单反紫边现象.docx

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1、单反紫边现象写这篇主要是因为昨天写了一篇关于天空为什么是蓝色的日志，跟光学相关吧，某同学 就问了一个关于相机成像的问题：“关于蓝紫光对人眼刺激作用不同导致看到的是蓝色 而非紫色，为什么换做相机拍照也是蓝色呀，相机的光感机制应该跟人眼不一样的 吧.？ ”我本想简单回答可能是相机传感器记录以及算法还原的影响吧。可是想想正好 前几天看到了相关的一个解释，然后消化过后来多说几句。先回答你的问题吧：蓝紫光对人眼刺激作用不同导致看到的是蓝色而非紫色，蓝光，看上去就是蓝光；紫 光，看上去就是紫光;蓝紫光对人眼的刺激作用有别，蓝光强紫光弱，等量蓝紫光混合， 人眼看上去偏蓝。OK，没问题。那么相机拍照后，我们想

2、象当然是希望照片跟实景的色度信息一致，至少呈比例，这样， 照片不会出现蓝紫问题，也就无所谓相机记录信息偏蓝还是偏紫的问题。但实际上，相 机的传感器CCD/CMOS也是对蓝光更敏感的，它看蓝紫色跟我们人眼看是类似的，见 下面几幅图（CCD和CMOS响应曲线形状差不多，就峰值不同而已）。既然这样，人眼 看不会出问题，相机看咋反而出了问题呢？Wavelength (nm)WAVE：UZMOTH 回 M】go 口口 ins口口n 口口臼口口曰口 ci1 nonWAVE：LEZMOTH VMM1See：http:/www.lpi.usra.edu/education/fieldtrips/2005/ac

3、tivities/ir spectrum/ 实际上对相机而言，有可能出现的是紫边”现象，玩单反追求完美的人可能会注意到。 “紫边也就是色差，理论上色散在影像中央及边缘都可以发生，不过由于边缘的光程较 长，因此色散也就特别明显。由于短波长的折射率较高，因此紫色对色差也特别敏感。 由色差而形成的紫边，通常可以在画面边缘看到，而由于紫色折射得较多，所以紫边一 般都是由内向外扩散。此外，远摄镜头的光程长，色散的现像也就特别容易看到如果 你所说的“相机拍照也偏蓝”是整张泛蓝，而不是我这里说的紫边”，那应该是相机传感 器或者图像处理算法的问题吧，因为ccd/cmos传感器对不同色光具有不同的动态范围 和灵

4、敏度，我们倒霉地被卖给了一个没校正到位的传感器吧，或者倒霉遇到个算法没把 这个色差以及人眼与传感器的差别校正回来。我的Google Nexus S手机拍出来也是整体 偏蓝的。Over。紫边现象：但是实际呢？ NO, nobody is perfect, nothing is perfect as well.玩单反的人都应该注意到所谓的“紫边”现象，下面这幅图就是糟糕的紫边现象，请看：简单地说，紫边现象就是物体边缘出现紫色模糊带，乍一看，还以为是自己手抖。更确切地说，数码相机的紫边是指数码相机在拍摄取过程中由于被摄物体反差较大，在 高光与低光部位交界处出现的色斑的现象即为数码相机的紫色（或其它颜

5、色）。紫边出现的原因与相机镜头的色散、ccd成像面积过小（成像单元密度大）、相机内部 的信号处理算法等有关。我理解得不多，主要说色散吧，其他两个再说吧。色散： 先说“色散”“色差这些东东，色散就是把混合光束分成单色光束，如棱镜把白光分成彩 虹色，色差就是色散的结果，是从成像方面来说的，即白色物点成像为彩色像斑。相机 透镜对自然光（白光）成像，同样道理，由于不同波长折射率不同，色散造成色差像 差。锁定探究像差，有位置色差和放大色差。轴向色散：很简单，看图说话:3-5图说：一个物点发出白光穿过透镜成像为一串像点，紫点在内，红点在外。所以这就悲 剧了，白色物点成像过后是彩色的，好像眼花了。显然光学不

6、希望这么悲催，就想了些办法:（pictures taken from http:/zh.wikipedia.org/wiki/%E8%89%B2%E5%B7%AE）在透镜的成像中存在一点（就相当于一串焦点的复合焦点啦），被称作最小模糊圆，在 那里色差可以被降低到最小。这个办法还不够，还要采用消色差透镜，消色差透镜是用 不同折射率和色散的材料组合构成的复合透镜，最常见的是双合透镜。此外，多种类型 的玻璃制造都基于了降低色差的考虑，其中最著名的例子是含有萤石成分的玻璃被广泛 应用在镜头中。这种混合型的玻璃具有非常低的光学色散特性，仅采用两块这种玻璃组 成的复合透镜就可以达到很高的消色差效果。至于这

