主题：★ 动态范围与画质， 你可能不知道的另一面......
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当年跑到无忌来玩，主要是喜欢在C谈交流讨论。因为当时感觉C坛除了交流C机的拍摄之外，讨论数码相机技术层面的东西比较多。 N坛也没少参与，而N坛的感觉是相机功能和相机使用的经验和技术探讨见长。当年的CN大战主要是相机画质的技术层面。在讨论中虽然经常不同意见者讨论激烈， 但是也通过讨论更加了解一些相关的事情。本次提出一个大家近几年来听到的最多的叫的最响的声音--动态范围的，有关画质的讨论。动态范围大，好处大家都知道， 但是有没有什么不好呢？ 可能很多人从来就没有问过这个问题。
从理论入手， 分析ADC采样深度，采样精细度与动态范围大小的关系， 我们似乎可以得出这样的推论， 同样是主流的14 bit RAW，11 EV 与12 EV动态范围的相机来比较画质， 后者动态范围的增加会提高记录图像的高光区或黑暗区的表现力，而前者也并非一定是劣势，可能在色阶表现方面更精细而细腻。
关于14 bit RAW。14 bit 采样深度意味着 2^14=16384 个状态， 代表CMOS或CCD图像感应器每个像素（R或G或B， 每个色通道）上ADC采样的亮度为16384 级。 可以理解为16384 级的亮度阶梯。 可以说1~16384或者0-16383， 总之都是16384级，这是14 bit采样所能得到的最多的色阶数。
ADC 采样深度的bit 数和动态范围无关。一个感应器的11 bit ADC换成12bit并不能增加动态范围（动态范围取决于像素的物理特性--像素的电荷容量、噪声等）。同样动态范围下，后者采样的亮度阶梯数量增加了一倍， 对同样亮度范围内的采样色阶会细腻一倍（前提是噪声足够小而使得噪声不会影响色阶表现）。所以当前14 bit 为主流的情况下， 用12 bit RAW的所能表现的色阶数量理论上比 14 bit 降低了3/4， 只剩下1/4的色阶了。 虽然12 bit 让然比8 bit jpg规格强不少， 但是如果做比较大的后期调整可能会使其缺陷变得明显， 毕竟理论上色阶粗糙了4倍。
那么在一定的采样深度，比如14 bit之下， 动态范围从11 EV增加到12 EV呢？动态范围增加一档， 这无疑对RAW文件解码的时候还原高光或暗部信息有好处。 俗话说患得患失， 此时动态范围增加后能得到更多的高光或暗部信息的同时， 我们会在画质上有什么牺牲吗？ 理论上说是有。 因为同样的采样深度14 bit， 覆盖的动态范围增加1 EV意味着亮度范围增加一倍， 那么采样的精细度就降低为1/2。比如拍某个人像， 人脸的某部分亮度区间内动态范围为11 EV的某相机14 bit采样数量为3000个不同的色阶值， 如果换成提高一档为12 EV动态范围的相机，则脸上同一区域只能采样得到1500个不同的色阶值，减少50%。 那么在图像还原时候，后者的人脸皮肤表现在屏幕上看着可能就缺少色阶细节， 反差降低， 发灰。因为缺失的那部分色阶用于增加的那一档的高光区或暗区的采样记录去了。 总之就是同样的14 bit， 同样的阶梯数， 动态范围越高， 阶梯的每个台阶就被拉伸的越大， 台阶越显粗糙。对应画质上， 反差和细腻度可能就会受到影响。
结论是， 如果拍照自然风景，重点不是细腻的色阶过渡而是高光和暗部的记录、一般色彩和线条刻画， 或许可以考虑14 bit 的高动态范围相机；而如果拍人像或者强调主体色阶表现， 和细腻的色阶过渡， 14 bit 的高动态范围的相机可能并不能很好满足需要。一个相机如果提高动态范围 1 EV， 同时也应该提高采样深度1 bit，这样才能保持同样的色阶细腻度。理论上同样的动态范围下采样深度 bit 数越多越好；同样的bit数采样， 动态范围越大越好？ 未必一定是好。
最后，看看这张佳能1200D的人像样片，细腻的肌肤表现令人难忘，ISO100的最大动态范围是10.72 EV （DXO）。谁会去关心其动态范围不足呢？ Whatever.
