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分色棱镜的奥秘（三）：原理与设计要点
2012-3-8 1:40:12 阅读44 评论0 82012/03 Mar8
虽然距本系列开篇发布已四年有余，且撰写上一篇也已是两年多前的事情了，但笔者对此话题的兴趣与关注却从未减退。近期笔者有幸阅读了Philips型分色棱镜的发明者于1966年10月在SMPTE期刊上发表的名为《Optical Systems for Plumbicon Color Broadcast Cameras》的文章，结合之前了解到的有关信息，现决定对Philips型分色棱镜的原理与设计要点进行简要归纳，作为本系列的第三篇，以飨读者。
Philips型分色棱镜的设计初衷
正如笔者在开篇之中所提到的那样，利用二相色镜（又称双色镜、dichroic mirror）对入射光束进行颜色分离这一想法早已有之，参与1953年NTSC制式广播的TK-40摄像机采用的便是这样的设计，即先用一枚二相色镜将红色成分分出，透过的蓝色与绿色成分遇到光路中的第二枚二相色镜，进而分离蓝色成分，透过绿色成分。这种看似简单的设计背后隐藏着数个缺陷，例如：
1) 两枚二相色镜的放置需占用较大的空间；
2) 镀有干涉层的平行玻片将引入散光偏差（astigmatism）与彗差（coma）；
3) 玻片的后表面所产生的反射可导致鬼像（ghost）的产生，在对比度较高时尤其明显；
4) 实际使用中，干涉层易受空气及其他因素的影响甚至损坏；
5) 最后，干涉层的属性与入射角度直接相关，这一关系可造成很多问题，特别是当入射角度较大时。
Philips型分色棱镜的诞生正是为了减轻、解决上述问题。
干涉滤光片与入射角度
Philips型分色棱镜的设计初衷
正如笔者在开篇之中所提到的那样，利用二相色镜（又称双色镜、dichroic mirror）对入射光束进行颜色分离这一想法早已有之，参与1953年NTSC制式广播的TK-40摄像机采用的便是这样的设计，即先用一枚二相色镜将红色成分分出，透过的蓝色与绿色成分遇到光路中的第二枚二相色镜，进而分离蓝色成分，透过绿色成分。这种看似简单的设计背后隐藏着数个缺陷，例如：
1) 两枚二相色镜的放置需占用较大的空间；
2) 镀有干涉层的平行玻片将引入散光偏差（astigmatism）与彗差（coma）；
3) 玻片的后表面所产生的反射可导致鬼像（ghost）的产生，在对比度较高时尤其明显；
4) 实际使用中，干涉层易受空气及其他因素的影响甚至损坏；
5) 最后，干涉层的属性与入射角度直接相关，这一关系可造成很多问题，特别是当入射角度较大时。
Philips型分色棱镜的诞生正是为了减轻、解决上述问题。
干涉滤光片与入射角度
也谈白平衡（五）
2011-11-13 6:41:19 阅读87 评论0 132011/11 Nov13
顾名思义，调整白平衡可使场景中的中性色（白色、灰色等）在电视终端上还原为“正确”的、相应的中性色。假如调白的目的仅限于此，那么并不难理解。不过，场景中包含的所有颜色都能在调白这短短几秒钟之内统统变得“正确”吗？这是一个很有趣、也很关键的问题，对理解色适应及白平衡均大有裨益。
为了理解这一问题，需要先引入几个与色度学有关的概念。与自然界中其他物理量相同，光谱也是连续的，由无穷多个小段组合而成的。在辐射度学、光度学及色度学中，常用“光谱功率分布”（SPD）这一概念来描述不同发光体或非发光体所发射、反射、折射、透射的光的光谱组成。而无论是人眼，还是当前的彩色摄像机，都是建立在人类的三色视觉基础之上的。因此，组成再复杂的SPD，在人眼或摄像机看来，也不过是三个数字，在色度学中称作三刺激值（Tristimulus values）。值得注意的是，这是一个不可逆的过程，换言之，当一个SPD转变成三刺激值后，原始的光谱组成信息便在这个过程中丢失了。因此，也就牵出了色度学中另一重要概念——同色异谱（Metamerism）。简言之，在某一环境下我们（或摄像机）可能观察到两个完全相同的颜色，但这两个颜色的SPD却不一定相同，此时，我们就遇到了同色异谱现象。究其原因，正是上述的信息丢失所致。
