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红外线 IR 光谱穿透率曲线图简介

已有 3807 次阅读2017-10-29 18:26

坦白说其实我对光谱也不是非常懂，因为光谱是很深的学问，虽然网上有非常多的资料可以查询，简单的我还能看的懂，但再深入的我就不行了。

不过这篇文章并不是要介绍光谱的学问，而是要向大家简略地介绍「光谱穿透率曲线图」，借由穿透率曲线图让大家了解红外线摄影为什么是这样操作的，也可以更了解手头上的器材(不论是相机、镜头、滤镜…等)其光谱在互相搭配下会有什么样的差异。

在开始主题之前，先带大家了解一下一般常用的红外线滤镜各波长曲线的样子，也可以参考之前的文章「常用滤镜介绍→https://goo.gl/njAdhZ 」。

传统红外线滤镜(有数字波长的IR滤镜)各家厂商在计设时会有不同的差异，即便是同一个厂牌同型号滤镜在生产时也会有公差(公差±5nm~±10nm左右)，不过大致上都会像下图相似的曲线。通常会以50%的穿透率落在哪一个波长而命名滤镜名称。

例如：IR720滤镜50%的透光率是落在720nm

横轴代表波长，不同波长不同的颜色。纵轴代差穿透率%。50%穿透的位置一般称为T50

一、一般相机( 未改机 )

以目前市售的数位相机、手机、摄影机…等，CMOS/CCD的感光范围虽然可纪录到约350~1200nm(紫外线光+可见光+近红外线光)。

约400nm以下为紫外线光
约400~700nm为可见光
约700nm以上称为红外线光

但为了模拟人眼可以看到的可见光(可见光约莫400nm~700nm)在相机内部会放一块红外线截止滤镜(IR Cut Filter)将红外线阻隔在外仅纪录到可见光的部份。

以Nikon D800为例，光线进入到相机内部并穿透过IR Cut的光谱曲线如下，而曲线外空白的地方则被IR Cut滤除的光线，虽然滤除了紫外线光及红外线光，但也不是100%的可见光都穿透过IR Cut被CMOS纪录，例如波长600nm左右的光线约只剩60%穿过IR Cut。

不同品牌或不同型号的相机，内部IR Cut 设计的光谱曲线略有不同

二、红外线IR改机

改机改了什么？ ( https://goo.gl/jAxZjx ) 改机也是将内部的IR Cut Filter移除换一块红外线滤镜(全IR、半彩IR)或是透明的光学玻璃(全彩IR)。

改机分为三种 ( 用字面上的解释比较容易理解 )

1、全IR → 完全红外线光
2、半彩IR → 部份可见光 + 部份红外线光
3、全彩IR → 全光谱 ( Full Spectrum )，紫外线光 + 可见光 + 红外线光

1、改机 → 全IR

波长760nm以上则归类于全IR，常听到的波长如850nm、950nm…等，将相机内部的IR Cut移除后更换一块全IR的红外线滤镜，例如更换一块850nm或950nm的滤镜

以改机将相机内部IR Cut移除换成波长850nm滤镜为例，曲线外空白处的光线全部被滤除仅能纪录850nm以上的红外线光

当相机改成全IR850nm时，仅能够拍摄850nm以上的波长，例如外挂一块950nm滤镜就可以拍摄到950nm以上的光线；相反的如你外挂一块720nm的滤镜，还是只能拍到850nm以上的光线。依此类推…

2、改机 → 半彩IR

将相机内部的IR Cut移除更换一块半彩IR的滤镜，一般常改半彩IR的玩家多半是改成720nm。

虽然改半彩IR的玩家多半是改成720，但以下的图例我会用改机650nm来表示，这一样来就可以清楚的看见有部份的可见光及部份的红外线光所组成(故称为半彩IR)，以改机将相机内部IR Cut移除换成波长650nm滤镜为例，曲线外空白处的光线全部被滤除仅能纪录650nm以上的红外光。

相对的当相机改成全IR650nm时，仅能够拍摄650nm以上的波长，例如外挂一块720nm滤镜就可以拍摄到720nm以上的光线；相反的如你外挂一块550nm的滤镜，很抱歉还是只能拍到650nm以上的光线。依此类推…

3、改机 → 全彩IR ( 全光谱 )

以目前最流行也最推崇的改机方式是将相机内部的IR Cut滤镜移除更换一块透明的光学玻璃，这样的改机玩家们称为全彩IR

从光谱穿透率曲线图来看，紫外线光、可见光及红外线光都可进入相机内被COMS所纪录

在看完「全IR」及「半彩IR」的曲线图后就会了解，全彩IR的改机方式好处就是只要在镜头上外挂不同波长的滤镜就可以拍出不同波长的效果，甚至外挂一块IR Cut就可以拍出正常未改机时的照片或是外挂一块UV紫外线滤镜即可拍紫外线

