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  • 什么是数码相机的动态范围

    千次阅读 2010-04-12 09:33:00
    数字相机的动态范围 动态范围(Dynamic Range),最早是信号系统概念,一个信号系统的动态范围被定义成最大不失真电平和噪声电平差。而在实际用途中,多用对数和比值来表示一个信号系统的动态范围,对于底片...

    数字相机的动态范围  

     

    动态范围(Dynamic Range),最早是信号系统的概念,一个信号系统的动态范围被定义成最大不失真电平和噪声电平的差。而在实际用途中,多用对数和比值来表示一个信号系统的动态范围,对于底片扫描仪来说,动态范围是指扫描仪能记录原稿的色调范围,即原稿最暗点的密度(Dmax)和最l亮处密度值(Dmin)的差值。而对于胶片和感光元件来说,动态范围表示图像中所包含的从“最暗”至“最亮”的范围。动态范围越大,所能表现的层次越丰富,所包含的色彩空间也越广。

      数码相机的动态范围越大,它能同时记录的暗部细节和亮部细节越丰富。请注意,动态范围与色调范围(tonal range)是不同的。

      当我们采用JPEG格式拍摄照片时,数码相机的图像处理器会以明暗差别强烈的色调曲线记录图像信息。在这个过程中,处理器常常会省去一部分RAW数据上的暗部细节和亮部细节。而使用RAW格式拍摄,则能图像保持感光元件的动态范围,并且允许用户以一条合适的色调曲线压缩动态范围和色调范围,使照片输出到显示器或被打印出来后,获得适当的动态范围。

      数码相机的感光元件是由数以百万个像素组成的,这些像素在像素曝光的过程中吸收光子,转化成数字信号,然后成像。这个过程就像我们拿数百万个水桶到户外收集雨水。感光区域越光亮,收集的光子量自然越多。感光元件曝光后,按照每个像素收集的光子量不同,赋予它们不连续的值,并转化为数字信号。没有吸收光子和吸收光子至满载的像素值分别显示为"0"和"255",即代表纯黑色和纯白色。

      一旦这些像素满载,光子便会溢出,溢出会导致信息(细节)损失。以红色为例,高光溢出使满载红色的像素附近的其它象素的值都变成255,但其实它们的真实值并没有达到255。换句话说,画面的细节发生了损失,这样会造成高光部分的信息缺失。如果我们以减少曝光时间来防止高光溢出,很多用来描述昏暗环境的像素则没有足够的时间接收光子量,得出的像素值为0,这样就会导致昏暗部分的信息缺失。

      通过上面的说明,我们现在就可以理解为什么采用大尺寸感光元件的数码单反会拥有更大的动态范围。原因很简单:数码单反的感光元件尺寸一般是消费级数码相机的4~10倍,允许承载更多的像素而不至于缩小像点之间的距离,而产生噪点。更多的像素不会很快被“填满”,因此表现昏暗环境的像素在表现光亮环境的像素“满载”之前,有更多时间吸收光子,从而画面细节便会更加丰富。

      数字相机DSLR、DC等等的动态范围表示方法目前似乎并没有统一的约束,各个厂家也只是在他们的宣传内容上提到了“大的动态范围”之类的话,并未给出具体的指标。所以有时我们用比值来描述DSLR的动态范围,或者换算成光圈数,而较少用到密度值概念。

      因为数字图象设备也可以看作一个信号系统,所以动态范围可以分为两个部分,即光学动态范围和输出动态范围。

      光学动态范围(DR_Optical) = 饱和曝光量 / 噪声曝光量(暗电流)

      输出动态范围(DR_Electrical) = 饱和输出振幅 / 随机噪声

      前者主要是由CCD/CMOS等感应器决定的,后者主要由A/D、DSP来决定。其中饱和曝光量相当于传统胶片的肩部范围,噪声曝光量相当于传统胶片的趾部范围。

      对于数字相机,因为其最终还是以数字量输出,所以输出动态范围公式并不适用。我们提到的动态范围主要指的是输入部分的动态范围,也就相当于胶片的宽容度。

      根据目前看到的一些测试,DSLR的光学动态范围基本上和负片相近,超过反转片。 

      其通俗来说就是最大值与最小值的差.

     
    动态范围与成像技术

      在计算器图形学、电影、摄影和摄像技术中,高动态范围成像(High Dynamic Range Imaging)是用来实现比普通数字图像技术更大曝光动态范围(即更大的明暗差别)的一组技术。高动态范围成像的目的就是要正确地表示真实世界中从太阳光直射到最暗的阴影这样大的范围亮度。

      高动态范围成像最初只用于纯粹由计算器生成的图像。后来,人们开发出了一些从不同曝光范围照片中生成高动态范围图像的方法。随着数字相机的日渐流行以及桌面软件变得易于使用,许多业余摄影师使用高动态范围成像的方法生成高动态范围场景的照片,但是,不要将这作为它唯一的用途,实际上高动态范围还有许多其它的应用。

      当用于显示的时候,高动态范围图像经常要进行色调映像,并且要与其它几种全屏显示效果(full screen effect)一起使用。

     

