主题:★ 动态范围与画质, 你可能不知道的另一面......
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GFX100S
刘资深您好,非常喜欢这个极具技术含量的帖子。
我最近也在尝试使用魔灯的dualiso设置拍照,我发现魔灯拍摄的cr2文件经转换的dng文件是16位的,按理相机读取的最大信息是14位的,那么按您的理解这个16位的信息是插值而来,还是因为双iso的原因额外增加了。附一张rawdigger解的参数,您能不能解读一下,谢谢!
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谢谢探讨。
GT-R 发表于 2016-6-10 11:56
谢谢!
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刘云飞 发表于 2016-6-10 07:35
理论上似乎是。 因为同样的感应器, 优于降噪增了暗部的可识别色阶, 那么总的还原的可识别色阶数量就会增加, bit 数会增加。不过应该每个色阶的阶梯步长没有改变。具体如何需要实际测量。 大致感觉是亮部画质不变, 暗部噪声降低画质改善。
谢谢!
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理论上似乎是。 因为同样的感应器, 优于降噪增了暗部的可识别色阶, 那么总的还原的可识别色阶数量就会增加, bit 数会增加。不过应该每个色阶的阶梯步长没有改变。具体如何需要实际测量。 大致感觉是亮部画质不变, 暗部噪声降低画质改善。
GT-R 发表于 2016-6-9 09:15
谢谢!

突然想到:既然是噪声影响了色阶,那使用魔灯的dual iso一定能增加实际的bit数!(因为佳能的暗部噪声比较大,有效色阶较少)

是这样吗?
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刘云飞 发表于 2016-6-7 11:43
可以看到啊。Screen 和 Print 下你都可以看到 Tonal Range —— “色阶范围” 是多少bits,某通道(也许RGB三通道的平均值之类)的色阶数量就是2的bit数次方个。

比如说5D3在最低感光度下Screen全分辨率下测量的Tonal Range 是 8.65 bits, 那么某单通道的色阶(灰阶)就是2^8.65 = 402个色阶。 啊?不是说好的14-bit = 16384个采样色阶吗?!怎么实际上只有402个, 只有8.65 bit? 我也很惊讶。

但是似乎可以解释同样令我疑惑的问题, 就是天空为什么用14-bit RAW也很容易就拉断色阶出现条纹。
谢谢!

突然想到:既然是噪声影响了色阶,那使用魔灯的dual iso一定能增加实际的bit数!(因为佳能的暗部噪声比较大,有效色阶较少)

是这样吗?

本帖最后由 GT-R 于 2016-6-9 09:25 编辑

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可以看到啊。Screen 和 Print 下你都可以看到 Tonal Range —— “色阶范围” 是多少bits,某通道(也许RGB三通道的平均值之类)的色阶数量就是2的bit数次方个。

比如说5D3在最低感光度下Screen全分辨率下测量的Tonal Range 是 8.65 bits, 那么某单通道的色阶(灰阶)就是2^8.65 = 402个色阶。 啊?不是说好的14-bit = 16384个采样色阶吗?!怎么实际上只有402个, 只有8.65 bit? 我也很惊讶。

但是似乎可以解释同样令我疑惑的问题, 就是天空为什么用14-bit RAW也很容易就拉断色阶出现条纹。
GT-R 发表于 2016-6-6 21:50
可是看screen数据无法得知整张照片的色阶数量啊!

还是说根本就不需要看整张照片的色阶数量?
本帖最后由 刘云飞 于 2016-6-7 11:44 编辑

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刘云飞 发表于 2016-6-6 00:07
两个都可以。看screen, 这是全分辨率100%放大情况下最客观的数据。Print也可以参考, 但那时缩图牺牲分辨率压低噪声之后的结果, 有局限性。

Print模式下的值注意是用分辨率换来的噪声等的改善。缩图的原理可以理解为CMOS尺寸不变,每减少50% 像素缩图, 两个像素当一个像素的面积,面积增加一倍, 信噪比增加3dB, 高感噪声改善一档。比如一张iso 1600的1600万像素照片, 缩图50%像素到800万像素, 相当于ISO 800的噪声感觉, 继续缩图50%像素到400万像素, 高感噪声再改善一档成为ISO 400的水平。这张图缩小到1/16, 100万像素的时候其噪声水平相当于ISO 100。 但是这个时候原来的像素分辨率已经损失了15/16, 93.75%!分辨率损失惨重, 早就和1600万像素原来的分辨率bye bye 了。

所以我更偏重看Screen的数据。
可是看screen数据无法得知整张照片的色阶数量啊!