↓ 全彩改机外挂550nm滤镜可拍550nm效果；外挂590nm滤镜可拍590nm效果；外挂720nm滤镜可拍720nm效果；外挂850nm滤镜可拍到850nm效果。

↓ 全彩IR改机分别外挂吸收型 IR Cut 还原镜 及 反射型 IR Cut 还原镜就可以拍摄未改机的一般照片，故称这样的滤镜为还原镜

有关还原镜的详细介绍可参考以下连结

还原镜 UV/IR CUT 介绍（1）： http://goo.gl/6aUcJX
还原镜 UV/IR CUT 介绍（2） UV/IR CUT = 还原镜 ??? ： http://goo.gl/Vjcm7X
还原镜 UV/IR CUT 介绍（3）吸收型 vs 反射型： http://goo.gl/sioV2b

↓ 若是外挂一块UV Pass Filter紫外线滤镜，则可以拍到少部份的紫外线光。 (如图例交集处)

不过拍摄紫外线有很多限制，并非挂上一块UV Pass Filter就可以轻易拍摄。有机会再跟大家分享，但老实说我自已是还没有拍成功过…XD

照片来源：NK Chang

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三、各别状况延伸

当我们稍微看懂这些光谱穿透率曲线图后，很多迷思或话术包装只要我们量出光谱穿透率曲线图后就可以发现很多有趣的状况。

以下我拿出一些比较常遇到的例子给大家参考。 (并不全然与红外线有关)

1、UV保护镜

在书本上或网路上的文章大概都会提到，早期底片相机时代不可见光的紫外线会让底片感光，所以在镜头前加装VU镜可以滤除光线中的紫外线，让画面色彩更准确。

但到了数位时代，无论是CMOS或是CCD，对于紫外线都不感光(有的文章会写不敏感)，所以UV镜滤除紫外线的功能对数位相机是无作用的。

因为数位相机的时候CMOS及CCD对于紫外线不敏感，所以市售号称UV保护镜真的有滤除UV的功能吗？我们将四款目前较知名的UV保护镜的光谱拿来比较(如下图)

由曲线图我们可以清楚地发现，K牌及M牌滤除紫外线的效果并不理想(可以说是根本没有滤除)，而四款滤镜中滤除紫外线较佳的则是S牌其次是B牌

为什么书本上或网路文章内会写到CMOS或CCD对于紫外线不敏感，其实不是CMOS或CCD本身的问题，我们实际将相机内部IR Cut的光谱曲线图套用进去就可以清更了解为什么

以Nikon D800的IR Cut光谱来说，已经几乎滤除波长410nm以下的光线，而这四款UV保护镜不论是否真有滤除400nm以下的紫外线，对D800的IR Cut光谱来说根本就没任何影响。

另外，除了相机内部的IR Cut会滤除紫外线光外，别忘了镜头也有光谱，大部份的镜头也多少会滤除紫外线光。

PS.当然并不是市面上所有的数位相机都会滤除紫外线，我在网路上找到相机光谱曲线的资料蛮多的，由下图来看还是有部份相机允许400nm以下的光线。所以买保护镜如果可以的话还是建议尽量挑选真正有滤除UV的保护镜会比较好…

2、拍摄慢速IR，为什么慢速？成功失败？

这边要以720为例，以拍摄慢速IR720都会有成功或失败的状况，波长更低(可见光纪录的太多)的就不用讨论了

先以一张改机后的高速IR720光谱曲线图为例(如下图)，由下图的范例可以看见改机后的720透光率近90%(不同品牌720滤镜透光率略有不同)，虽然是不可见光(红外线)但CMOS皆可完全纪录，故拍摄上可以正常的快门速度且不影响手持拍摄。

而未改机的状况下外挂一块720滤镜仅剩下不到5%的透光率，所以在拍摄上势必要将快门速度拉长才能取得适当的近光量(曝光量)

慢速IR拍摄成功或失败的原因很多，之前有写过文章→「为什么我的红外线摄影与别人不一样？标准？！→ https://goo.gl/gnj8Gi 」，这段就针对光谱的角度来分析，比较常听到早期的玩家讨论什么牌子的滤镜效果好哪个牌子差，或什么牌子的相机拍慢速IR容易成功…等之类的，当我了解到光谱穿透率曲线图时我觉得这种说法不是很洽当，只要把光谱拿出来就可以很清楚了解为什么了。