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  • 光圈范围,F值

    2012-06-15 20:24:29
    镜头还有一个很重要的指标就是光圈值。...可能选择大光圈的相机,对于数码相机而言,F/4就不错了,而F/2.8算是很好,奥林巴斯的C-50Zoom,C-4000Zoom,最大光圈都是F/2.8,一般的摄影爱好者完全可以放心使用。Canon
    镜头还有一个很重要的指标就是光圈值。它的大小决定通过镜头进入感光单元的光线多少,直接影响着图像的亮度。这样在光线不足的环境(如室内)拍摄动态的照片就会需要有大光圈配合,而夜景的拍摄就更不用提了。
    可能选择大光圈的相机,对于数码相机而言,F/4就不错了,而F/2.8算是很好,奥林巴斯的C-50Zoom,C-4000Zoom,最大光圈都是F/2.8,一般的摄影爱好者完全可以放心使用。Canon G2相机的镜头光圈为F2.0-F2.5,有多款相机采用此款镜头。
    经常要运用高速快门的抓拍环节,或是经常要使用相机的连拍功能的使用者,一个大光圈镜头的相机是事半功倍的选择。
     

    F值是描述镜头进光亮的指标。 F值越小进光亮越大,F值等于镜头的相对孔径除以镜

     

     

    焦距。F值增加一级进光亮降低一倍。

     

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  • 渐变中灰镜是从外表直观上看是一边有深色而另外一边是透明光学滤镜。而这其中,渐变过渡区域由深到浅不同程度...因此,使用渐变中灰镜可以让你在单次曝光时候就可以拍摄到场景的最大动态范围,无需用不同快门...

    渐变中灰镜是从外表直观上看是一边有深色而另外一边是透明的光学滤镜。而这其中,渐变过渡区域由深到浅的不同程度和方式决定了它的种类。它们常常适用于天空过曝而地景过暗的场景。

    人类的眼睛可以抓捕到一个大范围的亮度还有阴影。这就是我们经常说的“动态范围”。然而很不幸我们目前相机传感器技术还没有能够达到人眼的动态范围。因此,使用渐变中灰镜可以让你在单次曝光的时候就可以拍摄到场景的最大动态范围,无需用不同快门速度进行多次曝光。

    不同类型的渐变镜适用于不同拍摄场景。在NiSi产品范围内,GND渐变灰滤镜的种类很多。不仅有常见的软渐变、硬渐变、标准渐变,还有反向渐变和NiSi独创的地平线渐变。它们的渐变过渡区域都是不一样的。

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    渐变中灰镜的光学密度还有档数的原理和减光镜相同。只是这个原理只运用在了镜片深色的一边。大部分的渐变中灰镜都是由上至下,从深到浅。

    渐变镜有不同的档位,分别为2档(0.6),3档(0.9)和4档(1.2)。使用任何类型渐变镜时,都应该测量最亮天空和地面存在几档的光比,然后选择合适档位的渐变镜。了解场景的构成以及在总体对比度和曝光平衡方面要实现的目标将会决定选择哪种类型的渐变镜。

    让我们看一下何时使用硬渐变镜以及使用时要注意的内容。

    1.当地平线平坦且明显时,请使用硬渐变镜

    硬渐变中灰镜的渐变区域较短,过渡非常突然。不同于软渐变和标准渐变从上到下由深灰过渡到中灰,硬渐变的正中间有一道非常明显的分界线,这条分界线通常我们会把它压在海平面或者地平线上面。

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    当没有其他较大的元素(例如山脉,建筑物或岩石)突出到地平线上方时,硬渐变镜就是最佳选择。但是,如果水平线上有明显的凸起的元素,使用硬渐变,则图像上那些区域的曝光就会被压暗,并且在后期处理时很难校正。

    在插硬渐变镜时,要确保水平线与渐变区域完美对齐是非常重要的。由于硬渐变的中间过渡明显比软渐变和标准渐变迅速,因此如果滤镜放置不到位,可能会影响地平线以下部分的曝光。

    那么,硬渐变中间的这道分界线在使用的时候会不会很难对准?其实在分界线的地方带有一点非常柔和的小过渡,虽然过渡的级别不能和软渐变相比,但还是有一点点的过渡。

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    所以在压暗的时候只要小心一点,让小过渡的一方能够和海平面或者地平线能够去重合,压暗就不会出现什么意外的状况,看起来将会非常自然。

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    未使用滤镜

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    使用NiSi硬渐变镜拍摄

    2.使用硬渐变镜时,焦距很重要

    由于硬渐变镜压暗的部分多,而渐变过渡区域少,因此镜头和焦距的选择对于是否应使用它们也起着很大的作用。焦距越短,自然就越有可能出现图像失真变形的情况。失真有两种类型:桶形失真(使线看起来像是向外弯曲)和枕形失真(线看起来向内弯曲)。

    超广角镜头会引起某种形式的失真,这一般在图像的水平线上很明显。可以在后期处理中校正处理一下,但是如果使用了硬渐变镜,并且在捕获图像时水平线实际上会有出现弯曲变形,则滤镜的水平线可能不会与您看到的实际水平线对齐。这在后期处理中将很难纠正,因为在没有水平直线的地方会出现不均匀的暗部。

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    反向渐变镜@ 35mm

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    硬渐变镜@ 16mm

    如果使用超广角镜头(在很多情况下为20mm或更宽),则软渐变或者标准渐变可能是更好的选择。从20mm到最大50mm,大多数镜头不会有太多可见的畸变,在这种情况下,如上文所述,当出现明显的水平直线时,建议使用硬渐变镜。

    图文/NiSi Filters Australia

    编辑/Emily

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动态范围最大的相机