直入话题，我说的是滤镜，作为一个功能型的附件，镜头滤镜有着悠久的历史，而在数字成像时代它最主要的功能或应用是如下4项：保护前镜组、渐变风光、中灰压光和偏振。作为摄影用途而言，滤镜最重要的就是后面三项功能，但它们在当下的存在价值，已经随着传感器技术的进步和拍摄手法的革新而渐渐消退，为什么？怎么做到的？一项项来分析吧。
首先是渐变滤镜，作为风光摄影可能会非常常见的滤镜，它的优点是在条件契合度高的情况下就能直出，过渡自然、效果好，但条件不契合的时候呢？渐变滤镜非常受地形限制，一不小心就会对画面造成误伤，比如下图这种城市风光，渐变镜就比较难以操作。除此之外品质不佳的滤镜会造成眩光、加剧色差、降低边缘分辨率甚至明显偏色，需要使用平场图片进行补偿，后期难度陡增。
仔细想想我们为什么要用渐变滤镜，目的不外乎就是要让同一幅画面中的过大的高光/暗部光比收缩到传感器动态范围之内，而当下的尼康、索尼全画幅机身都拥有相当大的动态范围，这意味着我们可以通过强吃动态范围和多帧叠加的方式，绕开有局限性的渐变滤镜，实现大光比风光的拍摄。
简单来说就是以高光部分进行测光，并连续拍摄N帧的RAW照片，回到PS里整体以阴影+100，高光-100这种暴力调整的方式强吃动态范围后，再进行输出，就能实现高光和暗部的兼顾，而且还没有渐变滤镜的限制，同时还能获得Log2（N）dB的信噪比增益（是因为噪声下降），阴影位置的随机噪声可以被轻松消除：
相同的RAW调整幅度，可以看到单次曝光的左图不仅噪声更明显，而且存在一定程度的偏色，16张堆栈的右图就要干净很多。当然这只是我临时拍的一组，为了早点发文章就不去补拍了，对比可能不那么强烈，有兴趣的话大家可以自己试试。
中灰滤镜的慢门拍摄同样可以使用多帧叠加的方式实现，因为单张长曝其实就是多张短曝的组合，一张10秒的长曝，使用10fps连拍100张RAW叠加即可实现，这对于当下的无反来说基本没什么难度，信噪比也能顺便提升6.64dB，没有滤镜安装麻烦（尤其是灯泡前组的广角镜头）、偏色（如下图）、档位不匹配等问题。
当然，这俩方法的缺点就是原始文件量大，5D3的16张RAW就有近500MB，对存储卡容量和后期处理的计算机性能（尤其是内存、硬盘和处理器）要求很高，但谁让它效果好呢……而这两个方案在以前其实都有提到过，也有过数学推演，在这里就不延伸了，基础前提还是低本底噪声和速度够快的传感器硬件技术。
接下来重点说说偏振镜为什么可能会被淘汰，所谓偏振镜就是为了进行偏振滤波，因为光是一种横向电磁波，在传播过程中，光垂直于传播方向振动，但光波在三维空间内传导，所以有无数个垂直于传播方向的面，所有光波其实是在绕传播方向的任意角度振动。而偏振镜是由数个相同方向的狭缝组成，与狭缝方向一致的光波可以通过，与其不一致的则被滤波。所以偏振镜可以消除玻璃、水面等偏振光，进行清晰的拍摄，蓝天更蓝也是因为过滤掉了形成干扰的偏振光。
换句话说就是偏振镜的功能无法通过摄影手法来替代，只能通过硬件端来来实现，而目前已经有相应的产品问世：在拜耳阵列的4个基础像素上分别以0度、45度、90度、135度覆盖了偏振滤波器，之所以这样设计的原因是为了满足各个方向的滤波，而不必设计复杂的旋转滤波器或滤波轮，省电省空间：
从左图可以看到RGBG色彩滤镜下方覆盖了4个不同方向布局的偏振滤波器，而右图则是单个像素的具体设计，A是微透镜、B是防反射层、C是偏振滤波器、D是布线层、D为光电二极管。这是一个片上内置列并行模数转换器的前照式全局快门CMOS，面向监控、深航、医学造影、无人驾驶等各个领域，有着传统可见或热成像方法所不能达到的优点。
具体到技术细节，最大的疑虑就是入射的非偏振光是各个方向的，4个像素中每个都只能过滤1个方向，所以这就涉及到了一个类似拜耳阵列色彩滤镜解马赛克的算法，也就是偏振数据的邻域插值，但算法其实并不复杂，就是计算斯托克斯参数：先统计出水平和垂直方向的光束强度（两个分量相加）；再统计水平和垂直分量的差，设为S1，正值为水平线性偏振，负值为垂直线性偏正；接下来统计45度和135度分量的差，设为S2，正值为45度线性偏正，负值为135度线性偏正；最后是圆极化分量，设为S3，有：
以这三个偏振数值再结合光束强度，就能绘制一个庞加莱球，直观理解每个偏振分量对整体偏振状态的影响：
以此为依据设置偏振参数，就能很好地增强可见光谱图像，结合相应的SDK甚至可以实现动态测量并消除物体表面反射，在监控领域甚至可以结合线性偏振角模型，直观显示不同偏振数据的空域时域噪声，比如这让黑白成像也能轻松识别隐藏在暗处的物体：
比如左图中一辆车停在了暗处，但如果直接目视观察可能很难看到，而通过偏振数据就能很清晰地看到树丛中的它。
所以比起偏振镜单纯的偏振过滤，内建偏振滤波器的传感器不仅可也做到消反射光，更重要的是还能利用偏振数据做机器视觉学习，比如3D深度测量，偏振数据可以作为结构光、TOF等方案的细节增益，毕竟绝大多数情况下物体接受和反射的都是非偏振光，表面存在的细微变化都会在偏振数据上忠实体现，更利于细节建模。
当然，内置偏振滤波的传感器设计主要还是面向行业，距离民用还有一点距离，但很多当下在民用端铺开的技术，一开始也都是先行于行业领域，所以很难说它在民用领域没有未来，随着传感器设计的进步和拍摄手法在网络时代的快速传播，渐变和中灰滤镜已经有了效果很好（当然也比较麻烦）的替代方案，偏振镜也只是时间问题……至于保护镜（或UV），在滤镜品质足够高、镜头前镜组还依然很脆弱的情况下，有着经济和心理上的存在价值，目前有条件还是配一块吧。
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