所以不能把成功或失败怪在单一个器材上，而是要看整体光谱搭配下适不适合拍摄慢速IR。

单以光谱来看会互相影响的部份有：

A、镜头光谱
B、机身内部IR Cut光谱
C、红外线滤镜光谱

A、镜头光谱

我们先谈谈镜头的光谱，比较少人会把成功失败怪在镜头上，可能没人想过或很少人会注意到镜头也有光谱，先放上几张镜头的光谱，因为资料不好取得，当初这几张范例我在网路上找了很久

(每张图，点图可放大)

图片来源：
http://forum.xitek.com/forum-viewthread-tid-867213-extra-page%3D1-ordertype-2-t-1419341780.html

镜头使用在一般的正常相机下会因为每颗镜头的光谱影响成像的颜色或色调，相对的用在拍摄IR时也是一样，更何状在拍摄慢速IR720那不到5%透光率的情况下，镜头的光谱再加上去影响的更多。

B、机身内部IR Cut光谱
C、红外线滤镜光谱

每个厂牌的相机基至是同厂牌不同型号的相机，内部的IR Cut光谱都不尽相同。我在网路上找到的资料其实蛮多的(如下图)

每个厂片的滤镜在光谱设计上都不同，以下图来说市售的720滤镜每一家的光谱曲线都不同。

抱歉，实在很懒的再绘制，我直接调出之前NK所写过的文章及图例让大家比较一下

改机与不改机差异 → https://goo.gl/TS8psg

如下图(一)
：
为D800/NEX-5低通滤镜与三款红外线滤镜的传输曲线。
横轴为光线的波长，纵轴为穿透率。

(图一)

D800/NEX-5 机身内的滤镜大约从波长550nm开始阻挡光线(穿透率下降)，到了700nm之后的光线几乎无法通过。

下图（二）

蓝色区块即为D800低通滤镜与超音波除尘滤镜允许通过的光线波长及穿透率。

(图二)

下图
(图三)：
粉紫色区块代表IR3滤镜可以允许通过的波常范围及其穿透率。

(图三)

图四：由图二与图三可知D800若不改机在镜头上外挂IR3滤镜，真正可以抵达CCD/CMOS的光线波段很窄且穿透率很低，如红色区块。
同理若D800未改机挂上IR1滤镜便更难以拍摄。

(图四)

简单的来讲，要成功拍摄慢速IR720需要一定的可见光及红外线光的比例，只要这个比例失衡(例如可见光比例很多)，那拍出来的效果就不理想，纪录太多可见光在画面上树叶仍是绿色，如下图。

↓(左)这块720滤镜(一)的光谱刚好适合手头上的器材；(右)滤镜(二)的光谱不适合手头上的器材

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3、为何会有号称蓝天较蓝的IR720滤镜

有遇过IR同好曾说过他买的这块720滤镜业者号称拍出来蓝天会更蓝。为什么会这样呢？再次把之前PO过的720滤镜光谱PO出来给大家看，其实只要把滤镜的光谱量出来就可以清楚了解为什么。

以上是市售的720滤镜，最左边几条曲线行光谱的角度来看，T50已经可以说是落在680nm的位置(应该称这块为680滤镜才对)，纪录到的可见光比右边几条曲线还要多，因为可见光纪录的比较多，所以经过软体色版对调后天空的确会比较蓝，也因为可见光纪录的多相对的叶子会比较黄

如下图，白平衡的部份我刻意对灰色，这样可以很明显地比较出波长较低的680nm纪录的可见光较多(纪录到的颜色较多)，所以天空比较蓝，叶子较黄。

也或许是因为这样，这种号称天空很蓝的720滤镜在滤镜框上的名称并没有写上波长数字，只是口头或外包装上告诉玩家这是720，我想这只是一个广告噱头吧，吸引一些不知情的新手或玩家.....

4、天文改机

首先必须先说明我并不是专业的天文摄影玩家，有关天文的理论或专业的专有名词并不是非常了解，这段文章仅是以天文摄影为例来解释光谱穿透率曲线图(就只是拿来当个例子)，若这段内容中有不洽当的地方还请天文摄影玩家们指正。谢谢。

其实不改机虽然也可以拍摄天文，但能拍摄到的效果有限，未改机时CMOS前面的滤镜除了隔绝红外线外，还隔绝了H-alpha、SII…等天文的光线，这样一来对这些星云…等在未改机下拍摄的效果就不太明显。

↓ 未改机时H-alpha及SII仅能纪录不到30%的光线，透过改机让星云的主要红色谱线H-alpha / SII 的透过率提升至98%以上。