还是说根本就不需要看整张照片的色阶数量?
本帖最后由 GT-R 于 2016-6-6 21:53 编辑

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两个都可以。看screen, 这是全分辨率100%放大情况下最客观的数据。Print也可以参考, 但那时缩图牺牲分辨率压低噪声之后的结果, 有局限性。

Print模式下的值注意是用分辨率换来的噪声等的改善。缩图的原理可以理解为CMOS尺寸不变,每减少50% 像素缩图, 两个像素当一个像素的面积,面积增加一倍, 信噪比增加3dB, 高感噪声改善一档。比如一张iso 1600的1600万像素照片, 缩图50%像素到800万像素, 相当于ISO 800的噪声感觉, 继续缩图50%像素到400万像素, 高感噪声再改善一档成为ISO 400的水平。这张图缩小到1/16, 100万像素的时候其噪声水平相当于ISO 100。 但是这个时候原来的像素分辨率已经损失了15/16, 93.75%!分辨率损失惨重, 早就和1600万像素原来的分辨率bye bye 了。

所以我更偏重看Screen的数据。

GT-R 发表于 2016-6-5 13:58
看dxo的tonal range是看screen还是看print呢?
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刘云飞 发表于 2016-6-5 13:53
不客气, 互相学习。

我认为ADC量化后的数据里面1个值只能对应一个色阶, 也就是一个亮度值。14-bit ADC 的相机理论上可以记录16384个色阶。这是个极限的最大值。 但是实际上因为噪声等原因使得记录到的色阶数量小于这个数字很多。甚至也和拍摄场景有关。 曾经在北京颐和园薄雾中隔岸拍景明楼, 拍下来灰茫茫, 直方图左右两侧都是空的只有※※有倒钟形分布, 肯定色阶数量大大减少。

回到你说的问题, 我想你可能是在纠结前面引用图中6D的G通道 13539的问题。 这也是我疑惑作者数据的地方。查看DXO的数据6D和D800/E的tonal range 色阶数量是差不多级别, 貌似不应该二者有那么明显的差别。这个问题我倾向于DXO的测试数据值。
看dxo的tonal range是看screen还是看print呢?
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不客气, 互相学习。

我认为ADC量化后的数据里面1个值只能对应一个色阶, 也就是一个亮度值。14-bit ADC 的相机理论上可以记录16384个色阶。这是个极限的最大值。 但是实际上因为噪声等原因使得记录到的色阶数量小于这个数字很多。甚至也和拍摄场景有关。 曾经在北京颐和园薄雾中隔岸拍景明楼, 拍下来灰茫茫, 直方图左右两侧都是空的只有※※有倒钟形分布, 肯定色阶数量大大减少。

回到你说的问题, 我想你可能是在纠结前面引用图中6D的G通道 13539的问题。 这也是我疑惑作者数据的地方。查看DXO的数据6D和D800/E的tonal range 色阶数量是差不多级别, 貌似不应该二者有那么明显的差别。这个问题我倾向于DXO的测试数据值。

GT-R 发表于 2016-6-5 11:58
多谢楼主!

追问:1个亮度只能对应1个色阶吗?1个亮度就不能对应多个色阶?