7、些消色散技术究竟有多重要，呐， 搞个单反，对比一下五千和一万的镜头，或许能明白一点。还没完，上面只是说了近轴光线，还没说远轴区。因为我们普通拍照又不是只拍一个点， 而是拍一个面，远轴去的色散又如何？图3-5所示为近轴区的情形。如果从P点发出的 与光轴成有限角度（非近轴区）的白光，它也产生色差。对于这条实际白光其F光和 C光经光学系统折射后与光轴的交点，因各自的球差而不能与近轴光的像焉F与S C 相重合，两色光的球差不等，其位置色差也与近轴光的位置色差不同。可见，位置色差 的大小是随孔径角（或入射高度）的不同而有所改变。光学系统（包括摄影镜头）一般 只能对光束中某一入射高度光线校正色差，这就是我

8、们最常见的啦。这里说到“球差是默认透镜是球面的情形，那既然你是球面带来球差，我显然可以考虑 非球面来消除球差啊（这里我不太确定我对球差的理解是正确的，先这么理解吧，望 懂光学的指正）。结果，佳能就是这么干的。呐，看一个牛逼的镜头（报价四万多大洋 啊），参数这么标注:Canon EF 400mm f/4 DO IS USM 其中的 DO 指 Multi- Layer Diffractive Optical Element多层衍射光学镜片，它同时具有萤石和非球面镜片的特性，能有效抑制 色散和校正球面以及其他像差，目前主要用在长焦镜头领域。（普通透镜都是球面镜， 因为好磨，非球面镜不好磨，磨出来成本

9、就上去了，现在的非球面镜主要是在球面上镀 膜镀出的，技术就在控制镀膜厚度）。然后献上一副镜头剖面图吧，可以看到里面的各 种消色技巧：40Omni f/4 Lctis Incorporating Multi-Ld yer Dnffractive Opt ical Elem entMu Iti-Lj i据 r Diffra ct iw Optical ElementUD elementFluorite4LiOrnm f/4 Lens Digrind with 5 Refractive 匚iptigl Elsrnents OnlyWeight 1.930g (InGludlmi removable

10、tripud collar)Length :Appro x. 84 rnn_i shcrtr CShorterby 26-9E) Weight:Appro ?- 1j370g lighter CReduce d by 36 翌see: 横向色差:看起来好像完了，都搞定了 ？ NO,还有放大色差（或称倍率色差）呢？肿么回事?看图说话:放大色差与光阑位置有关，所以有两幅图：左图为光阑在透镜前，右图光阑在透镜后。 光阑，是光闸门的文艺说法，控制光的流通量的，在相机里面，N片光阑片就组成了光 圈。之前我不理解为什么光圈可以控制景深（小光圈景深大，大光圈景深小，如下图）， 看了这两幅图我才明白，原来是色

11、散在搞鬼:小光圈控制光线为近轴光，造成的色差小， 因此可以容忍更深的景深；而大光圈，光束宽，远轴光线造成的色差大，为了控制色散 保持清晰度，可选择的景深就被束缚住了。倍率色差严重时，物体的像有彩色边缘，即各种色光的轴外点不重合。因此，倍率色差 破坏轴外点的清晰度，造成白光像的模糊。大视场光学系统必须校正倍率色差。所以广 角镜头、鱼眼镜头贵不是没道理的，就是因为事儿多！尼康的9片5组园形鱼R噩头设中镜头长度8 8 mm)那么如何校正放大色差？前文讲过的，用双合透镜：一凹一凸，一个制造色散，一个消 色散。双合透镜组可同时校正位置色差和倍率色差。两个或多个若干薄透镜组，能同时 校正倍率色差和位置色差

12、的条件为：气叫（3-7）冬, 4=Q气叫（我都懒得看，别理它，只要知道满足一定条件，这个条件人能做出来，问题就能搞定，OK 了。当然，从这里也可以延伸一下，买了个好镜头，千万别载跟头，一个跟头上式 可能就不满足了，倒霉蛋就只有呼天抢地了。）消色差系统能使两种不同颜色光有相同的成像位置的光学系统，称为消色差系统；倍率色差和位置 色差同时得到校正的光学系统，称为稳定消色差系统；对某三种颜色的光校正色差的光 学系统称为复消色差系统；对四种颜色的光校正色差的光学系统称为超消色差系统。不 过后两种系统，只在极特殊情况下才采用。也就是说买个好镜头，也就是买一个牛逼的 消色差系统。“色差”说得很明白了，消色

13、差也讲了。那消色差”“色差校正”究竟是怎么个搞法？ 一般 消色差光学系统是对两种色光校正位置色差，当说光学系统已对波长分别为a、入2的 两种色光校正了位置色差，那就是说这两种色光的像就会有相同的位置。通常呢这种 条件已经满足我们日常所需了，普通镜头都是这么做的。如上，虽然校正了两色光的色差，他们具有共同像点。但是再考虑第三色光，像点又不 重合了，这个位置差称为二级谱线，如果还想校正二级谱线，那就要用复消色系统，长 焦制版物镜及高倍显微物镜等都必须考虑二级谱线，所以价钱也就这么上去了，真是事 儿花钱啊！结语：越看越深，光学博大精深，不是我这种门外汉能说得清，等有志之士写点科普出 来看看吧。主要原理受教于：http:/202.198.141.13:8080/Resource/cz/czwl/WLBL/WLS00040/3000 SR.htm