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引用 向右曝光——深入理解宽容度(转帖)  

2009-03-11 23:25:37|  分类: 转引 |  标签: |举报 |字号 订阅

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引用

凉白开向右曝光——深入理解宽容度(转帖)

 在2003年7月冰岛会议上,我有幸和Thomas Knoll(大名鼎鼎,Adobe Photoshop和Camera RAW的主要作者)就数码摄相的信噪比问题进行了探讨。在冰岛3,000多公里驱车旅途中,我们的话题涉及了大量数字图像处理等问题。Thomas谈到了一个我以前从来都没有想过的问题,而此问题一旦触及立即令我大有感悟。

        关于动态范围

        首先,为讨论方便起见让我们将数码单反相机的动态范围对应成光圈5档包围(实际上应该是近6档,但没有必要在这里计较太多),5档之外就超出相机的动态范围了:不是曝光不足(暗部没有细节和层次)就是曝光过度(亮部没有细节和层次),这也许就是为什么很多软件将直方图分成5个区域的原因之一吧。通常我们所处理的RAW实际上是12位图像(不错,理论上应该是16位的,但现在所有数码单反都是在现实16位空间里使用12位RAW记录数据——总归好于JPG的8位)。12位RAW能够反映出4096(2的12次方)离散亮度值。这也许会让人联想到,如果用相当于5档光圈的动态范围去覆盖这个4096 级亮度,那么每档覆盖850=4096/5,事实如此吗?永远要记住“一半”在这里也是有效的(2的N次方),数码单反的动态范围相当于5档光圈,其中第 1档(最亮的部分)覆盖了2048级色调——为什么会这样?这是因为数码单反的CCD或CMOS记录的信号是线性的,而相当于5档光圈动态范围的每1档较其上档都会将光线减半,同时将剩余的一半留给了下档。下表给出更为详细的说明:

 向右曝光——深入理解宽容度(转帖) - 凉白开 - 我的精神桃园

        这张表说明了很多问题,其中最重要也是我们最常犯的一个错误就是,如果我们不好好利用直方图最右边那个区域(通常我们看到的直方图都被分为5个区),实际上我们就白白浪费了手中昂贵的数码单反几近一半的动态范围!当然,我们都知道(至少应该知道)数码摄像最最忌讳的就是曝光过度——亮度超出了动态范围,玩负片的都有这样的经验。如果曝光过度,也就是说照片的亮度超出了直方图最右侧,那么我们只能对这张照片说bye-bye了。

 讲了半天,简单归纳一下:数码和胶片最大不同之处在于,数码单反应该尽可能充分利用直方图中最亮的那一档,因为它覆盖了4096亮度级的一半2048,而在通常直方图上我们看到的这一档,只占整个直方图的五分之一。从直方图的角度来看,数码单反需要向右曝光,而普通胶片通常要求曝光居中。

向右曝光——深入理解宽容度(转帖) - 凉白开 - 我的精神桃园

        通过前面的分析我们不难理解“向右曝光”的含义了:尽可能使直方图向右分布,但同时又要保证不能曝光过度(过饱合)。从操作层面看这点其实很容易做到,大多数相机LCD屏在检查图像时,都会闪烁标志照片过曝的部位。如果出现过曝则略调一下相机的快门或光圈(看哪个更重要了)再来一张,直到曝光过度提示消失为止。(个人来看这种办法可行但最好还是通过经验积累而一次成功,因为有些瞬间可能一辈子就那么一次。同时注意的是,虽然RAW工具都可以进行数码曝光补偿亮度调整之类的,但这种补偿是有限度的:不可能将曝光过度的部分细节再移回来:RAW直接记录了CCD或CMOS上的信息,可是如果CCD或CMOS因为曝光过度没有记录下细节,后期RAW处理也是回天无术了)。