例如一款14bit的相机能记录的亮度范围为0~13500,如果1个亮度只能对应1个色阶的话,那它最多只能包含13500个色阶,而不可能包含16384个色阶。是这样吗?
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刘云飞 发表于 2016-6-5 10:04
其 minimum和maximum貌似对应那张拍摄照片的最低和最高亮度值。 Different Values 应该代表最大值与最小值之间的所有色阶数。相当于DXO测试中的Tonal Range。

如他所说的D800E, 应该是3~16383, 基本覆盖了最低和最大亮度值。但是其红通道R为例,3-16383 这16381个色阶范围内实际采集到的色阶数量Different Values 为 12369个。 我们看看 Different Values 和 Minimum~Maximum 之间的数值差别。少了约4000个。B和G通道也少了大约3000个和3000个。 哪里去了呢? 可能原场景中缺少某段亮度, 也可能是ADC采样误差和噪声影响造成某些色阶“丢失”, 也可能因为ADC之后的处理弄丢了一些,情况不得而知。

Different Values 和 Minimum~Maximum 之间的数值差别, 6D R通道只丢了1300个大约。B和G通道基本没丢几个可以忽略。相对地说也“丢失”一些色阶但丢的不太多。

再看 7R的情况, Minimum~Maximum 之间应有的色阶数量是 0~15871,应该有总数量15872个色阶, 但是软件统计出来少了一个数量级, 只有1767个, 少了约14000个, 中间的色阶被抽空那么多, 不可思议。

————————————————————————————
以上讨论只是基于引文数据, 其准确性可能因测量方法和图 ...
多谢楼主!

追问:1个亮度只能对应1个色阶吗?1个亮度就不能对应多个色阶?

例如一款14bit的相机能记录的亮度范围为0~13500,如果1个亮度只能对应1个色阶的话,那它最多只能包含13500个色阶,而不可能包含16384个色阶。是这样吗?

本帖最后由 GT-R 于 2016-6-5 12:09 编辑

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xjrumo 发表于 2016-5-14 10:53
佳能夠用論
岂止是够用,简直是以少胜多,以弱胜强。这里说的是人像应用。以前还看过一篇胶片时代拍风光用反转而不用负片的,以此论证动态范围越小画质越高的。把这两篇放在一起,那以动态范围小著称的厂家(不敢说出名字来,怕被禁言或封号)简直就要一统江湖啦!
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其 minimum和maximum貌似对应那张拍摄照片的最低和最高亮度值。 Different Values 应该代表最大值与最小值之间的所有色阶数。相当于DXO测试中的Tonal Range。

如他所说的D800E, 应该是3~16383, 基本覆盖了最低和最大亮度值。但是其红通道R为例,3-16383 这16381个色阶范围内实际采集到的色阶数量Different Values 为 12369个。 我们看看 Different Values 和 Minimum~Maximum 之间的数值差别。少了约4000个。B和G通道也少了大约3000个和3000个。 哪里去了呢? 可能原场景中缺少某段亮度, 也可能是ADC采样误差和噪声影响造成某些色阶“丢失”, 也可能因为ADC之后的处理弄丢了一些,情况不得而知。

Different Values 和 Minimum~Maximum 之间的数值差别, 6D R通道只丢了1300个大约。B和G通道基本没丢几个可以忽略。相对地说也“丢失”一些色阶但丢的不太多。

再看 7R的情况, Minimum~Maximum 之间应有的色阶数量是 0~15871,应该有总数量15872个色阶, 但是软件统计出来少了一个数量级, 只有1767个, 少了约14000个, 中间的色阶被抽空那么多, 不可思议。

————————————————————————————
以上讨论只是基于引文数据, 其准确性可能因测量方法和图片而有偏差。

GT-R 发表于 2016-6-4 22:38
楼主我又来问问题了。。。

......

换言之:用BlackLevel和WhiteLevel之差(图中为minimum和maximum之差)来反映ADC的bit数,还是用different values的值来反映ADC的bit数?

谢谢!
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共同探讨。

14-bit ADC的定义,说的是能够采集0~16384个不同的色阶。和动态范围没有绝对的对应关系。 无论信号放大器给它多大的信号, 他都是16384级比较器在等待比较, 如果信号幅度范围大, 最高值能达到第16384级的高度, 并且如果中间变化是连续信号, 那这个ADC就应该采集到16384个不同的幅度值。如果中间亮度变化不连续, 亮度缺一块区间或跳过一块区间(比如曝光直方图分布上面左侧或右侧或中间什么部分出现空※※), 那么ADC虽然有16384级,但只能部分级能采集到信号,最后结果同级像素的不同亮度级就会少于16384级。