假设存在一个理想的摄像机，并且我们知道场景中所用光源的SPD。那么，当场景或光源发生变化时，便可以准确地调整摄像机的光谱响应特性（即摄像机响应与波长的一一对应关系），使得调整前某一物体的颜色在调整后的画面中仍保持不变。这便实现了理想中的完美白平衡调整。回到现实，即使我们准确了解光源的S
为了理解这一问题，需要先引入几个与色度学有关的概念。与自然界中其他物理量相同，光谱也是连续的，由无穷多个小段组合而成的。在辐射度学、光度学及色度学中，常用“光谱功率分布”（SPD）这一概念来描述不同发光体或非发光体所发射、反射、折射、透射的光的光谱组成。而无论是人眼，还是当前的彩色摄像机，都是建立在人类的三色视觉基础之上的。因此，组成再复杂的SPD，在人眼或摄像机看来，也不过是三个数字，在色度学中称作三刺激值（Tristimulus values）。值得注意的是，这是一个不可逆的过程，换言之，当一个SPD转变成三刺激值后，原始的光谱组成信息便在这个过程中丢失了。因此，也就牵出了色度学中另一重要概念——同色异谱（Metamerism）。简言之，在某一环境下我们（或摄像机）可能观察到两个完全相同的颜色，但这两个颜色的SPD却不一定相同，此时，我们就遇到了同色异谱现象。究其原因，正是上述的信息丢失所致。
假设存在一个理想的摄像机，并且我们知道场景中所用光源的SPD。那么，当场景或光源发生变化时，便可以准确地调整摄像机的光谱响应特性（即摄像机响应与波长的一一对应关系），使得调整前某一物体的颜色在调整后的画面中仍保持不变。这便实现了理想中的完美白平衡调整。回到现实，即使我们准确了解光源的S
也谈白平衡（四）
2011-10-25 4:13:33 阅读96 评论0 252011/10 Oct25
众所周知，白是没有定义的。例如，相关色温为2800K的光为暖白色，相关色温为6000K的光为冷白色，在CIE xy色品图上任意一种相关色温介于这两者之间的光源都能使人眼产生某种程度的白色感觉。20世纪70年代后诞生的国际广播标准都将CIE D65（相关色温约为6504K）作为标准白，这大概是考虑到电视的观看环境可能在室外的缘故。
我们不妨假设，不考虑被摄物体的亮度与电视机亮度之差，而且摄像机所处的室外环境光色温恰好为D65，那么场景的颜色应该准确无误地还原在电视机上，一切都很完美。但是，在电视发展初期，在电视节目的主要制作场地——演播室，色温为3200K左右的热光源是当时的主要照明设备，虽然后来出现了冷光源，但这一光源色一直被沿用至今。因此，一个有趣的现象是，在演播现场一张3200K的灰卡，被经过正确调白的摄像机采集，而后再被电视机显示后，便成为了6504K的灰卡，原来身处演播室的观众和电视机前的观众看到的颜色相差如此之大。用之前介绍过的人眼的色适应机能来解释这一现象，不难发现，实际上身处演播室的观众的色视觉适应了3200K的环境光，而电视机前的观众的色视觉适应了6504K的环境光，所以，在这两类观众完成了各自的色适应之后，颜色视觉的的恒常性使得他们看到的灰卡，都呈现“白”色。
换个方式来总结一下：无论摄像机所处的现场照明环境如何，只要正确调白，或者说摄像机自身进行了正确的色适应，坐在电视机前的观众只需要使自己的视觉将6504K的颜色当作白色即可，任由场景变换，观众的色适应无需改变。设想一下，假如摄像机在场景或光源切换时没有及时正确调白，那么电视机前
