【HarmonyOS HiSpark AI Camera試用連載 】萌新闖關(guān)之?dāng)z像頭色散與紫邊現(xiàn)象總結(jié)

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【HarmonyOS HiSpark AI Camera試用連載 】萌新闖關(guān)之?dāng)z像頭色散與紫邊現(xiàn)象總結(jié),   
本帖最后由 南梔向北 于 2020-12-21 23:41 編輯



在視覺領(lǐng)域中，相機(jī)的選擇與調(diào)試是非常深的一門學(xué)問，將環(huán)境的各種光源信息和色彩信息保存下來，不僅與CMOS和CCD的硬件參數(shù)息息相關(guān)，而且在軟件層對(duì)數(shù)據(jù)的處理也非常重要，原生相機(jī)的拍照效果往往存在諸多的缺陷，因?yàn)樽罱�蟲蟲在調(diào)試攝像頭時(shí)遇到了這類問題，本文就相機(jī)拍照經(jīng)常出現(xiàn)的兩種現(xiàn)象：色散和紫邊，做一個(gè)總結(jié)梳理，如果有不正確的地方歡迎大家指正，在此蟲蟲先謝謝大家了。

        色散是一種光學(xué)現(xiàn)象，在光學(xué)儀器里色散是一種缺陷，“色散”顧名思義就是光通過光學(xué)鏡片后不同顏色的光出現(xiàn)分離散開的現(xiàn)象。除了激光類比較純的光源外，自然界里大多數(shù)光源都是由多種不同顏色的光混合而成，如太陽(yáng)光就是由七色可見光和紅外紫外等組合的混合光。造成的色散的主要原因是：不同顏色的光有著不同的波長(zhǎng)，普通光學(xué)元件的折射率會(huì)因光的波長(zhǎng)不同而改變。具體表現(xiàn)在照相上，色散會(huì)影響到成像的色純度和間接的成像銳度，也就是說色散大的相機(jī)鏡頭拍出的照片顏色不正不濃郁和清晰度差。而那些高價(jià)的相機(jī)鏡頭就是使用了昂貴的低色散材料加工成的鏡片，所以拍出的照片就色彩純正清晰耐看，目前非�；鸬墓饪虣C(jī)鏡頭就屬于非常高端的的工藝了。



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紫邊現(xiàn)象：

　　數(shù)碼相機(jī)的紫邊是指數(shù)碼相機(jī)在拍攝取過程中由于被攝物體反差較大，在高光與低光部位交界處出現(xiàn)的色斑的現(xiàn)象即為數(shù)碼相機(jī)的紫色（或其它顏色）。紫邊出現(xiàn)的原因與相機(jī)鏡頭的色散、ccd成像面積過�。ǔ上駟卧�密度大）、相機(jī)內(nèi)部的信號(hào)處理算法等有關(guān)。

　　在色散現(xiàn)象中出現(xiàn)的顏色異常邊緣線條通常是紫色的。然而，“紫邊”要說明的東西并不僅僅于此。紫邊還表示了數(shù)碼相機(jī)在是使用微型鏡頭導(dǎo)致的一種典型現(xiàn)象。在一幅照片中，紫邊比其他色散現(xiàn)象更加顯而易見。特別當(dāng)逆光拍攝或拍攝對(duì)比極強(qiáng)烈的物體時(shí)，紫邊尤其容易出現(xiàn)。高光溢出也是導(dǎo)致紫邊清晰可見的原因之一。

紫邊現(xiàn)象是所有數(shù)碼相機(jī)的“通病”，需要長(zhǎng)期改善。

（一）“紫邊”問題的出現(xiàn)

　　使用數(shù)碼相機(jī)或者數(shù)碼攝像機(jī)，可能常常會(huì)發(fā)現(xiàn)，在拍攝高反差大背光物體的照片中，物體邊緣出現(xiàn)了刺眼的“紫邊”，這一點(diǎn)，幾乎絕大部分DC和DV都存在此問題，無一幸免，差別只是程度問題，有的格外嚴(yán)重有的程度稍輕。

　�。ǘ�）爭(zhēng)論和解釋

　　這個(gè)困擾大家N長(zhǎng)時(shí)間的問題，想解決它，就首先得弄清楚問題產(chǎn)生的根源到底在哪兒，罪魁禍?zhǔn)椎降资钦l？

　　百花齊放百家爭(zhēng)鳴，各種各樣的解釋出現(xiàn)了，有的說是鏡頭質(zhì)量問題，有的說是光學(xué)色散問題，有的說是軟件算法問題，各持一詞，莫衷一是，每一種說法，聽起來都有點(diǎn)道理，但又不能完美的解釋所有的現(xiàn)象和問題。你說是鏡頭問題吧，那傳統(tǒng)銀鹽膠卷相機(jī)上卻從來沒有出現(xiàn)此類問題，哪怕是100多元塑料鏡頭的Tom相機(jī)；你說是光學(xué)色散問題吧，色散的表現(xiàn)又不是這個(gè)樣子的，很勉強(qiáng)；你說是軟件算法問題吧，有點(diǎn)道理，可似乎不是根本原因，算法問題不至于這么難以解決。