所以16384不代表动态范围不代表亮度。如果欠曝肯定达不到16384个色阶, 亮度值也达不到应有的亮度 -- 还原出来的零度范围降低。

动态范围, 这个是最高亮度和最低反差比值的log对数值。14EV的动态范围可以用12-bit 的ADC, 也可以用14-bit的ADC, 理论上完美采样都可以还原14EV动态范围的场景而覆盖同样的动态范围/亮度区间。 区别就是14-bit的ADC能还原更多的色阶。

你引用的那篇文章方法思路是对的, 但是测试图不是很严谨, 每个图是否能反映ADC所能采集的16384 全部色阶不是十分肯定。那三个相机的色阶数量可以参考更成熟的测试 - DXO: http://www_dxomark_com/Cameras/Compare/Side-by-side/Sony-A7R-versus-Canon-EOS-6D-versus-Nikon-D800___917_836_792 。其中Tonal range 一项应该就是每通道还原的色阶数量,也就是对应通道不同值的数量, 相当于你引文表格中的 Different Values 。 但是测试方法不同, 结果不一定吻合,

GT-R 发表于 2016-6-4 22:38
楼主我又来问问题了。。。

关于14bit ADC的定义,所说的是能够采集16384个不同的色阶,还是说能够采集在0~16384的亮度范围之中的色阶?(16384级色阶采样,说的是个数还是亮度范围?)

换言之:用BlackLevel和WhiteLevel之差(图中为minimum和maximum之差)来反映ADC的bit数,还是用different values的值来反映ADC的bit数?

谢谢!
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刘云飞 发表于 2016-3-28 13:32
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 ...
楼主我又来问问题了。。。

关于14bit ADC的定义,所说的是能够采集16384个不同的色阶,还是说能够采集在0~16384的亮度范围之中的色阶?(16384级色阶采样,说的是个数还是亮度范围?)

换言之:用BlackLevel和WhiteLevel之差(图中为minimum和maximum之差)来反映ADC的bit数,还是用different values的值来反映ADC的bit数?

谢谢!

本帖最后由 GT-R 于 2016-6-4 22:58 编辑

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刘云飞 发表于 2016-5-29 12:47
尼康D5的dxo 评测结果出来了:
http://www_dxomark_com/Cameras/Compare/Side-by-side/Nikon-D5-versus-Nikon-D4s-versus-Nikon-D4___1062_945_767

动态范围一项D5比D4s降低了1档。 动态范围退步了?看到有些人开始质疑D5。

不过我倒是觉得这样或许D5或有更出色的色阶表现, 因为色阶范围和色彩深度都略有提高。 在色阶和色彩数量有增加而动态范围减小的情况下, 理论上意味这在某个档的明暗变化区间内的色阶数量会增加,色阶密度增大。这意味着理论上更细腻的色阶/色彩表现。当然可能有其他因素影响画质,实际表现有待见证。
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尼康D5的dxo 评测结果出来了:
http://www_dxomark_com/Cameras/Compare/Side-by-side/Nikon-D5-versus-Nikon-D4s-versus-Nikon-D4___1062_945_767

动态范围一项D5比D4s降低了1档。 动态范围退步了?看到有些人开始质疑D5。

不过我倒是觉得这样或许D5或有更出色的色阶表现, 因为色阶范围和色彩深度都略有提高。 在色阶和色彩数量有增加而动态范围减小的情况下, 理论上意味这在某个档的明暗变化区间内的色阶数量会增加,色阶密度增大。这意味着理论上更细腻的色阶/色彩表现。当然可能有其他因素影响画质,实际表现有待见证。
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刘云飞 发表于 2016-5-16 10:20
我觉得你说反了。那实战中的显示器而言, 反差是固定的, 你照片DR越大,放在显示器上看则中灰区大反差越小, 然后很多人就会去拉曲线增加反差,色阶亮度差倍拉大色戒变粗。这个你去考虑一下为什么直出jpg就是要把高光和暗部掐掉一些扔掉一些DR,非要人工用RAW的时候要用户自己去玩DR处理。


