紫边产生的原因分析.docx

紫边产生的原因分析（一）问题的出现使用数码相机或者数码摄像机，大家可能常常会发现，在拍摄高反差 大背光物体的照片中，物体边缘出现了刺眼的"紫边” （Purple Fringing），这一点，几乎绝 大部分 DC 和 DV 都存在此问题，无一幸免，差别只是程度问题，有的格外严重有的程度稍 轻这个问题困扰了大家很久二） 争论和解释这个困扰大家 N 长时间的问题，想解决它，就首先得弄清楚问题产生的根源到底在哪儿，罪魁祸首到底是谁？百花齐放百家争鸣，各种各样的解释出现了，有 的说是镜头质量问题，有的说是光学色散问题，有的说是软件算法问题，各持一词，莫衷一 是，每一种说法，听起来都有点道理，但又不能完美的解释所有的现象和问题你说是镜头 问题吧，那传统银盐胶卷相机上却从来没有出现此类问题，哪怕是100多元塑料镜头的Tom 相机；你说是光学色散问题吧，色散的表现又不是这个样子的，很勉强；你说是软件算法问 题吧，有点道理，可似乎不是根本原因，算法问题不至于这么难以解决开始，我也很迷惑， 当时，在dpreivew （可以算是数码摄影器材第一权威网站了吧）上看到了 Phil Asky对紫边 的定义和解释 Chromatic Aberration （色差），乍一看很有道理，可是问题是为什么只有DC。

DV才有这个问题，Phil的解释没能解答这个问题慢慢地，随着对DC、DV成像原理 的深入了解，尤其是PMA2002上Foveon公司的X3 CMOS技术的提示，我发现Phil的解释 可以说是误入歧途Chromatic Aberration （色差），有着很清晰的定义，就是镜头光学上的 误差，原理上简单说，镜头成像因为光或者其他辐射的波长不同而变化的一种光学缺陷，色 差有两种，一种是Axial Chromatic Aberration，另一种是Transverse Chromatic Aberration 都 会导致白光“分散”成光斑或者彩虹状的光边具体体现在照片上，就是影像的边缘原本是单 纯白色，因为色差而变成 RGB 三原色不能重叠在同一线从现象上来说， Chromatic Aberration 可以解释紫边问题，但是Chromatic Aberration说不能解释的是，为何采用同样的镜头,DC/DV 和传统银盐相机相比会有截然不同地表现三） 抓出“紫边"的真凶其实，DC/DV上出现的紫边现象，正确的理解，根源原因有如下两点：1衍射（Diffraction）2Mosaic遮罩滤镜式CCD的彩色插值这两点，衍射是导火 索，真凶是CCD!就这两点挨个分析：衍射（Diffraction），学过大学普通物理一光学的都明 白，一种光波的基本特性，其理论基础是——光线是一种波，有一定的波长。

当光线通过一 些小孔或者窄缝时，在物体的边缘出现的光波分散现象由此可得，高反差大背光景物，当 强光通过其边缘时，就已经产生了衍射现象（颜色化边），然后才会经过镜头成像所以，把 出现颜色花边归罪于镜头品质是错误的好了，导火索出来了，同样的光学衍射，为什么偏 偏在DC/DV上变成了刺眼的紫边呢？其实，与其叫做紫边，科学的来说，应该叫做洋红边， HEhe，通过Photoshop中对“紫边”的色彩分析，可以发现，大部分紫边的主要构成就是洋 红（Magenta, CMYK四色之一），这些紫边（抑或洋红边）到底如何出现的呢？ 紫边，是由于高反差大背光静物边缘，产生光学衍射，加上DC/DV的CCD在色彩插值时的固有缺 陷造成！分析现在现在的CCD （除了 Foveon X3 CMOS）都是Mosaic遮罩式，CCD本身不感 知色彩，透过CCD每个象素前面的RGB （或者CYGM）滤镜，一个象素只测R，G，B其中 一种原色的密度，再由相机内部软件进行彩色化插值处理，利用周边象素信息“猜测”插值出 其他颜色详细的CCD成像原理不是这篇文章的重点，感兴趣的可以参考其他专业文章论 述），注意！产生紫边的关键点就在这个彩色插值过程中！这个插值过程并不可能完全反映 真实的色彩分布（就紫边而言就是那部分边缘产生的衍射部分），相机里的算法只能通过周 边的象素“推测”出真正的全色分布，这也造成了边缘不清晰，色彩干扰等一系列问题，也产 生了刺眼的紫边。

也许你会问了，那为什么色彩“推测”式插值后，产生的不是绿边，黄边， 黑边,而是紫边呢？根据对Mosaic CCD的GRGB滤镜的分析，滤镜的排列方式一般都是Bayer Battern，R G R G R G R GG B G B G B G B R G R G R G R GG B G B G B G B R G R G R G R G 可以看 出,而由于彩色插值“推测式”算法, R＋B 时最容易推测出来的——就是 Magenta 洋红,就 是大部分紫边的主色；另外，还有一大堆的G，B什么地组合，实际检验高反差大背光景物 照片发现，除了紫边，还有兰边，还有同一个衍射边缘，同时出现蓝和洋红等色边••••••按照 我的分析，应该是各个相机的具体插值算法差异这一点可以在Phil的网站上各个相机的评 测中，都有专门对紫边的测试中看出，没有一个是没有一长色边的，有的是紫边，改进了， 就成了肉眼不恨敏感的兰边什么的••••••事实上，从DV上也可以看出，单CCD DV，出现紫边 的几率不比DC低，但是高端的3CCD DV，由于RGB三色分色处理，无需色彩插值，因此， 3CCD DV上，就压根没了紫边问题。

四）结论从上面的分析可以得出，紫边问题完全是Mosaic CCD在处理衍射边缘时彩 色插值算法的固有缺陷造成在高背光物体边缘，物体边缘的光线会产生衍射，在胶片上反 映为边缘质素降低而在Mosaic CCD成像的DC、DV 上,更会因为"猜测”性插值的简单粗暴化 特性出现洋红或者蓝色的异常色边，肉眼整体看来，效果就是紫边了So,我们可以得出 结论——不根本改变目前的 Mosaic 遮罩式 CCD， “紫边”的问题永远不可能从根本上解决， 但是，可以通过改进插值算法，使\"紫边\"显现起来让肉眼不那么敏感（这就是各个相机厂 家的功力了，这也可以说明为什么Canon G1和G2同样用一款镜头，而G1紫边较严重，G2 就有很大改进几乎看不出来（变成了浅蓝色、灰色边） ——软件算法改进了嘛）（五）规避和解决根本解决在DC/DV上的紫边问题，就要革单Mosaic CCD的命一一要么就 用3CCD分别处理，要么……欣慰的是，Foveon的X3 CMOS，革命性的彻底改变了传统的CCD 的Mosaic遮罩方式，也从根源上使得紫边问题永远不会发生（因为X3 CMOS每一个象素色 彩都是真实感应而不存在一星半点的插值和“猜测”）。

就目前的DC/DV而言，没有治本的良 方，但可以治标，拍摄时就注意避免高反差大背光景物，要不就闪光灯什么地补点光降低些 反差要么就后期通过Photoshop，针对紫边中的洋红色进行替换处理。