　　開始，我也很迷惑，當(dāng)時(shí)，在dpreivew（可以算是數(shù)碼攝影器材第一權(quán)威網(wǎng)站了吧）上看到了PhilAsky對(duì)紫邊的定義和解釋——ChromaticAberration（色差），乍一看很有道理，可是問題是為什么只有DC。DV才有這個(gè)問題，Phil的解釋沒能解答這個(gè)問題。慢慢地，隨著對(duì)DC、DV成像原理的深入了解，尤其是PMA2002上Foveon公司的X3CMOS技術(shù)的提示，我發(fā)現(xiàn)Phil的解釋可以說是誤入歧途。

　　ChromaticAberration（色差），有著很清晰的定義，就是鏡頭光學(xué)上的誤差，原理上簡(jiǎn)單說，鏡頭成像因?yàn)楣饣蛘咂渌�輻射的波長(zhǎng)不同而變化的一種光學(xué)缺陷，色差有兩種，一種是AxialChromaticAberration，另一種是TransverseChromaticAberration，都會(huì)導(dǎo)致白光“分散”成光斑或者彩虹狀的光邊。具體體現(xiàn)在照片上，就是影像的邊緣原本是單純白色，因?yàn)樯�差而變成RGB三原色不能重疊在同一線。

　　從現(xiàn)象上來說，ChromaticAberration可以解釋紫邊問題，但是ChromaticAberration說不能解釋的是，為何采用同樣的鏡頭，DC/DV和傳統(tǒng)銀鹽相機(jī)相比會(huì)有截然不同地表現(xiàn)。

　　（三）抓出“紫邊”的真兇

　　其實(shí)，DC/DV上出現(xiàn)的紫邊現(xiàn)象，正確的理解，根源原因有如下兩點(diǎn)：

　　1。衍射

　　2。Mosaic遮罩濾鏡式CCD的彩色插值

　　這兩點(diǎn)，衍射是導(dǎo)火索，真兇是CCD！

　　就這兩點(diǎn)挨個(gè)分析：

　　衍射，學(xué)過大學(xué)普通物理－光學(xué)的都明白，一種光波的基本特性，其理論基礎(chǔ)是——光線是一種波，有一定的波長(zhǎng)。

　　當(dāng)光線通過一些小孔或者窄縫時(shí)，在物體的邊緣出現(xiàn)的光波分散現(xiàn)象。由此可得，高反差大背光景物，當(dāng)強(qiáng)光通過其邊緣時(shí)，就已經(jīng)產(chǎn)生了衍射現(xiàn)象（顏色化邊），然后才會(huì)經(jīng)過鏡頭成像。所以，把出現(xiàn)顏色花邊歸罪于鏡頭品質(zhì)是錯(cuò)誤的。

　　但是 同樣的光學(xué)衍射，為什么偏偏在DC/DV上變成了刺眼的紫邊呢？

　　其實(shí)，與其叫做紫邊，科學(xué)的來說，應(yīng)該叫做洋紅邊，HEhe，通過Photoshop中對(duì)“紫邊”的色彩分析，可以發(fā)現(xiàn)，大部分紫邊的主要構(gòu)成就是洋紅（Magenta，CMYK四色之一），這些紫邊（抑或洋紅邊）到底如何出現(xiàn)的呢？

　　——紫邊，是由于高反差大背光靜物邊緣，產(chǎn)生光學(xué)衍射，加上DC/DV的CCD在色彩插值時(shí)的固有缺陷造成！

　　分析現(xiàn)在現(xiàn)在的CCD（除了FoveonX3CMOS）都是Mosaic遮罩式，CCD本身不感知色彩，透過CCD每個(gè)象素前面的RGB（或者CYGM）濾鏡，一個(gè)象素只測(cè)R，G，B其中一種原色的密度，再由相機(jī)內(nèi)部軟件進(jìn)行彩色化插值處理，利用周邊象素信息“猜測(cè)”插值出其他顏色。（詳細(xì)的CCD成像原理不是這篇文章的重點(diǎn)，感興趣的可以參考其他專業(yè)文章論述），注意！產(chǎn)生紫邊的關(guān)鍵點(diǎn)就在這個(gè)彩色插值過程中！這個(gè)插值過程并不可能完全反映真實(shí)的色彩分布（就紫邊而言就是那部分邊緣產(chǎn)生的衍射部分），相機(jī)里的算法只能通過周邊的象素“推測(cè)”出真正的全色分布，這也造成了邊緣不清晰，色彩干擾等一系列問題，也產(chǎn)生了刺眼的紫邊。



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部分資料參考自：xrdsjb001 大佬的博客

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