本帖最后由 刘云飞 于 2016-3-28 13:36 编辑
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无际 发表于 2018-6-16 15:21
1、A/D多少位是技术格式
2、动态是加进电路噪音后的信噪比值
3、最后的raw文件的动态范围 还要取决于每个厂家对明暗和色彩的算法 这个算法每个厂家都不同 然后形成raw文件 换句话说这个阶段是非线性的
提示1 同一厂家前期不同参数形成的照片文件 后期是无法完全模仿复原的
提示2 不同厂家的raw文件 后期也是无法完全模仿调整为一致的
4、raw文件如何生成最后的画面 各个软件也都不同
最后说一句 DxO测评就如同小清新风格一样恶俗 是对摄影艺术和技术性倾向的破坏 适马135A这类镜头就是这种恶俗最好的样品
动态范围又理论上限的，shot noise了解一下
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woodysh 发表于 2018-6-17 00:35
官方样图sony难道就比没好的？大家拍摄环境都不一样这又能说明什么？别人拍的照片好不等于别人的机器好，要是楼主能拿出科学的分析数据支持自己的观点自然有说服力，否则也只是在yy而已。同场景测评机构的图样并没有反应佳能的色彩更丰富。登录后可直接显示原图
佳能拍人像好看 还需要yy吗 你本末倒置吧
你继续yy吧 不陪了
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无际 发表于 2018-6-16 21:42
这个是误解 这张照片来自佳能官网 是官方样片 重新传就看得见参数了 机身是Canon EOS Kiss X70 中国型号是1200D 镜头是EF135mm f/2L USM
http://www.canon.com.cn/products/camera/eos/lineup/1200d/img/sample1_zoom.jpg
官方样图sony难道就比没好的？大家拍摄环境都不一样这又能说明什么？别人拍的照片好不等于别人的机器好，要是楼主能拿出科学的分析数据支持自己的观点自然有说服力，否则也只是在yy而已。同场景测评机构的图样并没有反应佳能的色彩更丰富。
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woodysh 发表于 2018-6-16 21:35
就是这层意思，楼主上了一张没有exif的不知道哪里来的图而且看起来还有ps，就能证明佳能动态低，其实是中间层次更丰富导致的。
这个是误解 这张照片来自佳能官网 是官方样片 重新传就看得见参数了 机身是Canon EOS Kiss X70 中国型号是1200D 镜头是EF135mm f/2L USM
http://www.canon.com.cn/products/camera/eos/lineup/1200d/img/sample1_zoom.jpg 本帖最后由 无际 于 2018-6-16 21:44 编辑
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无际 发表于 2018-6-16 21:21
我这么解释 不知道能不能沟通
14bit的芯片有16384个坑
楼主的意思 动态范围窄的 是因为要展开中间层次 所以给高光与低光没有留太多的坑 这是算法导致动态范围窄
而动态范围大的 为了顾及高光和低光的细节 就留了较多的坑给高光和低光 这跟算法有关 即便是场景只有中间调 没有高光和低光的情况 高中低的分布格局不会变化 它们是对应坑的
证明的办法就是最后照片的结果 也就是尼康拍风景 佳能拍人像为什么各得其所 楼主试图用他的理解在诠释
就是这层意思，楼主上了一张没有exif的不知道哪里来的图而且看起来还有ps，就能证明佳能动态低，其实是中间层次更丰富导致的。
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woodysh 发表于 2018-6-16 21:06
看得懂就行，现在流行一种评论就是不管别人发表的观点怎么样，反正断章取义大做文章，然后楼就歪了。
其实就一句话，楼主的意思是就算是拍大平光下的照片，佳能相机包含的色彩会比索尼丰富？是否有办法证明
我这么解释 不知道能不能沟通
14bit的芯片有16384个坑
楼主的意思 动态范围窄的 是因为要展开中间层次 所以给高光与低光没有留太多的坑 这是算法导致动态范围窄
而动态范围大的 为了顾及高光和低光的细节 就留了较多的坑给高光和低光 这跟算法有关 即便是场景只有中间调 没有高光和低光的情况 高中低的分布格局不会变化 它们是对应坑的
证明的办法就是最后照片的结果 也就是尼康拍风景 佳能拍人像为什么各得其所 楼主试图用他的理解在诠释 本帖最后由 无际 于 2018-6-16 21:22 编辑
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无际 发表于 2018-6-16 15:21
1、A/D多少位是技术格式
2、动态是加进电路噪音后的信噪比值
3、最后的raw文件的动态范围 还要取决于每个厂家对明暗和色彩的算法 这个算法每个厂家都不同 然后形成raw文件 换句话说这个阶段是非线性的
