【转帖】流言终结者：相机无低通就一定好吗？

ミloveいde承诺

流言终结者：相机无低通就一定好吗？                              CBSi中国·蜂鸟网 作者：刘庆 责编：高帅 [读者稿] 2013年12月04日 05:29评论(19) 　　随着2012年初富士X-Pro1/尼康D800E的上市，“无低通”这一概念也随之走入了大众的视野。在富士官方的宣传里，“无低通”似乎已经成为了“高画质，高锐度，低噪声……”的代表。 从富士开始无低通相机走入了人们的视野 　　随后，各家逐渐都开始发布无低通的相机，索尼RX1R/尼康D5300更是直接把“无低通”版本作为改款新型号进行推出，取得了不错的销售业绩。不过也有另外一种声音，“是否取消低通滤镜没有太大的区别，取消以后还会带来莫尔条纹等问题需要后期处理，选择老款有低通的型号性价比更高”这样的说法。而低通滤镜究竟是什么东西，对于画质究竟都有哪些影响，确实也没有太多人去提及。 ·我们都说无低通，到底什么是低通呢？ 　　我们平时说的在相机CMOS前的那块低通，全称是“光学低通滤波器”（Optical Low-Pass Filter，OLPF）。这个看起来很高端的东西其实结构很简单，传统的低通是由两片正交的石英晶体薄片构成的，光线通过后产生双折射，一束光线被分为两束（物理学上叫寻常光束o和异常光束e）从而达到滤除高频的目的。下面这张D800E的低通原理示意图也清楚的说明了这一点。 去低通的焦点就是摩尔纹和伪色问题 D800E低通原理示意图 　　在物理学上低通滤波器的作用是“通低频阻高频”，很多读者应该就有疑问了，高频和低频的声波我们都好理解，一张照片里哪来的高频和低频？ ·有无低通滤镜会对成像带来哪些不同 　　我们去网上随意找一篇涉及镜头/传感器分辨率的测试结果，都可以发现它里面用的单位叫做“线对/毫米”。类比一下声波频率的单位“次/秒”（赫兹），就不难理解我们把时域里的频率概念推广到二维空间里是一件多么自然的事情。 高频的部分具有较高的线对/毫米数，显然对应着照片的细节部分，因此有时候我们会用高频细节这个词来称呼它。这部分就是OLPF起作用要滤除的东西。 清晰的高频细节对于图像的表现有着很大的帮助 　　那么为什么滤除了高频细节，就能抑制摩尔纹的产生呢？我们都知道，拜耳滤镜的传感器在产生照片的过程中每一个像素都无法获得完整的信息，需要同周围的另外几个像素一起运算才可以获取完整的照片。我们再采用一下类比时域信号处理的方法，其实和时域信号的内插法有相近的原理。时域内插法同样是个听起来很高端的词汇，大家中学的时候应该都用五点法画过三角函数的图像，实际上就是从五个点的信息来获取整个函数的全部信息。至于为什么五个点就可以获取它的全部信息呢？这个需要一点简单的信息论知识：香农—奈奎斯特采样定理。如果原始连续信号是带限的，并且等距采样的频率高于信号最高频率的两倍，那么，原来的连续信号可以从采样样本中完全重建出来。 香农-奈奎斯特采样定理图示 　　乍一看很懵，我想大家的反应应该都是类似于“这都什么玩意儿”之类的。其实很好理解，我们的数字音频为什么采用44100Hz的采样率？其中一个原因就是人耳最高能够分辨20000Hz的声音，它的2倍就是40000Hz。至少要保证这个采样频率，才能获得人耳听起来无失真的原始信号。 　　回到之前我们所讲的传感器问题，它也有空间采样频率，可以认为就是它的像素密度（X-Trans CMOS这种非等距采样以及Foveon X3这种全谱传感器不算在内）。当传感器本身的采样频率高于镜头投射到传感器上的信号的最高空间频率的两倍之时，传感器可以通过后端电路的运算得到完整无误码的图像，这时候就不会产生摩尔纹之类的问题。 　　如果镜头投射给传感器的信号最高频率高于传感器采样频率的两倍，就无法通过内插运算的方式对信号进行完美的再现，于是就会产生误码。这个误码根据场景的不同会表现为摩尔纹和伪色。要说明的是实际情况比这种简单的理论分析要复杂得多，这里只是阐述一下摩尔纹产生和消除的机理。 所以要消除摩尔纹，其实有以下四种方法可以采用： 1、消除入射信号的过高频部分，其实就是使用光学低通滤波器 2、找一颗没有高频表现力的“狗头” 3、提高传感器的空间采样频率 4、不拍摄含有高频细节的物体 　　2和4显然不现实，现在镜头设计的趋势是越来越高的分辨率，一台合格的相机应该能够适应各种情况。现在主流的方式其实就是1和3。这也是为什么主流的无低通相机都至少有2400万像素的原因（非主流的宾得K5II-s和小传感器高密度的RX100II不算在内）——高像素本身对于低通滤镜的需求会相应的变小。 · 无低通的相机并不适合初学者来使用 　　有人说摩尔纹也可以后期啊，像尼康Capture NX2就提供了消除摩尔纹和伪色的功能，实际使用效果也不错。 傻瓜化的数字低通功能被集成进了后期处理软件中 　　实际上，现在在电子行业的设计中也开始越来越多的应用数字低通滤波器来代替物理低通，毕竟成本更低、设计更灵活。但在相机的低通设计里，有一个最大的问题是数字低通不得不考虑的。 　　数字低通从理论上来说只能应用于RAW文件，而且要消耗不小的运算量。RAW文件保留了传感器获得的R、G、B像素的三层分立数据（这也是为什么RAW文件可以无损状态任意调节白平衡的原因），数字除摩尔纹的操作需要先将它们都过一遍数字低通，然后再进行内插猜色出图的运算。而如果将含有摩尔纹的单层jpg文件进行数字低通的话，你得到的会是一张比较模糊的含有摩尔纹的jpg文件。 数字低通对JPEG文件无效 　　这也是目前无低通产品面临的最大问题——不太适合初学者使用。由于数字低通算法的复杂性，相机内的处理器即使采用了除摩尔纹运算，也只能受限于简化的算法和较低点数的FFT操作而无法获取好的结果，初学者拍摄到此一游照片几乎都会涉及人物，只要离得近一些，人物衣物上的高频细节就会有在照片中产生摩尔纹的可能。对于不使用RAW进行后期处理的用户这几乎是毁灭性的。 ·一台性能均衡的机器更适合我们 　　不过好在现在传感器的像素密度越来越高，全画幅传感器即将迈上54MP的新高度。所以裁撤光学低通滤波器应该是大势所趋，采用这块传感器的相机不再具有含低通版本也是有可能的。 传感器的像素密度正在迈向新高度 EOS 5D MarkIII是一台均衡的机器，在OLPF的设计上同样的体现了这一 　　而且现在的相机就算没有完全的去除低通，也对低通进行了优化设计。索尼α99明确的提出采用多点分离式光学低通，对高频细节具有更好的保留效果。而佳能EOS 6D、EOS 5D MarkIII和EOS 70D这三台机器也随着像素密度的提高相应的削弱了OLPF的滤波效果，有些人感觉到虽然像素数量接近但是EOS 5D MarkIII的分辨率比EOS 5D MarkII要好一些，无不受益于此。