們深刻理解數碼影像爲什麼發虛。

    瞭解摩爾條紋,需要從感光元件的排列說起。

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圖6

    這是由一個紅、一個藍、兩個綠共4個感光元件組合的感光單元按四方邊續方式排列組成的CMOS面板(見圖6)。一個多麼整齊的陣列!但是用來照相,它橫平豎直的節律會造成很大的麻煩。
在Photoshop新建一個文件,雙擊背景層,改爲“圖層0”。設分辨率爲100,圖像尺寸630像素×46像素,放大到3200%,以2mm的寬度(8個像素)製作純黑白豎條線對,先製作幾條,然後複製到全畫面,再放大至600%,然後複製“圖層0”爲“圖層0副本”,爲了說明條紋節奏的干涉現象,我們對彩色“去色”成黑白,這兩個圖層的條紋節奏現在完全一樣。看上去節奏鮮明齊整,間距一致(見圖7)。


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圖7

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圖8

    現在把放大倍率由600%改爲50%,節奏鮮明的黑白線條縮小到人眼難以分辨時,我們看到的是混合產生的灰色,仔細看,仍然可見存在細線(見圖8)。

    再縮小放大倍率到25%。相當於拉開觀察距離一倍,圖像的面積只有原來1/4。這超出了人眼的最大分辨能力。看上去已經沒有細線,完全成爲一塊平均灰色,這兩張照片讓我們知道了,我們的眼睛能看清的細節是有限的。有了這個準備知識,才能看到摩爾條紋(見圖9)。

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圖9

 

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圖10

    再把圖放大到100%,條紋仍稀可見。激活背景層副本,用矩形選框工具在中間區域畫一個選區,用“變形”命令拉寬少許,改變這個區域的條紋節奏。把“填充”改爲50%透明度,執行變形命令(見圖10)。

 

補充:

    摩爾紋是數碼照相機感光元件上出現的高頻干擾,會使圖片出現彩色的高頻率條紋。如果設計時在鏡頭上安裝低通濾波器會有很好效果,但會影響銳度。
 

    摩爾紋指畫面中出現波紋形色彩干擾的現象。主要在文字焦點突出時發生,是由於CRT顯示器中電子束與熒光體碰撞時電子束的殘留值影響周圍熒光體引起干擾所致。通過改變焦點值可以解決這種問題。
  定義
  在數碼影像中,如果主體中有密紋的紋理,常常會出現莫名其妙的水波一樣的條紋和奇怪的色彩,這就是摩爾紋(moiré)。
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