提示1 同一厂家前期不同参数形成的照片文件 后期是无法完全模仿复原的
提示2 不同厂家的raw文件 后期也是无法完全模仿调整为一致的
4、raw文件如何生成最后的画面 各个软件也都不同
最后说一句 DxO测评就如同小清新风格一样恶俗 是对摄影艺术和技术性倾向的破坏 适马135A这类镜头就是这种恶俗最好的样品
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无际 发表于 2018-6-16 17:44
我再纠正你两处
把色彩采样当作萝卜，采样的是亮度信号
14bit是理论最大采样精度，14bit就是采样精度
很显然你是文科生
其实就一句话，楼主的意思是就算是拍大平光下的照片，佳能相机包含的色彩会比索尼丰富？是否有办法证明
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woodysh 发表于 2018-6-16 17:05
楼主这种想法就是把色彩当作占坑游戏，把色彩采样当作萝卜，14个萝卜放到12个坑里会让坑里的萝卜更多。在大家都是14个萝卜的时候确实坑少的方案萝卜密度高。
但实际上这个假设很靠不住，首先每次到总萝卜是14个吗？14bit是理论最大采样精度，也就是同样的条件下，是否可以完全采集到14个萝卜是个问题。cmos采集能力佳能可以达到索尼水平吗？我不知道。
第二，坑多少是关键。如果所有方案坑的数量本来就是远远大于14，那么14个萝卜放到20个坑里的前14个坑和放到25个坑里的前14个坑里比，并没有什么优势。
前面有人已经说了，宽容度解释是相机最大的记录能力，也就是在相同环境下，相机能记录的最大亮度和最低亮度的比值。
当亮度都在中间地带，也就是没有高光比时候，索尼相机并不会强行创造高光和阴影中的数据。所以楼主这种占坑比喻丝毫站不住脚
...
我再纠正你两处
把色彩采样当作萝卜，采样的是亮度信号
14bit是理论最大采样精度，14bit就是采样精度
很显然你是文科生 本帖最后由 无际 于 2018-6-16 17:45 编辑
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woodysh 发表于 2018-6-16 17:05
楼主这种想法就是把色彩当作占坑游戏，把色彩采样当作萝卜，14个萝卜放到12个坑里会让坑里的萝卜更多。在大家都是14个萝卜的时候确实坑少的方案萝卜密度高。
但实际上这个假设很靠不住，首先每次到总萝卜是14个吗？14bit是理论最大采样精度，也就是同样的条件下，是否可以完全采集到14个萝卜是个问题。cmos采集能力佳能可以达到索尼水平吗？我不知道。
第二，坑多少是关键。如果所有方案坑的数量本来就是远远大于14，那么14个萝卜放到20个坑里的前14个坑和放到25个坑里的前14个坑里比，并没有什么优势。
前面有人已经说了，宽容度解释是相机最大的记录能力，也就是在相同环境下，相机能记录的最大亮度和最低亮度的比值。
当亮度都在中间地带，也就是没有高光比时候，索尼相机并不会强行创造高光和阴影中的数据。所以楼主这种占坑比喻丝毫站不住脚
...
应该是你的这种占坑比喻丝毫站不住脚 理解错误
楼主并没有占坑比喻
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yjmr_fbi 发表于 2018-6-16 14:24
我的疑问是：
如果景色的动态范围是10，传感器的动态范围是12，那么RAW中，记录的动态范围是10还是12呢？
如果RAW记录的动态范围是12，假设记录为中间调，那么明暗两端就被白白浪费了，因为景色中没有这部分信息。信息可能会损失3/4。但实际使用中，貌似损失的远远没有这么多。
那么会不会有这样的可能，在景色动态范围10的情况下，动态范围为12的传感器，记录的时候会自动降低动态范围为10左右呢？
1、A/D多少位是技术格式
2、动态是加进电路噪音后的信噪比值
3、最后的raw文件的动态范围 还要取决于每个厂家对明暗和色彩的算法 这个算法每个厂家都不同 然后形成raw文件 换句话说这个阶段是非线性的
提示1 同一厂家前期不同参数形成的照片文件 后期是无法完全模仿复原的
提示2 不同厂家的raw文件 后期也是无法完全模仿调整为一致的
4、raw文件如何生成最后的画面 各个软件也都不同
最后说一句 DxO测评就如同小清新风格一样恶俗 是对摄影艺术和技术性倾向的破坏 适马135A这类镜头就是这种恶俗最好的样品 本帖最后由 无际 于 2018-6-16 15:29 编辑
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无际 发表于 2018-6-16 12:27
说简单点就是 如果两台机身的A/D转换器都是14位 并且电噪音的水平也是一样 那么动态范围小的必定中间调就会包含更多的细节 过渡就会更加细腻
注意 前提是电路噪声也在同一水平
变通一下 假使索尼的传感器噪音比佳能控制的好的话 佳能为了保证中间调的细腻 也就必然会大幅降低动态 动态只会更低
提示 如果不拍风景的话 那些动态低的机身值得玩味 可能在拍人像方面具有更加细致的表现 拍风景相反 有点像适马50A与佳能50L的区别
高档机身的设计就在于把放大器更加靠近传感器 尽早把信号电平放大 以免受到噪音的干扰 来提高信号纯度......