我们不妨假设，不考虑被摄物体的亮度与电视机亮度之差，而且摄像机所处的室外环境光色温恰好为D65，那么场景的颜色应该准确无误地还原在电视机上，一切都很完美。但是，在电视发展初期，在电视节目的主要制作场地——演播室，色温为3200K左右的热光源是当时的主要照明设备，虽然后来出现了冷光源，但这一光源色一直被沿用至今。因此，一个有趣的现象是，在演播现场一张3200K的灰卡，被经过正确调白的摄像机采集，而后再被电视机显示后，便成为了6504K的灰卡，原来身处演播室的观众和电视机前的观众看到的颜色相差如此之大。用之前介绍过的人眼的色适应机能来解释这一现象，不难发现，实际上身处演播室的观众的色视觉适应了3200K的环境光，而电视机前的观众的色视觉适应了6504K的环境光，所以，在这两类观众完成了各自的色适应之后，颜色视觉的的恒常性使得他们看到的灰卡，都呈现“白”色。
换个方式来总结一下：无论摄像机所处的现场照明环境如何，只要正确调白，或者说摄像机自身进行了正确的色适应，坐在电视机前的观众只需要使自己的视觉将6504K的颜色当作白色即可，任由场景变换，观众的色适应无需改变。设想一下，假如摄像机在场景或光源切换时没有及时正确调白，那么电视机前
camera一词的历史
2011-10-23 20:24:54 阅读52 评论0 232011/10 Oct23
今日一早，打开邮箱，发现OED(Oxford English Dictionary)发来的每日一词是camera，于是饶有兴致地读了一下，并在此与大家分享。
在拉丁语中，camera有房间之意（细想，法语中的chambre仍保留着上述涵义）。18世纪前，camera一词并未被引进至英语，主要限于描述外界事物（释义1）或用作建筑术语（释义2）。18世纪，特别是19世纪，得益于暗箱及摄影所获得的广泛关注，camera一词才开始在英语中流行开来。camera的具体释义如下：
1a. 罗马教廷的财政部；教廷的国库。
1b. 审议、司法或立法机构开会的地方，主要在非英语环境中使用。
2. 拱状或穹形的屋顶、房间或建筑，或泛指任何房间或作特定用途的空间。
3. 机械装置、人体或壳体中的一个（小）空腔。
4a. camera obscura（暗箱）的缩略形式。
4b. 一种通过小孔或镜头将可视影像聚焦于感光材料或数字传感器来拍摄照片的装置。例如，colour, digital, film, pinhole camera。
4c. 一种在电影胶片、录像带或以数字形式存储快速连续影像来拍摄运动图像或电视信号的装置。例如，camcorder, webcam。
短语
The camera loves (a person or thing)：用来表示某人或某物上相或在照片上表现出色。
复合词
camera angle
camera booth
在拉丁语中，camera有房间之意（细想，法语中的chambre仍保留着上述涵义）。18世纪前，camera一词并未被引进至英语，主要限于描述外界事物（释义1）或用作建筑术语（释义2）。18世纪，特别是19世纪，得益于暗箱及摄影所获得的广泛关注，camera一词才开始在英语中流行开来。camera的具体释义如下：
1a. 罗马教廷的财政部；教廷的国库。
1b. 审议、司法或立法机构开会的地方，主要在非英语环境中使用。
2. 拱状或穹形的屋顶、房间或建筑，或泛指任何房间或作特定用途的空间。
3. 机械装置、人体或壳体中的一个（小）空腔。
4a. camera obscura（暗箱）的缩略形式。
4b. 一种通过小孔或镜头将可视影像聚焦于感光材料或数字传感器来拍摄照片的装置。例如，colour, digital, film, pinhole camera。
4c. 一种在电影胶片、录像带或以数字形式存储快速连续影像来拍摄运动图像或电视信号的装置。例如，camcorder, webcam。
短语
The camera loves (a person or thing)：用来表示某人或某物上相或在照片上表现出色。
复合词
camera angle
camera booth
期待革新——由EOS-1D X的发布想到的
2011-10-19 5:16:18 阅读80 评论0 192011/10 Oct19
正如Canonrumors.com预料的那样，今晨Canon发布了众粉丝期待已久的EOS-1D X，终将EOS-1D及1Ds这两个由于技术原因而生的双胞胎合二为一。至于18M的像素数量是否达到了取代1Ds的资质，网上争论很激烈，待相关评测及真机出现后，自有公论。