RAW有直接数据打开和映射后再打开两种方式,你用比如你用Picasa打开raw就是直接把整个DR压缩到屏幕显示范围内,然后就发灰,你用支持对应机器的软件打开就是先解码映射后再显示

jpg因为只有8bit的容量,强行压缩14bit的数据肯定发灰,所以要掐头去尾,机内的HDR因为套用的曲线固定,所以处理的时候有点假
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刘云飞 发表于 2016-5-16 10:21
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非也。 其中一个观点是人为动态范围的提升应该与bit采样深度共进。 就如A6000提升为A6300动态范围增加并且ADC采样bit数也增加2 bits。这样给人的感觉很好。
xjrumo 发表于 2016-5-14 10:53
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谢谢。
阿墩 发表于 2016-5-14 12:03
奉上下载链接:
英文版:http://magiclantern.fm/downloads.html
中文版:http://www_tecdee_com/ (ps.中文版需收费128元)
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我觉得你说反了。那实战中的显示器而言, 反差是固定的, 你照片DR越大,放在显示器上看则中灰区大反差越小, 然后很多人就会去拉曲线增加反差,色阶亮度差倍拉大色戒变粗。这个你去考虑一下为什么直出jpg就是要把高光和暗部掐掉一些扔掉一些DR,非要人工用RAW的时候要用户自己去玩DR处理。

melfes 发表于 2016-5-14 18:28
不只是噪声,你还要考虑到实际还原时候的限制,最后输出的规格不论是sRGB还是aRGB还是CMYK,动态范围和色阶的规定都是定死了,DR小TR再多实际反差还是不够,结果就是不拉曲线细节直接黏在一起
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阿墩 发表于 2016-5-14 20:55
反差也不是越大越好吧?我是门外汉,不太清楚,仅个人认为。


当然不是越大越好,现在的问题是80D之前的感动CMOS的DR不足,而不是其他的TR不够
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melfes 发表于 2016-5-14 18:28
不只是噪声,你还要考虑到实际还原时候的限制,最后输出的规格不论是sRGB还是aRGB还是CMYK,动态范围和色阶的规定都是定死了,DR小TR再多实际反差还是不够,结果就是不拉曲线细节直接黏在一起
反差也不是越大越好吧?我是门外汉,不太清楚,仅个人认为。
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刘云飞 发表于 2016-5-8 09:45
应该说8~9bit的可分辨色阶数量已经考虑了噪声影响动态范围而导致暗部色阶被噪声淹没而无法识别的效应。后面可辨别色彩的数量color sensitivity主要由RGB三通道的可识别色阶数量的组合以及噪声的影响。

我猜你想说的是同样是8~9 bits的通道色阶, 某机的采样步长大, 可以覆盖更大的动态范围, 这我没有意见。但是你想过没有这个事情有没有什么问题?再想想楼顶的图呢?


不只是噪声,你还要考虑到实际还原时候的限制,最后输出的规格不论是sRGB还是aRGB还是CMYK,动态范围和色阶的规定都是定死了,DR小TR再多实际反差还是不够,结果就是不拉曲线细节直接黏在一起
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刘云飞 发表于 2016-5-14 10:06
多谢切磋, 魔灯我还真不是太熟悉,有空我也去试试。
奉上下载链接:
英文版:http://magiclantern.fm/downloads.html
中文版:http://www_tecdee_com/ (ps.中文版需收费128元)

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刘云飞 发表于 2016-5-14 10:06
简单地说就是基本ISO的那部分图像亮度的中间部分不受辅助ISO操作的影响, 然后辅助ISO是信号先放大三档再缩小三档恢复原状。理论上不会变粗糙。
多谢楼主!
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多谢切磋, 魔灯我还真不是太熟悉,有空我也去试试。
阿墩 发表于 2016-5-13 22:07
看来使用dual iso不会使中间亮度的色阶变粗糙。

可以放心使用了!多谢楼主解惑!
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简单地说就是基本ISO的那部分图像亮度的中间部分不受辅助ISO操作的影响, 然后辅助ISO是信号先放大三档再缩小三档恢复原状。理论上不会变粗糙。

GT-R 发表于 2016-5-13 00:20
因为提三档放大是在ADC之前完成, 后来的压缩三档与正常ISO的一半图像嵌插合并的时候压缩三档是ADC之后的解RAW的过程中进行, 是数字处理的操作。 所以中间亮度的色阶没有变粗糙。

是这样吗?
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