主題討論 - [教學] 紅外線數碼攝影 (2008.08.03 更新... 第五章: 後期製作)

KKH · 09-01-07, 04:38 PM

紅外線數碼攝影 - 第四章: 停下來, 休息一下 - 補完篇

這一章先來補完一下之前三章中曾經提及的東西.

4.1 照相機的光譜動態範圍

現代數碼相機的 sensor, 都用 R, G, B 三種對不同顏色波長敏感的 pixels. 姑勿論不同排列而引至的 colour extrapolation, R,G,B 三種 photo pixels, 除了本身針對的顏色的 wavelength 外, 其實三種 photo pixels 對 750nm-1100nm 的 Near IR 也有一定的敏感程度.

詳細可看 LDP LLC 的官網, 上有一張 typical 的 sensor response graph -> http://www.maxmax.com/camera_technical.htm. 留意除了紅色 photo pixels 會錄取 IR, 藍色和綠色 photo pixels 也會錄取 IR, 但敏感度不如紅色.

那代表什麼呢? 如果好好利用藍色和綠色的 IR signal, 是可以做出很有趣的 false colours 效果的.

圖十一. False colours. The Traffic Lights Christmas Tree in Docklands, London, U,K.

4.2 Near IR

第 1 章已說明過, 照相機的 sensor, 對 IR 的敏感範圍, 大概是 Near IR 的前半, 由 750nm - 1100nm 左右.

那 Near IR (近紅外線 or NIR) 其實是什麼來的呢?

不同溫度的物體會釋放出不同 wavelength 的 radiation. 室溫下的東西, 會釋放出 3000nm 以上的 radiation, 這是 Far IR (遠紅外線) 的範圍. 當物體的溫度愈高, 它釋放的 radiation 的 wavelength 範圍會愈闊也愈低. 大概 500°C 以上的的物體, 所釋放的 wavelength 範圍, 會觸及 Near IR 的範圍. 亦即是說, 照相機的 sensor, 可以錄取溫度十分高的物體所釋放的 Near IR, 例如熔岩, 白熱化金屬, 或你家裡的鎢絲燈; 但就不能錄取你和我身上釋放的 Far IR, 因為你和我釋放的 IR wavelength 太長, 超出照相機 sensor 的 IR 敏感範圍.

以上說的是「釋放」, 現在說說「反射」.

在一個有 Near IR 成份的光源下, 例如太陽或鎢絲燈, 當物質反射 Near IR 時, 物體的輪廓, 可以由照相機 sensor 錄取下來! 由於是反射, 物體溫度即使只在室溫, 我們也可以利用 Near IR 把它拍下來. 另外, 值得再一提的是, 不同的物質, 其反射 IR 的程度, 跟其反射可見光的程度, 是不儘相同的. 之前第 1.3 章和第 3.2 章都說過了, 物質如植物, 泥土, 尼龍, Near IR 反射率都十分高. 相反地, 水, 天空的 Near IR 反射率就十分低. 所以拍攝時會出現第 3.2 章所說的曝光補償的考慮.

4.3 IR Hot Spot

使用現代攝影器材拍攝 IR 時, 往往會發生一件奇怪的事情, 就是畫面中間的部份特別明亮!

現代攝影鏡頭的光學設計, 以光譜的角度看, 仍然是基於菲林照相機的需要的 (*1). 可見光的傳送當然是設計的首要考慮, 這個不用多說. UV 的瀘隔也是十分重要的考慮, 因為菲林大多對 UV 敏感, 不隔走 UV 便會出現 blue cast (*2). 但 IR 呢? 菲林對 IR 可是完全沒反應的! (HIE 當然除外) 因此, 鏡頭設計大都不理會 IR 的傳送, 結果是, 鏡頭傳送 IR 的特性, 往往沒有人知道, 也往往每支鏡頭都不同, 而且也不能用「一分錢一分貨」的 ball park 標準來判斷一支鏡頭的 IR 質素.

既然設計上大都不考慮 IR, 出現 hot spot, 奇怪的 flare 等等的東西, 其實也無可厚非吧.

至於那支鏡頭沒有 IR hot spot? 官方當然沒公佈. 網上有不少熱心人士, 根據各自的經驗, 列出了各種鏡頭的 IR hot spot 嚴重程度. 可是由於沒有量度標準, 有沒有 IR hot spot, 往往很主觀. 而且場景選擇, 光線選擇, 都會大大地影響 IR hot spot 有多明顯. 以我個人的主觀經驗, 使用過的少數 L 鏡當中, 沒有一支及格, 反而一支十分經濟的 EF28-135 我就從來沒見過 IR hot spot, 所以這支鏡頭現已成為了我的 IR 專用鏡頭了. 世事往往很出人意表吧. OTZ

*1: 現代攝影鏡頭也有所謂「數碼化」, Sales pitch 背後, 基本上只是減少內反射而已, 而這樣做是因為 sensor 的反光程度比菲林高很多.