然而，1D X的发布带给本人更多的思考源自对革新的期待。如果说图像传感器取代胶片是一项划时代的进步，那么自2000年5月Canon发布EOS 30D至今，EOS在技术革新的路上就一直止步不前。像素数量的升级、处理能力的提升、自动曝光的改进、自动对焦的进步、视频拍摄的出现……，其实这些年EOS有的只是小打小闹、小修小补。
从产品化进程来看。隔壁邻居Sony在取消反光镜的策略上表明了态度，Nikon也发布了单电相机，本人坚信反光镜及五棱镜是迟早会被扫地出门的，电子取景的普及应该只是时间问题。另外，OLED等自发光显示屏何时可以应用？手势控制等更先进的人机交互何时可以应用？1976年申请的马赛克式Bayer滤色片是否可以被如Foveon X3或NHK有机传感器这样的新型器件所取代？遥控取景器的概念是否可行？
从新技术角度来看。一次性高动态范围成像及多光谱成像是否该被列入议事日程？依仿生学设计的液体镜头及曲面传感器能否实用化？
作为商业产品，EOS仰仗强大的品牌号召力、庞大的市场占有率，可以在相当长的一段时间内养尊处优，但其停滞不前恰恰为其他对手敞开了大门。如果说单反是35mm胶片时代的终极利器，那么它恐怕不会在数字时代笑到最后；如果说EOS一直在创新，那么我们只能说：创
然而，1D X的发布带给本人更多的思考源自对革新的期待。如果说图像传感器取代胶片是一项划时代的进步，那么自2000年5月Canon发布EOS 30D至今，EOS在技术革新的路上就一直止步不前。像素数量的升级、处理能力的提升、自动曝光的改进、自动对焦的进步、视频拍摄的出现……，其实这些年EOS有的只是小打小闹、小修小补。
从产品化进程来看。隔壁邻居Sony在取消反光镜的策略上表明了态度，Nikon也发布了单电相机，本人坚信反光镜及五棱镜是迟早会被扫地出门的，电子取景的普及应该只是时间问题。另外，OLED等自发光显示屏何时可以应用？手势控制等更先进的人机交互何时可以应用？1976年申请的马赛克式Bayer滤色片是否可以被如Foveon X3或NHK有机传感器这样的新型器件所取代？遥控取景器的概念是否可行？
从新技术角度来看。一次性高动态范围成像及多光谱成像是否该被列入议事日程？依仿生学设计的液体镜头及曲面传感器能否实用化？
作为商业产品，EOS仰仗强大的品牌号召力、庞大的市场占有率，可以在相当长的一段时间内养尊处优，但其停滞不前恰恰为其他对手敞开了大门。如果说单反是35mm胶片时代的终极利器，那么它恐怕不会在数字时代笑到最后；如果说EOS一直在创新，那么我们只能说：创
故地重游
2011-6-24 22:48:28 阅读49 评论0 242011/06 June24
20日一大早，睡意朦胧的我便从甜美的梦中惊醒，手机屏幕上显示的数字告诉自己，起床的时间到了。洗漱、早餐，一番挣扎之后，与同学在事先约好的公车上见了面，一同前往SNCF Rennes站。阴霾的天气并未能阻止我们的步伐，公车行驶在宽阔的专用道上，不出15分钟车便稳稳地停在了République广场中央。乘电梯来到地铁车站，等待稍许，无人驾驶的地铁列车疾驰而来。在车上，无意中碰到了同行的另外一个同学。来到SNCF车站，发现距开车仍有20分钟，列车停靠的站台还未显示出来，心里不禁想起国内车站那N个小时前就已确定的站台和候车室里熙熙攘攘的人群。
列车驶出Rennes不久之后，天气便渐渐好起来，蔚蓝的天空上挂着洁白的云朵，灿烂的阳光照在绿油油的草地上，羊群三三两两悠闲地享受着这般惬意，风车犹如擎天柱般矗立在铁路两旁。在沿途停靠的车站，通常见不到几个人，直到中途，情况才稍有改善。经过四个半小时的旅行，列车抵达了熟悉的Lyon Part-Dieu车站，在那里换乘TER，50分钟后久违了的Saint-?tienne重新出现在我们面前。
