主题:正确了解胶片和数码相机的分辨率、曝光宽容度、亮度动态范围
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陈年泡菜
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现在有很多人将数码和胶片的品质进行对比,关于品质的争论有很多,各自的
依据差别都很大。其实有一个比较好的方法来了解胶片数码成像品质的信息,
所有厂家的产品都有data sheet,如果能够找到这些data sheet,manual并用正确
的方法来理解这些信息的话是不难取得正确的品质信息的。例如,你想了解E100vs
的情况,你只要在google、yahoo中输入"E100vs Characteristic Curves pdf"
马上就可以找到厂家E100vs胶片的data sheet,包括反映曝光性能的特征曲线
Characteristic Curves、反映分辨率的MTF(Modulation-Transfer Curves)曲线
sharpness曲线的数据就可以找到了。接下来如何理解这些数据和信息就比较重要了。
这里我尝试用简单明了的方法来解释这些重要的概念。

首先说特征曲线(Characteristic Curves),特征曲线的纵坐标描述的是胶片冲洗
出来后的光学性能-(阻止光通过的颗粒的)密度,假设Ii为入射光强度,Io为Ii经过胶
片后输出的光的强度,密度=log(Ii/Io),实际上用黑度来表达可能更准确。特征曲线
的纵坐标表述的是黑度,0表示输入光100%输出,1表示只输出10%,2表示输出1%,3表
示输出的光为1/1000,4表示输出的光为1/10000。密度数值越大表示密度越大,胶片
越黑。胶片完全曝光和完全没曝光这两种情况下的密度差(黑度差)就是胶片的输出
亮度动态范围。例如,反转片的输出亮度动态范围一般在密度2.5~4.0之间,相当于光
比1:300~1:10000之间。负片是2.5~3.5之间,相纸大约是2.5左右。具体的数值是什
么取决于胶片的型号。密度差越大表示胶片所表达的信息域越宽广。特征曲线的横坐标
描述的是曝光量,是时间和照度的乘积的对数log(lux*seconds),例如1LUX的光在1秒
内的曝光量是1,log1=0,对应的就是横坐标上的0。同理照度100lux的光1/100秒的曝光
量也是0。类似纵坐标,特征曲线在胶片完全曝光和完全没曝光这两种情况下的密度差
之间的曲线的曝光量对数差就是曝光宽容度。曝光量对数差越大表示曝光宽容度越大,
所记录的亮度信息量也越丰富。现在一般的DC输出的是jpg图,曝光宽容度和亮度动态
范围大约是2.0~2.4,1dsmark2 raw文件为12位,曝光宽容度和亮度动态范围为3~3.6。
而胶片方面,有的反转片曝光宽容度只有2.5多点的,而有的负片却可以高达4即
1:10000。

综上所述,要拿数码和胶片比曝光宽容度、亮度动态范围并非一件简单的事情,胶片的
曝光宽容度、亮度动态范围会因型号不同而差异很大,总体来说胶片的范围比数码要大,
选择的余地也比数码多。现在一般的数码相机都不提供特征曲线,但是我们可以自己来
做这个特征曲线,如果你的数码相机有直方图可看的话可以利用直方图来做特征曲线和
检测数码相机的曝光宽容度,方法是将相机对着一面光照均匀的白墙,zoom到广角端对
焦锁定在最近距离,拍一张图,看看他的直方图,如果是一个矩形就好了。选择最陡峭
的一个肩,例如我测试的s1-is图片的直方图右肩是垂直,就选右肩,光圈不变,调整快
门,不断拍,直方图就会左右移动,将直方图的右肩移到最右边记下快门,然后减慢快门
将右肩恰好移到最左边的边界,记下快门。我的机器在测试中的参数是10x,光圈3.1,
iso50,左边1/100秒,右边2秒。于是佳能s1-is ccd曝光宽容度就是2/(1/100)=200,
log200=2.3

再说MTF(Modulation-Transfer Curves)曲线、sharpness曲线,两者其实一样,只是不同
厂家有不同说法。MTF是个测试线对可视度的曲线。纵坐标反映的是线对可视度,基本上100%
表示没怎么失真,而10%甚至5%就表示线对的可视度几乎看不见了。MTF图的横坐标是线对
也有说是cycle(周期)的,其实是一回事。有的厂家会用lines(线数)来表示,把lines除
以2就是lp/mm了。线对的可视度不是一个绝对可分辨或不可分辨的问题,在很多情况下当
线对数较少时胶片上记录的是清晰的线条,而当线越来越密的时候,线对的像就会越来越
灰,直到分辨不清为止。线的可视度取决于2个因素,一是线的密度,2是明暗线对之间的
光比。一般厂家给2个分辨率,一个是可视度/对比度从100%下降到50%左右时的线对数,另
一个是线对亮度比为1:1000时可分辨的线对数。胶片的50%对比度线对数通常很低,而1:1000
分辨率一般为80lp/mm左右。相对而言,1DsMarkII的分辨率大约为70lp/mm,而70lp/mm的可视
度有多少就不好说了,因为数码有摩尔纹效应,总的来说,1DsMarkII的MTF曲线会比一般
的胶片高一些,也就是说1DsMarkII的分辨率好些。但两者可能也差别不是太大。

说到胶片的分辨率,其实里面还是大有文章的,有人说135胶片的分辨率是无限的,有人说
可以有几亿像素,当然有人会取笑这些说法。事实是,135胶片分辨率是无限的的说法是错
的,而有几亿像素却未必是错的。和亮度动态范围宽容度可调一样,胶片的分辨率也是一个
可以根据型号和工艺来自由调整的东西。理论上胶片的分辨率只受制于半波效应,也就是说
胶片的分辨率极限是可见光波长的一半,这大约是将近2000线/mm。这个理论极限是现在很
多胶片实际分辨率的10倍!为什么胶片的分辨率达不到2000线呢?我认为其中一个重要的原
因就是胶片的乳胶层很厚,彩片普遍都有将近20微米厚的胶层,而光在乳胶层里会碰到银粒
子而发生强烈的散射。一束很细的垂直入射光会因为银粒子的散射而逐渐扩散成一个大光斑。
我们经常都可以听见色友津津乐道的所谓胶味,其实就是分布不均的银粒子对光的散射,如
果你晃动胶片或光源,这些散射光也会发生改变,这也许就是很多人所形容的颗粒的立体感
吧。其实这些让人爱的胶味却原来正是分辨率的杀手。要消除散射提高分辨率有2个办法,一
是把颗粒弄小,这样散射光就会大大减少,还有一个办法是把胶层弄薄,当然这2个办法虽然
能提高分辨率但是却要付出代价,把颗粒弄小就会导致感光银颗粒的总表面积增加,曝光性能
减慢,也就是说iso值下降,而把胶层弄薄就会导致曝光宽容度下降照片的亮度动态范围狭窄。
AGFA曾有一款型号Copex/Gigabit的胶片,分辨率高达600lp/mm,算一算,在36x24mm的面上真
的有10亿像素!不过这款胶片是黑白的,具有极为陡峭的特征曲线,照片灰度级很差,曝光
性能相当iso20还是iso12。这个故事告诉我们:世事无绝对,胶片的能耐还是很厉害的,只是
胶片绝非万能,有一得就必有一失,能耐始终有限,绝对可以超越。
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陈年泡菜
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很专业也很执著,值得学习!
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