*2: 就算不加 UV 瀘鏡, 大部份鏡頭本身都已經隔走不少 UV, 那 UV filter 的意義是什麼呢? 再加上數碼時代的 sensor 對 UV 又沒反應, 你是不是應該省下買 filter 的幾百塊錢請我飲茶呢?

圖十二. IR Hot Spot! 攝於 Boxing Day 的塔門, 當天熱死人喲!

4.4 IR-Cut Filter vs Low-Pass Filter

照相機的 sensor 前, 有兩片 filter 經常令人混淆以為是同一片東西, 就是 IR-cut filter 和 low-pass filter.

兩片東西來的啊, 沒騙你, 請看 Canon 的 EOS-1D Mark III 官方解說 -> http://www.canon.com/camera-museum/t...t/f_index.html. 當中 Figure 3 再清楚不過了.

IR-cut filter 的作用當然是隔走 IR, 因為 sensor 對 IR 也敏感啊. 如果拍可見光同時也讓 IR 進入 sensor, 由於 IR 的對焦距離和敏感度, 跟可見光都不同, 所以會「污染」影像, 這個在第 1.2 章早有提及.

至於 LPF (Low-Pass Filter, or Anti-Alias Filter), 作用是減低 moiré 紋的出現機會, 這跟 IR-cut 的功能是完全不同的. 一般說到 low-pass, high-pass, band-pass 什麼的, 說的是 frequency, 不是 wavelength (誤導成份十分高的 marketing 稿除外). 照相機的 LPF, 隔走的也是 high frequency (即 short wavelength, 但我孤陋寡聞不知道有多 short). 目的是隔走 high frequency, 減低 moiré 紋出現的機會, 但不幸地細節也是 high frequency, 所以細節也丟了十少.

題外話, 第 3.1 章中提及的其中一間 IR 改機公司, LDP LLC, 也有另一種改機服務, 就是只把 LPF 拆掉 (但 IR-cut 保留), 結果照片 sharpness 大增, 不過 moiré 紋亦統統都跑出來了.

4.5 設計上「High Speed IR 可能」的照相機

以我所知有兩部.

* Sigma SD14
* Mamiya ZD

兩部照相機都可以把機內的 IR-cut filter 隨意拆下來. 當然, 要拍 IR, 仍需要在鏡頭前加一片 IR-pass (visible-cut) filter, 而且 IR focus 亦仍需人手調整. 方便程度當然不及 IR-only 的改機, 不過只要裝上 IR-cut filter, 照相機可以跟正常照相機一樣拍可見光, 這又是另一種方便.

另外說說兩部好像適合, 但其實不適合拍 high speed IR 的照相機. 一部是 Canon EOS 20Da. 另一部是 Leica M8.

20Da 的 IR-cut filter, 根本沒拆掉. 拍 IR 的話, 跟第 2 章所講的 low speed IR 是完全一樣的, 而 highspeed IR 則是不可能的. 根據官方文章, 20Da 的 IR-cut filter 的特性被更改成讓更多的 H-alpha 射線穿過 filter. H-alpha 射線的 wavelength 是 656nm, 是紅色可見光範圍內的 wavelength. 由於星雲裡的 hydrogen 會放出大量 H-apha, 所以拍星雲時, 照片可拍出一片紅色薄霧, 所以 20Da 是一部適合天文攝影的照相機, 而不是一部適合拍 high speed IR 的照相機.

M8 是一部很匪夷所思的照相機, 尤其從 IR 角度來看. 初發售時的 IR 污染風波的確令人哭笑不得, 結果 Leica 要免費送用家數片裝在鏡頭前的 IR-cut filter 才能擺平. 當然, 不愛用 filter 的死忠聞相派仍然哭笑不得吧. 官方解說由於機內空間有限, 所以 sensor 前裝的 IR-cut filter 厚度減半, 效果當然也減弱, 所以拍攝 IR 反射率高的物質, 如尼龍時, IR 污染令尼龍多了一層 red cast. 但是如果用來拍 IR 呢, 由於 IR-cut filter 仍然存在, 只是效果減弱, 所以仍然不適合拍 high speed IR 的. 真正「半桶水」, 匪夷所思, 匪夷所思... 不過怎麼都好, 我仍然好想要一部.

圖十三. Somewhere in Europe.