21日早8时至晚7时半，11个学生进行了毕业答辩，自己也是其中一员。虽然这大概是毕业前的最后一次相见，但大家似乎并未流露出留恋的神情。在震耳的音乐声中，我们一起享受了分别前的最后一个晚餐，交谈、欢笑声不绝于耳，与此起彼伏的音乐声交织在一起。
短暂的告别宣告了两年的学习生涯终告一段落，这期间发生的事也都终将成为回忆，但是人生的脚步并未就此停歇，让我们整装待发，向着下一个目标进发。
列车驶出Rennes不久之后，天气便渐渐好起来，蔚蓝的天空上挂着洁白的云朵，灿烂的阳光照在绿油油的草地上，羊群三三两两悠闲地享受着这般惬意，风车犹如擎天柱般矗立在铁路两旁。在沿途停靠的车站，通常见不到几个人，直到中途，情况才稍有改善。经过四个半小时的旅行，列车抵达了熟悉的Lyon Part-Dieu车站，在那里换乘TER，50分钟后久违了的Saint-?tienne重新出现在我们面前。
21日早8时至晚7时半，11个学生进行了毕业答辩，自己也是其中一员。虽然这大概是毕业前的最后一次相见，但大家似乎并未流露出留恋的神情。在震耳的音乐声中，我们一起享受了分别前的最后一个晚餐，交谈、欢笑声不绝于耳，与此起彼伏的音乐声交织在一起。
短暂的告别宣告了两年的学习生涯终告一段落，这期间发生的事也都终将成为回忆，但是人生的脚步并未就此停歇，让我们整装待发，向着下一个目标进发。
Visual C++ 怪事一例
2011-6-10 5:21:27 阅读92 评论0 102011/06 June10
近期，在使用 Visual Studio 2010 时，偶遇一例怪事。编译一个solution时，无论选择debug还是release，每次都提示有几个project out of date，即使根本没有修改，每次也都要重新编译。百思不得其解之后，在网络上大肆搜索一番，逐一试验，最终发现了一条重要线索。原来，这几个问题 project 的 vcxproj/vcxproj.filters 文件中有一些并不存在的文件名（可能是由于solution是VS2003时代的产物，在漫长的升级过程中，一些文件被移出工程，但阴差阳错没有从工程配置文件中删除），将这些文件名一一删除后，一切恢复正常。
从F23、F35到F65
2011-4-11 7:07:55 阅读453 评论2 112011/04 Apr11
美国拉斯维加斯当地时间2011年4月10日下午，Sony美国网站放出了NAB 2011官方新闻。首当其冲的便是具备8K CMOS传感器的下一代CineAlta摄影机。本人清晰地记得，5年前当Sony公开宣布将开发4K全流程产品时，SXRD投影机是索尼当时唯一成形的4K产品，换言之，4K的拍摄、记录、处理等在当时都还是作为概念被抛出的。随后，4K产品的开发一直很低调。2009年，索尼披露了导入、转码方案ELLCAMI，同时被宣布的还有SR Memory固态存储方案；2010年，索尼介绍了4K摄影机的开发进展，其中提到了一种被称作Q67的滤色片排列方式。而最新公布的新闻提及了2000万像素、16bit RAW 以及 120 fps 三个有代表性的数字，无不彰显出此产品在技术上的领先。
如果说，Sony借助F23小试牛刀并巧妙地避开了与Panavision的竞争，F35则真正打开了Sony通往电影殿堂的大门，那么此次发布的F65无疑是Sony这个老牌的广播设备提供商全面进军电影行业的标志。虽然F65不是业内的第一台4K分辨率摄影机，但却可以提供更高的性能，配合更完善的工作流程，相信不输于曾经的Dalsa Origin。
有几个问题一直萦绕在本人脑海中：
1. 像素之争何时方能
如果说，Sony借助F23小试牛刀并巧妙地避开了与Panavision的竞争，F35则真正打开了Sony通往电影殿堂的大门，那么此次发布的F65无疑是Sony这个老牌的广播设备提供商全面进军电影行业的标志。虽然F65不是业内的第一台4K分辨率摄影机，但却可以提供更高的性能，配合更完善的工作流程，相信不输于曾经的Dalsa Origin。
有几个问题一直萦绕在本人脑海中：
1. 像素之争何时方能