“向右曝光”得到RAW照片肯定会让人感觉“太亮”了。不过没有关系:使用RAW处理软件的亮度(数码曝光)和对比度调整,调整直方图分布(居中) 并使照片看上去“正常”就行了。操作很简单也很容易理解,但蕴含着很复杂的图像处理知识:这种变换首先最大化了照片信噪比,其次弱化了照片暗部可能因多色分调处理所引起的不平滑问题以及可能存在的噪点。

        “向右曝光”一定是针对16/12位RAW的。与某些人所想像不同的是,数码单反在记录RAW时是不做任何非线性变换的,所有非线性变换都是从 RAW转换器开始发生的(也就是我们所使用的RAW软件)。所以,“向右曝光”仅对RAW有效:使用RAW格式拍摄并注意“向右曝光”,按上述办法在 RAW转换器中手动调整照片、最后再向Photoshop输出。通过简单的三步曲,数码单反的带宽得到了最优利用——又一个使用RAW的理由。

        “向右曝光”另一大好处是可以降低ISO值。从操作层面看“向右曝光”实际上应该是在正常测光的基础上再开大光圈或者放慢快门速度,二者是等效的,在进入相机的光量增加的情况下,也给使用较低的感光度(ISO)提供了可能。对于手持拍摄、拍摄移动物体或较暗光线条件下拍摄,往往需要在ISO、快门速度和光圈大小三者之间需要做出艰难选择,而“向右曝光”能够有效改善信噪比并减少暗部噪点,因而还是值得的。

        以上讨论大量涉及到直方图的概念,关于直方图的基础以及应用技巧,可参考本栏目的其他教程。

试验

        “向右曝光”也许并不常用,因为这项技术需要在拍摄过程中投入大量精力并且花大量时间对RAW进行后期处理。但在某些情况下确实需要改善信噪比并充分利用数码单反的动态范围,这项技术就显得特别有效了——没有必要怀疑,只要自己试试就行了。

        平常的夏日、兰天、白云和绿草,使用三角架以正常测光条件先拍摄一张,看看直方图。现在,+1EV(过曝)再来一张(+1EV只是一个参考,注意不要将最亮部分比如云真的过曝了)。多试几次,原则上是没有过曝闪烁的前提条件下直方图尽可能向右分布。

        先将“正常曝光”的那张在RAW转换器中进行常规处理并输出至Photoshop;然后将“向右曝光”的那张在RAW转换器中进行同样操作也输出至Photoshop,由于是“向右曝光”,所以除常规操作之外在RAW转换器中别忘记修正Gamma、亮度和对比度,使之呈正态分布。现在让我们来对比两张在Photoshop里的效果,仔细对比暗部的噪点和多色分调形成的不连续过渡。能不能看出区别?如果没有区别,那么还是沿袭原来的拍摄风格吧!如果发现了区别,那么你就算是掌握这项技术了——今后一定会受益无穷。

        提示:还可以使用高ISO值在夜间做一次对比测试,理论上高ISO形成的噪点比较多,所以个人认为便于发现差别。

更进一步的想法

        本文发表后在本论坛和网上引起了广泛反响,其中有一个很重要的话题是现在很多DSLR仍只能显示亮度直方图,而无法分离通道显示。这意味着R、G或B某个或某几个通道已经过曝了,但亮度直方图却没有闪烁显示。关于这个问题,Thomas Knoll是这么看的:确实有时某(几)个通道过曝是个问题,但仅在这点上使用RAW拍摄还是优于JPG,因为在RAW中我们所关注的是相机本身色彩空间中的过曝问题,而非工作RGB色彩空间(RAW转换器经过色调调整后才将原始RAW变换到工作色彩空间)。sRGB甚至Adobe RGB会将相机原始色彩空间中的不少颜色裁掉。

        最理想的解决方案是相机厂商能够按相机色彩空间通道给出过曝显示闪烁,而不是现在这么简单的亮度闪烁。这也是为什么Camera Raw给出的是不同通道直方图的叠加,而不是简单的亮度直方图的原因。