09-01-07, 04:38 PM	#5
KKH Anti-audiophile 你聽到了空氣的聲音嗎註冊日期: Dec 2001 文章: 8,296	紅外線數碼攝影 - 第四章: 停下來, 休息一下 - 補完篇這一章先來補完一下之前三章中曾經提及的東西. 4.1 照相機的光譜動態範圍現代數碼相機的 sensor, 都用 R, G, B 三種對不同顏色波長敏感的 pixels. 姑勿論不同排列而引至的 colour extrapolation, R,G,B 三種 photo pixels, 除了本身針對的顏色的 wavelength 外, 其實三種 photo pixels 對 750nm-1100nm 的 Near IR 也有一定的敏感程度. 詳細可看 LDP LLC 的官網, 上有一張 typical 的 sensor response graph -> http://www.maxmax.com/camera_technical.htm. 留意除了紅色 photo pixels 會錄取 IR, 藍色和綠色 photo pixels 也會錄取 IR, 但敏感度不如紅色. 那代表什麼呢? 如果好好利用藍色和綠色的 IR signal, 是可以做出很有趣的 false colours 效果的. 圖十一. False colours. The Traffic Lights Christmas Tree in Docklands, London, U,K. 4.2 Near IR 第 1 章已說明過, 照相機的 sensor, 對 IR 的敏感範圍, 大概是 Near IR 的前半, 由 750nm - 1100nm 左右. 那 Near IR (近紅外線 or NIR) 其實是什麼來的呢? 不同溫度的物體會釋放出不同 wavelength 的 radiation. 室溫下的東西, 會釋放出 3000nm 以上的 radiation, 這是 Far IR (遠紅外線) 的範圍. 當物體的溫度愈高, 它釋放的 radiation 的 wavelength 範圍會愈闊也愈低. 大概 500°C 以上的的物體, 所釋放的 wavelength 範圍, 會觸及 Near IR 的範圍. 亦即是說, 照相機的 sensor, 可以錄取溫度十分高的物體所釋放的 Near IR, 例如熔岩, 白熱化金屬, 或你家裡的鎢絲燈; 但就不能錄取你和我身上釋放的 Far IR, 因為你和我釋放的 IR wavelength 太長, 超出照相機 sensor 的 IR 敏感範圍. 以上說的是「釋放」, 現在說說「反射」. 在一個有 Near IR 成份的光源下, 例如太陽或鎢絲燈, 當物質反射 Near IR 時, 物體的輪廓, 可以由照相機 sensor 錄取下來! 由於是反射, 物體溫度即使只在室溫, 我們也可以利用 Near IR 把它拍下來. 另外, 值得再一提的是, 不同的物質, 其反射 IR 的程度, 跟其反射可見光的程度, 是不儘相同的. 之前第 1.3 章和第 3.2 章都說過了, 物質如植物, 泥土, 尼龍, Near IR 反射率都十分高. 相反地, 水, 天空的 Near IR 反射率就十分低. 所以拍攝時會出現第 3.2 章所說的曝光補償的考慮. 4.3 IR Hot Spot 使用現代攝影器材拍攝 IR 時, 往往會發生一件奇怪的事情, 就是畫面中間的部份特別明亮! 現代攝影鏡頭的光學設計, 以光譜的角度看, 仍然是基於菲林照相機的需要的 (1). 可見光的傳送當然是設計的首要考慮, 這個不用多說. UV 的瀘隔也是十分重要的考慮, 因為菲林大多對 UV 敏感, 不隔走 UV 便會出現 blue cast (2). 但 IR 呢? 菲林對 IR 可是完全沒反應的! (HIE 當然除外) 因此, 鏡頭設計大都不理會 IR 的傳送, 結果是, 鏡頭傳送 IR 的特性, 往往沒有人知道, 也往往每支鏡頭都不同, 而且也不能用「一分錢一分貨」的 ball park 標準來判斷一支鏡頭的 IR 質素. 既然設計上大都不考慮 IR, 出現 hot spot, 奇怪的 flare 等等的東西, 其實也無可厚非吧. 至於那支鏡頭沒有 IR hot spot? 官方當然沒公佈. 網上有不少熱心人士, 根據各自的經驗, 列出了各種鏡頭的 IR hot spot 嚴重程度. 可是由於沒有量度標準, 有沒有 IR hot spot, 往往很主觀. 而且場景選擇, 光線選擇, 都會大大地影響 IR hot spot 有多明顯. 以我個人的主觀經驗, 使用過的少數 L 鏡當中, 沒有一支及格, 反而一支十分經濟的 EF28-135 我就從來沒見過 IR hot spot, 所以這支鏡頭現已成為了我的 IR 專用鏡頭了. 