Friday, October 20, 2017

数码相机摩尔纹产生的原理和条件

用数码相机拍摄景物中,如果有密纹的纹理,常常会出现莫名其妙的水波样条纹。这就是摩尔纹。最近关于摩尔纹讨论比较多,本文就摩尔纹的原理及其产生条件作一些分析。

简单的说,摩尔纹是差拍原理的一种表现。从数学上讲,两个频率接近的等幅正弦波叠加,合成信号的幅度将按照两个频率之差变化。差拍原理广泛应用到广播电视和通信中,用来变频、调制等。

同样,差拍原理也适用于空间频率。空间频率略有差异的条纹叠加,由于条纹间隔的差异、重合位置会逐渐偏移,也会形成差拍。

图1是两个空间频率略有差异的条纹,它们左端黑线位置相同,由于间隔不同,向右边逐渐线条就不能重合了。


图1

图2是这两个条纹重叠的结果,左边由于黑线重合,所以可以看到白线。而右边逐步错位、白线对着黑线,重叠结果变得全黑。有白线和全黑的变化,组成了摩尔纹。为了让大家看到摩尔纹产生过程,两组条纹没有完全重合,上下各有一段独立。


图2

图3的两个条纹的空间频率相差较大,结果在画面中出现了四次重合-错位过程,形成的摩尔纹空间频率提高了4倍!


图3

图4:将图3的两组条纹完全重合、后退几步去掉眼镜,就可以看到典型的摩尔纹了!


图4

图5、图6:如果空间频率相差很大,理论上将形成很密的摩尔纹。而实际上由于每个周期所占的像素减少、反而不明显了!


图5


图6

从上面分析可以看出:如果感光元件CCD/CMOS像素的空间频率与影像中条纹的空间频率接近,就会产生摩尔纹。

结论就是:要想消除摩尔纹,应当使镜头分辨率远小于感光元件的空间频率!

当这个条件满足时,影像中不可能出现与感光元件相近的条纹,也就不会产生摩尔纹了!据说数码相机中为了减弱摩尔纹,安装有低通滤波器(低通滤镜)滤除影像中较高空间频率部分,这当然会降低图像的锐度。将来的数码相机如果像素密度能够大大提高、远远超过镜头分辨率,也就不会出现讨厌的摩尔纹了!

很明显,胶片记录影像的过程中不存在规律分布的像素,也就没有固定的空间频率,所以也不会出现摩尔纹!

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