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數碼單反相機感光元件染塵的消除技巧
在前面的文章中,我們已經分別探討了如何以圖像處理處理技術來移除高ISO亮度噪聲與長曝光噪聲(long exposure noise),而本文的重點則放在單反相機所常遇見的第三種噪聲-感光元件染塵所造成的雜點,這也是一般圖像處理技術最困難處理的一種噪聲。
這種感光元件染塵問題通常只會出現在可以更換各種鏡頭的相機上,一般的消費型相機則因為沒有更換鏡頭的能力,所以並不會有染塵的困擾。
感光元件染塵簡介
隨著單反相機的功能越來越提高,而價格卻不斷地下降,大幅拉近了其與高階消費型相機的價格差距,所以這使得單反相機越來越有競爭力,也有愈來越多人加入到數碼單反相機的行列。
而由於單反相機是透過電力操控機械設備,容易產生輕微的靜電,因此在更換鏡頭的時候,若不注意就很容易將小塵埃吸入感光元件(CCD或CMOS)上,這會導致在拍攝的時候,在照片上產生小污點,這就是所謂的『染塵現象』。
這種染塵有兩個特色:
(一)要在在小光圈,例如F22,拍攝時纔會明顯產生。圖1是一張以Canon EOS 30D在著名的十分瀑布所拍攝的照片,拍攝條件為光圈F22,快門時間0.6秒。紅色圓圈處可以明顯看見感光元件染塵所造成的雜點。
圖1:以光圈F22,快門時間0.6秒在十分瀑布所拍攝的照片。
(二)這種雜點的大小通常都遠大於1個像素,形狀也為不規則狀。圖2為圖1照片1:1 比例的局部原始影像,紅色圓圈處就是染塵所造成的雜點。也就是因為這個特性,導致使用一般圖像處理技術並無法有效清除雜點。
圖2:圖1所示原始比例影像的局部裁沏圖,紅圈處即為染塵雜點。
如果單反相機出現染塵現象,大部分都得送往廠商手動清除,不過通常價格昂貴。當然也可以自己買清潔工具來除塵,但是一不小心就有可能傷及感光元件,到時候就得要花更大的費用來修理,十分令人頭疼。
最近兩三年,各家單反相機廠商開始發明出『感光元件自我清理功能』,其原理是使用壓電元件產生超音波震動,讓粉塵脫落,以筆者現在的相機EOS 40D來說,它可以設定每次開、關機都自動執行超音波除塵。但這樣的機制,可能還是無法對付黏度較高的粉塵。因此本文將探討如何使用圖像處理技術,來清除感光元件染塵所造成的惱人雜點。
使用相機的除塵數據(Dust Delete Data)功能來移除染塵雜點
為了解決上述問題,新一代的單反相機開始提供『除塵數據』功能,並搭配專屬的圖像處理軟件,以Canon EOS相機來說就是Digital Photo Professional,來達到除塵的目的。此功能的工作原理為:
(1)先用相機對白色背景拍攝一張照片來取得染塵的位置等信息;
(2)然後在後續拍攝過程中,相機會自動加入前一步驟所得到的除塵數據(Dust Delete Data)到所拍攝的影像;
(3)回家後就可以使用專屬的圖像處理軟件來把粉塵雜點移除。
我們以Canon EOS 40D相機為例,實際來測試一下相機「除塵數據」功能的效果。
詳細的步驟介紹如下:
(一)獲取除塵資料:
在相機的選單中找到『除塵數據(Dust Delete Data)』選項,然後按下執行。這時相機先會自動執行超音波除塵功能,然後要求用戶針對一白色被鏡拍攝,藉以取得染塵信息。原廠說明書針對此步驟的操作要領為:
(1)在20 cm-30 cm的距離,將無圖案的白色對象對准觀景器並拍攝相片。注意請確保使用白色對象,例如一張新的白紙。如紙上有任何圖案或花紋,則可能會被識別為灰塵數據並影響軟件除塵的准確度。
(2)相片以光圈優先自動曝光模式拍攝,光圈為f/22。(以上數據來自Canon官網上的50D使用手冊) 該染塵影像並不會儲存,所以即使相機中沒有記憶卡仍可獲取數據。相機成功獲取除塵數據後,會出現OK提示,然後該「除塵數據」選項下會出現染塵的拍攝日期。獲取除塵數據後會附加到隨後拍攝的所有JPEG及RAW影像上。而加入影像的除塵數據非常小,幾乎不會影響圖像文件案大小。說明書還建議執行重要的拍攝前,應再次獲取除塵數據以將其更新。
圖3所示為相機獲取除塵資料後,以光圈F29所拍攝的RAW文件影像。仔細看可以發現,藍色天空處有非常多粉塵存在。這說明了相機本身的超音波除塵功能實在不怎麼有用。圖4所示為圖3影像的原始比例的局部裁沏圖,黃色圓圈處就是染塵。
圖3:相機獲取除塵數據後,以光圈F29所拍攝的RAW文件影像。
圖4:圖3影像的原始比例的局部裁沏圖,黃色圓圈處即為染塵雜點。
(二)使用Digital Photo Professional軟件來除塵:
相機所附的光盤片內,可以找到Digital Photo Professional軟件,執行安裝程序來完成安裝並執行該程序。選擇File/Open in Edit window來開啟所選取的影像。接著選擇Tools/Start Stamp tool來除塵,程序畫面如圖5所示。如果改檔案存有除塵數據,那『Apply Dust Delete Data』按鈕就會亮起,按下即可自動除塵。
除塵後的影像如圖6所示,與圖3仔細比較發現,較黑的三個雜點被移除了,但是其他的粉塵依舊存在。為了詳細檢驗其處理結果,我們計算了圖3與圖6的差值影像,如圖7所示。相當令人失望的是,這張影像清楚指出圖3影像中只有三個染塵被移除而已。
圖5:使用Digital Photo Professional軟件的Stamp tool來自動除塵的程序畫面。
圖6:使用Digital Photo Professional軟件的Stamp tool自動除塵後的結果。
圖7:圖3與圖6的差值影像。(有做亮度調整來增強顯現)
Digital Photo Professional軟件有提供筆刷功能來更進一步地移除染塵。用鼠標在圖5的畫面中之影像區域快雙擊,即可啟動筆刷功能。由於此影像的粉塵為較暗的雜點,所以按下『Repair (Dark)』,影像中會出現綠色圓圈來讓使用者以手動方式來除塵,其程序接口如圖8所示。這樣雖然可以把染塵移除,但是通常感光元件染塵都相當多,所以所耗費的時間相當長。而且在實際的測試過程,還是有少數染塵移除的並不是很徹底完全。>>
圖8:使用Digital Photo Professional軟件的筆刷功能來手動除塵。