我的疑问是：
如果景色的动态范围是10，传感器的动态范围是12，那么RAW中，记录的动态范围是10还是12呢？
如果RAW记录的动态范围是12，假设记录为中间调，那么明暗两端就被白白浪费了，因为景色中没有这部分信息。信息可能会损失3/4。但实际使用中，貌似损失的远远没有这么多。
那么会不会有这样的可能，在景色动态范围10的情况下，动态范围为12的传感器，记录的时候会自动降低动态范围为10左右呢？
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无际 发表于 2018-6-16 12:27
说简单点就是 如果两台机身的A/D转换器都是14位 并且电噪音的水平也是一样 那么动态范围小的必定中间调就会包含更多的细节 过渡就会更加细腻
注意 前提是电路噪声也在同一水平
变通一下 假使索尼的传感器噪音比佳能控制的好的话 佳能为了保证中间调的细腻 也就必然会大幅降低动态 动态只会更低
提示 如果不拍风景的话 那些动态低的机身值得玩味 可能在拍人像方面具有更加细致的表现 拍风景相反 有点像适马50A与佳能50L的区别
高档机身的设计就在于把放大器更加靠近传感器 尽早把信号电平放大 以免受到噪音的干扰 来提高信号纯度......
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yjmr_fbi 发表于 2018-6-16 12:07
好文章，我顶楼主。
不过非理工男想要理解一定困难，所以能看懂的人不会超过10%。
说简单点就是 如果两台机身的A/D转换器都是14位 并且电噪音的水平也是一样 那么动态范围小的必定中间调就会包含更多的细节 过渡就会更加细腻
注意 前提是电路噪声也在同一水平
变通一下 假使索尼的传感器噪音比佳能控制的好的话 佳能为了保证中间调的细腻 也就必然会大幅降低动态 动态只会更低
提示 如果不拍风景的话 那些动态低的机身值得玩味 可能在拍人像方面具有更加细致的表现 拍风景相反 有点像适马50A与佳能50L的区别
高档机身的设计就在于把放大器更加靠近传感器 尽早把信号电平放大 以免受到噪音的干扰 来提高信号纯度...... 本帖最后由 无际 于 2018-6-16 12:34 编辑
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mr1 发表于 2017-3-19 20:36
12位(压缩) 动态范围13.9EV猜测是缩图造成的
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mr1 发表于 2016-11-13 22:11尼康D3400 NEF (RAW):12位(压缩) 动态范围13.9EV，不科学啊，为什么？
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我想16-bit 采样是物理操作，必须要16-bit ADC才可以。
这个问题有意思的一点是，佳能的80D明显地通过改善暗部噪声的方法提高了动态范围指标。而从它的人像样片中没看到有什么反差降低而肤色发灰调的感觉。想其原因可能色阶采样的步长没有改变， 但是暗部显现了更多的色阶。 同时jpg 处理的时候依然采用了从前类似的处理方式，从而暗部没有明显地拉亮。所以明区色阶和反差（比较亮的皮肤部分）没什么影响。暗部如果需要拉亮则可以在解raw时候拉亮。可能这时候可能就会影响亮区的反差而降低肤色表现了。
还没买新机，没有实际拍片对比研究这个问题。
这个问题有意思的一点是，佳能的80D明显地通过改善暗部噪声的方法提高了动态范围指标。而从它的人像样片中没看到有什么反差降低而肤色发灰调的感觉。想其原因可能色阶采样的步长没有改变， 但是暗部显现了更多的色阶。 同时jpg 处理的时候依然采用了从前类似的处理方式，从而暗部没有明显地拉亮。所以明区色阶和反差（比较亮的皮肤部分）没什么影响。暗部如果需要拉亮则可以在解raw时候拉亮。可能这时候可能就会影响亮区的反差而降低肤色表现了。
还没买新机，没有实际拍片对比研究这个问题。
9465026 发表于 2017-1-11 17:41
我很认同动态范围和色阶挂钩的观点、但这也并不是不可以解决的，现在不少135画幅cmos在采样时能达到16位的采样率但最终记录的时候只有14位的采样率，这样其中高光和暗光的范围就能通过软件进行筛选实线了类似“动态”的采样方式。
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