A62d770d22dd2751e6b754bd6e0d55d1 在餐廳拿出手機想幫美美的食物拍照,為什麼相機影像看起來會有閃爍的水波紋?或許你沒想到這是因為主光源日光燈的影響。隨著中國製手機大舉入侵台灣,若沒將防閃爍功能改為自動或是符合台灣環境的60Hz,你拍出來的照片可能就會附加「柵欄」特效。到底是什麼原因,又是什麼原理造成的,看下去就知道。

頻率不一致造成水波紋

室內拍攝時會造成水波紋,主要的原因是日光燈的閃爍頻率所致。一般常見的T9日光燈管是種氣體電燈,燈管內有低壓氬氣或氬氖混合氣體及水銀蒸氣,燈管的光線與色溫會隨著交流電的頻率(60Hz)變化,也就造成閃爍的現象。但因為閃爍的頻率很高,因此肉眼難以辨識,會覺得燈管放出的是連續光。但對於電子儀器來說,日光燈的閃爍頻率並不算高。因此造成手機、相機在拍攝上的波紋現象,關鍵就在於光源、快門、感光元件的頻率不一所致。

最近這個問題一再被人提起,主因是中國手機大量進入台灣市場,部分手機出廠預設的更新頻率為50Hz,50Hz是中國的交流電(日光燈)頻率,到了台灣碰到頻率為60Hz自然會出問題。至於有個很類似的現象叫做摩爾紋,則是不同的情況,有興趣可以參考延伸閱讀文章。

延伸閱讀:

如何解決 摩爾紋 與 偽色 的問題

▲日光燈是由不連續光所構成,以暗->亮->暗->亮的規律循環。若使用相機連拍,就能看出這種光線變化的規律,這也是造成水波紋的關鍵原因。

LED也有頻閃現象

傳統日光燈是非連續光波,會隨著交流電的頻率一暗一亮閃爍,假使室內環境使用的是連續光源,像是在鎢絲燈下拍攝,就不會發生頻閃的現象。不只是日光燈管,即便是LED也會發生類似的問題。你說LED是吃直流電,為什麼會有交流電才會發生的頻閃現象呢?的確,家用的LED燈的確是將市電的交流電轉為直流電,再將直流電讓LED運作,但其中交流轉直流的設計就相當重要。但LED價格越來越差,廠商為了節省成本,將部分元件省略,可能會導致LED的表現變差。這類LED頻閃的現象,即為業者所謂的LED Flickr。

▲並非所有LED都是使用直流電,像是這顆Elsa於2008年推出的LED燈泡使用的就是交流電。

▲LED燈的頻閃有多嚴重,看了就知道

感光元件、快門速度、環境光源

回到拍攝來說,當相機或手機的感光元件、快門速度與日光燈的頻率不同,就會拍攝到柵欄狀的波紋。這問題分成2個影響關鍵,分別是感光元件的頻率與快門速度。要解決相機拍攝時的問題,就得從感光元件、快門速度與環境光源對症下藥。接著我們先分別各自發生的主因,再來探討問題的解決方法。

值得一提的是,從相機螢幕看得到水波紋,但不代表一定會反應在拍出來的相片上。因為當感光元件的頻率不正確,就可能讓螢幕顯示出柵欄狀的波紋。但相機快門若調整得當,就可能會讓拍出來的相片變的正常。感光元件與快門之間的頻率(快門速度),並非絕對的對應關係,導致所見非所得。雖理論上Live View應該做到所見即所得,但實務有困難不見得能達到理論效果。

▲當相機設定錯誤,日光燈下拍攝經常會出現圖中橫向的水波紋。

▲經過調整後,能大幅減少水波紋造成的影響。除了日光燈頻率外,感光元件的架構也是造成波紋的原因之一。

滾動快門造成柵欄波紋

目前手機感光元件大多使用CMOS,單眼也逐漸走向CMOS發展。CMOS與CCD感光元件的特性不同,導致對於日光燈的反應不同。手機使用的低價CMOS感應器,快門不少都是Electronic Rolling Shutter也就是電子滾動快門。CMOS感光的時候是從第一行、第二行、第三行的順序持續感測,直到「滾」完整片感光元件。對於人類來說,CMOS的感光方式看似一瞬間完成,但實際上仍是有些微的時間落差。

由Rolling Shutter架構CMOS拍攝完的照片,並非整張照片都是同個時間點完成曝光,而是第一行先掃、第二行再掃,直到整幅影像掃完,相片嚴格來說就像是地球時區一樣畫分,並且攤平在平面上,等於是將time domain展開在space domain上。

至於CCD則很多是用Frame Transfer架構(即為Global Shutter的效果),整片感光元件都是同時開始曝光,同時結束曝光。也因為這樣的特性,就不會有一行行的水波紋效果。因此就算是拿CCD拍不連續光源,也拍不出CMOS底下獨有的水波紋。

CMOS與CCD是否會拍出水波紋的關鍵,並非在於感光元件種類,而是在於感光元件的架構。採用Rolling Shutter必然會出現水波現象,用Global Shutter則怎樣也不可能拍出來這樣的效果。

▲感光元件使用Rolling Shutter就會產生圖中的情況,因為曝光的時間點不同,有些在日光燈亮點曝光,有些在日光燈暗點曝光。按照時間軸排列下來,就會形成一行行的波紋。

快門同樣影響拍攝效果

相機上的水波紋是受到感光元件曝光架構的影響,那跟快門是否有關係?答案是有的。假定日光燈閃爍頻率是60Hz,那麼當快門太快時,像是1/100就容易捕捉到水波紋現象。(前提是感光元件用Rolling Shutter架構)反之,若快門速度放慢如1/10,此時就拍不出這樣的現象。因為快門速度太慢,捕捉不到反應速度更快的日光燈閃爍頻率。總結來說,造成手機或相機拍出水波紋的原因,在於不連續光源的頻率與感光元件曝光架構所致,兩者交互影響之下,才產生一條條的波紋,而快門速度則會影響是否將這現象拍攝出來。

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