        从实际操作角度而言,这并不是什么大问题,因为实际场景中最亮的部分总是以最接近自然的状态被还原(比如云)。如果还是担心过曝的话,就使用曝光包围然后从中选出最理想的就行了。

        数码大师Lan Lyons对此技术也做了一些评论,深入阐述了数码摄影和传统胶片的不同:通常,最理想的曝光方式正如Michael所描述的那样:尽可能使直方图向右分布但又一定不能过曝。这种曝光方式利用更多的亮度级别帮助我们确保亮部细节不被丢失;同时越是向右曝光就留下了越多的亮度级来表现暗部细节。很多人为了保护高光部分细节而故意对整张照片做欠曝处理而造成暗部发黑,问题是随后如何恢复这些暗部细节呢?最暗的部分只有128位亮度级的表现力,所以调整曲线打开暗部不可避免要造成多色分调了。

传统胶片时间的一些观念或概念在数码摄影中必须得到改进,曝光就是一个最明显的例子。CCD/CMOS不是胶片,它们对明亮和深暗的表现力与胶片也完全不同。胶片对暗部和亮部的表现都是比较平稳的而细腻的;而CCD/CMOS就不同了(正如Thomas所言),我们经常会发现某个通道过饱和了 (原因归结为CCD/CMOS是线性的),Canon D30就存在这样的问题,而当前版本的Adobe Camera Raw也无法修复存在这类问题的图像。Thomas很清楚我的观点,就如我一样很了解他是怎么想的一样。

        也许大家会提出:要是能对RAW做线性变换就好了!确实如此,因为我们现在所使用的RAW变换肯定是没有办法满足不同需要的。我相信RAW变换工具肯定会越做越好,不过也要奉劝心急的玩家在更好的RAW出现之前最好还是对“向右曝光”技术多多加以关注,因为RAW本身已经并将存在一段时间,与其简单放弃不如对其加以充分利用。要知道:尽管我们目前还无法将亮部过曝还原,但在将来我们一定还会有办法的;但对于暗部的细节和层次,我们却一点办法也没有了。

        即使当前的RAW变换警告过曝我们仍然可以在亮部恢复很多信息。一些恢复技术有点多余,不过还是能够帮助我们更好地理解为什么说亮部同样也包含很多层次和细节以及“向右曝光”技术。

        有些人认为数码图像和胶片的性质是一样的,这可是大谬特误了。Bruce Lindbloom有关于此做过如下解释,也许能够帮助我们更好理解“向右曝光”的技术含义: 传统胶片对最明亮部分的压缩符合D/log E曲线的肩部,所以胶片能够很有层次地表现越来越亮的部分且其过渡也很平稳,胶片对亮度的反应是越明亮压缩得越是厉害,直至最终发生过饱和。重要的是,在过饱和之前对亮部的压缩是渐变的。

        DSLR所用的固态传感器极其不同,光线投射到传感器上引起的信号变化要么递增要么递减(取决于传感器技术),其表现在过饱和之前始终是线性的,一旦发生过饱和那么一切都嘎然而止了,在这个临界点上传感器一点都不会像胶片那样能够发生渐进变化。

        由于存在个点区别,使用18%灰卡测光(传统胶片正是这么做的)在数码相机上就不适用了。对于数码摄影,应该根据取景框中“最白的”白设置曝光,使之尽可能靠近但不要超过相机动态范围的最右侧(8位相当于255,16位相当于65535)才有望取得最佳效果。请记住:使用18%灰卡曝光胶片,“向右曝光”操作我们的数码相机。

        编后:关于“向右曝光”的话题,在迪派已经有过讨论了,这一理论是针对本身动态范围比较大、手动操控性能比较好的高端相机的,对于低端动态范围小的以及“傻瓜”型的相机并不适合。而且,向右曝光必须辅以后期软件进行曝光负补偿,适用于先用RAW拍摄再用软件调整输出的情况,不太适合于直接JPEG拍摄。

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