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低通滤镜和摩尔纹

低通滤镜(全称“光学低通滤波器”,英文Optical Low-Pass Filter,缩写OLPF)是一块位于感光元件前端的光学元件,主要作用是消除摩尔纹。

什么是摩尔纹呢?按照百度百科上的解释,摩尔(Moir é)纹是数码相机、扫描仪等设备上的感光元件出现的高频干扰,会使图片出现高频率的条纹。下图中,建筑物表面砖墙上出现的条纹就是摩尔纹。除了砖墙外,服装、织物等具有高密度纹理的对象也容易出现摩尔纹。

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▲出现摩尔纹的画面

为什么会出现摩尔纹?摩尔纹是数码摄影时代的产物。对于常见的普通马赛克型感光元件(红:绿:蓝=1:2:1,2×2矩阵),在遇到空间频率超过感光元件奈奎斯特频率(最低允许的抽样率)时,就会出现摩尔纹。深究原因的话:一方面,数字感光元件上的像素是有序、规则排布的;另一方面则是马赛克型感光元件在生成彩色图像时需要使用反马赛克算法。

如何克服摩尔纹?绝大多数相机采用低通滤镜来减轻摩尔纹。低通滤镜相当于一片物理模糊滤镜,它能降低摩尔纹,但也会损失一些画面细节。

取消低通滤镜的3种方式

目前,市场上有一些产品取消了低通滤镜,它们可以分成3种情况:

  • 直接取消低通滤镜:这是最简单粗暴的做法,对画质的提升也最明显。由于有效像素不断攀升,感光元件的像素密度和奈奎斯特频率也就随之提高,会产生摩尔纹的拍摄对象就少了很多。从目前的情况看,APS-C画幅1600万像素以上产品,全画幅3600万像素以上产品适合直接取消低通滤镜。
  • 抵消低通效果:这是一种适用于单反相机的过渡方案,能够在不影响绝大部分元件装配流程的前提下,推出具有低通效果和不具有低通效果的两个版本(比如尼康D800和D800E,佳能5DS和5DS R)。由于光学元件依然存在,因此抵消方案相对于第1种做法来说,画质提升不够彻底。
  • 消除摩尔纹成因:最后一种方法是通过调整感光元件来消除摩尔纹的成因。既然低通滤镜是与摩尔纹伴生的,没有摩尔纹自然就不需要低通滤镜。代表产品有适马X3型CMOS(采用3层全色彩感光)、富士X-Trans CMOS(提高原色滤镜的无序性)。相对于成熟的马赛克型感光元件,适马和富士的方案存在其他一些不足。
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▲尼康D800E实际上是有低通滤镜,无低通效果。

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▲适马X3型感光元件采用分层全色彩感光,生成图像时无需反马赛克算法。

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▲富士X-Trans感光元件通过增大原色滤镜的无序性,以减轻摩尔纹。

低通效果可控技术

既然有无摩尔纹是与拍摄对象相关的,那么低通滤镜能不能像偏振镜、减光镜那样可以随意启用或停用呢?这样拍摄风景等不易出现摩尔纹的对象时,可以关闭低通滤镜获得更高分辨率;拍摄衣物等易出现摩尔纹的对象时,可以开启低通滤镜减轻摩尔纹。随着技术发展,我们的“幻想”已经变成现实。

  • 宾得的低通滤镜模拟功能:宾得K-1、K-3系列数码单反通过使用机身防抖做子像素级位移,实现低通效果的选择性开启和强度控制。同时,K-1、K-3II的像素偏移分辨率技术更利用机身防抖功能实现了类似适马X3的全色彩感光,从成因上消除摩尔纹。
  • 索尼的光学可调节低通滤镜:索尼RX1RII将液晶面板只作为低通滤镜,通过对液晶面板应用电压并控制操作,实现低通效果的选择性开启和强度控制。

两种低通效果可控技术,宾得由于要移动机身防抖组件,因此限制较多(低通滤镜模拟功能要求快门速度小于等于1/1000秒,且不适用于HDR模式;像素偏移分辨率技术则要求使用三脚架拍摄)。而索尼的方案则比较黑科技,几乎不存在任何限制,可以说是目前最完美的解决方案。

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▲宾得的低通滤镜模拟功能

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▲宾得的像素偏移分辨率技术

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▲索尼的光学可调节低通滤镜

遇到摩尔纹怎么办

如果在拍摄时遇到摩尔纹,我们可以尝试:

  • 改变焦点、焦距和拍摄角度
  • 改变曝光参数(主要是光圈)
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▲微调拍摄角度,摩尔纹大幅减轻

低通滤镜相当于一片物理的模糊滤镜。同理,在镜头最佳光圈时也是比较容易出现摩尔纹的。ET有一次拍摄活动合影照,为了保持景深而使用了F8、F11的光圈。结果后期查看时,发现全开光圈时的照片几乎没有摩尔纹;而小光圈下的照片,西服上就有比较明显的摩尔纹。

无低通滤镜产品

  • 佳能:5DS R(抵消低通效果)
  • 尼康:D810、D800E(抵消低通效果)D500、D7200、D7100、D5500、D5300、D3300、V3、J5、J4
  • 索尼:A7RII、A7R、RX1RII、RX1R
  • 宾得理光:645Z、645D、K-1、K-3系列、K-5 IIs、GR
  • 奥林巴斯:E-M1、E-M5II、PEN-F
  • 富士:X-Pro系列、X-T1、X-E系列、X-M1、X100T、X100S、X30、X20
  • 适马:SD系列、DP系列
  • 徕卡:SL、M系列(包括M-M、M-P、M-E)、Q、T

需要强调的是,无低通滤镜不代表没有保护镜,所以取消低通滤镜不代表降低了感光元件表面的强度。

基础知识


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外部连接


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★关于我★

滕飞,网名ET。中国摄影家协会会员,资深摄影器材撰稿人。曾在《大众摄影》、网易数码等媒体工作。

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