世事往往很出人意表吧. OTZ 1: 現代攝影鏡頭也有所謂「數碼化」, Sales pitch 背後, 基本上只是減少內反射而已, 而這樣做是因為 sensor 的反光程度比菲林高很多. 2: 就算不加 UV 瀘鏡, 大部份鏡頭本身都已經隔走不少 UV, 那 UV filter 的意義是什麼呢? 再加上數碼時代的 sensor 對 UV 又沒反應, 你是不是應該省下買 filter 的幾百塊錢請我飲茶呢? 圖十二. IR Hot Spot! 攝於 Boxing Day 的塔門, 當天熱死人喲! 4.4 IR-Cut Filter vs Low-Pass Filter 照相機的 sensor 前, 有兩片 filter 經常令人混淆以為是同一片東西, 就是 IR-cut filter 和 low-pass filter. 兩片東西來的啊, 沒騙你, 請看 Canon 的 EOS-1D Mark III 官方解說 -> http://www.canon.com/camera-museum/t...t/f_index.html. 當中 Figure 3 再清楚不過了. IR-cut filter 的作用當然是隔走 IR, 因為 sensor 對 IR 也敏感啊. 如果拍可見光同時也讓 IR 進入 sensor, 由於 IR 的對焦距離和敏感度, 跟可見光都不同, 所以會「污染」影像, 這個在第 1.2 章早有提及. 至於 LPF (Low-Pass Filter, or Anti-Alias Filter), 作用是減低 moiré 紋的出現機會, 這跟 IR-cut 的功能是完全不同的. 一般說到 low-pass, high-pass, band-pass 什麼的, 說的是 frequency, 不是 wavelength (誤導成份十分高的 marketing 稿除外). 照相機的 LPF, 隔走的也是 high frequency (即 short wavelength, 但我孤陋寡聞不知道有多 short). 目的是隔走 high frequency, 減低 moiré 紋出現的機會, 但不幸地細節也是 high frequency, 所以細節也丟了十少. 題外話, 第 3.1 章中提及的其中一間 IR 改機公司, LDP LLC, 也有另一種改機服務, 就是只把 LPF 拆掉 (但 IR-cut 保留), 結果照片 sharpness 大增, 不過 moiré 紋亦統統都跑出來了. 4.5 設計上「High Speed IR 可能」的照相機以我所知有兩部. * Sigma SD14 * Mamiya ZD 兩部照相機都可以把機內的 IR-cut filter 隨意拆下來. 當然, 要拍 IR, 仍需要在鏡頭前加一片 IR-pass (visible-cut) filter, 而且 IR focus 亦仍需人手調整. 方便程度當然不及 IR-only 的改機, 不過只要裝上 IR-cut filter, 照相機可以跟正常照相機一樣拍可見光, 這又是另一種方便. 另外說說兩部好像適合, 但其實不適合拍 high speed IR 的照相機. 一部是 Canon EOS 20Da. 另一部是 Leica M8. 20Da 的 IR-cut filter, 根本沒拆掉. 拍 IR 的話, 跟第 2 章所講的 low speed IR 是完全一樣的, 而 highspeed IR 則是不可能的. 根據官方文章, 20Da 的 IR-cut filter 的特性被更改成讓更多的 H-alpha 射線穿過 filter. H-alpha 射線的 wavelength 是 656nm, 是紅色可見光範圍內的 wavelength. 由於星雲裡的 hydrogen 會放出大量 H-apha, 所以拍星雲時, 照片可拍出一片紅色薄霧, 所以 20Da 是一部適合天文攝影的照相機, 而不是一部適合拍 high speed IR 的照相機. M8 是一部很匪夷所思的照相機, 尤其從 IR 角度來看. 初發售時的 IR 污染風波的確令人哭笑不得, 結果 Leica 要免費送用家數片裝在鏡頭前的 IR-cut filter 才能擺平. 當然, 不愛用 filter 的死忠聞相派仍然哭笑不得吧. 官方解說由於機內空間有限, 所以 sensor 前裝的 IR-cut filter 厚度減半, 效果當然也減弱, 所以拍攝 IR 反射率高的物質, 如尼龍時, IR 污染令尼龍多了一層 red cast. 但是如果用來拍 IR 呢, 由於 IR-cut filter 仍然存在, 只是效果減弱, 所以仍然不適合拍 high speed IR 的. 真正「半桶水」, 匪夷所思, 匪夷所思... 不過怎麼都好, 我仍然好想要一部. 圖十三. Somewhere in Europe. 此篇文章於 10-25-07 11:31 PM 被 KKH 編輯。