主题:动态范围指标的实用化--数码相机宽容度的理论和实践 [主题管理员:spot]
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泡菜
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通过对本篇文章的学习与理解,俺在动物园拍鸟时将测光模式选定为“局部测光”(取景器※※约13.5%的面积)。这样,拍水面的白色水鸟不会过曝,天空的飞鸟会欠曝1.5档左右。用RAW格式拍摄,后期DPP轻松补偿欠曝部分。这样,省却了以往在拍摄水面和天空的鸟儿时分别进行曝光补偿的麻烦。
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teslaroadster 发表于 2013-4-3 22:37
https://forum.xitek.com/thread-1144280-1-1-2.html
您好,能否看下我的帖子,不知能否解答我的问题。


这个确实不了解细节,看报道没提到感光器件,如果只是降低发热,从而可以提高集成度和时钟频率的话,对数字电路用处很大,对传感器应该没有什么太大帮助。

以前我曾经分析过,像素做小的最大障碍,是光量子噪声,也就是到达像素的光线本身就带有噪声。没有足够的感光量,就没办法提高输出画质。

就像我在这个帖子里提供的数据,很多DSLR都能达到7-8档的可用画质宽容度,8档就相当于0.5%的亮度,大致就是几百个光子能量的水平,再低,单个像素单个像素只接收几十个、甚至几个光子能量,根本无法还原出多少真正实用的信息,电路噪声作得再低也没有用。

你可以了解一下像wavelet deconvolution(子波去卷积)这样的理论,可以用来对小信号光量子噪声建模分析,一旦实用那就是另一个前景了。

但是,在光量子噪声这个问题没有解决之前,数码相机的暗部没有太大潜力可挖,提高画质只能从改善高光饱和容量下手。
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spot 发表于 2013-4-3 22:56
我认为,这种用ISO100+数字图像处理来实现ISO50=增加曝光+影调再映射,并不会导致必然损失宽容度。

设置成ISO50,等于同样场景下比ISO100正常测光加一档实际曝光值(光圈快门的组合),输出时再减回去,高光确实会损失一档(过曝以后减不回来),但是暗部画质可以拉上来一档,总的宽容度跟ISO100正常曝光,是基本差不多的。

我不知道你说ISO50可以更细腻具体是哪种情况,但从道理上说,增加一档曝光,然后在输出时减一档亮度,虽然看上去的亮度差不多,但相对于原来的暗部来说,现在同一个区域的信噪比提高了,画质表现会有改善。

另外,这种ISO50通常也都有不同的映射曲线,所以JPG的实际效果很难简单比较。


非常感谢,以后会持续关注您的文字。

我都是拍RAW或DNG。

那按照您上面所说,既然没损失,为什么品牌不直接推荐ISO50起步,而是将其作为“扩展选项”来对待呢?
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gouwa007 发表于 2013-4-3 22:33
如果是这样,就比较不合理了。ISO50或80是模拟放大增益后再经数字处理的产物,为什么比ISO100(或原生160)更细腻呢?我一直认为这种扩展低感都是以降低宽容度为代价,有得有失。


我认为,这种用ISO100+数字图像处理来实现ISO50=增加曝光+影调再映射,并不会导致必然损失宽容度。

设置成ISO50,等于同样场景下比ISO100正常测光加一档实际曝光值(光圈快门的组合),输出时再减回去,高光确实会损失一档(过曝以后减不回来),但是暗部画质可以拉上来一档,总的宽容度跟ISO100正常曝光,是基本差不多的。

我不知道你说ISO50可以更细腻具体是哪种情况,但从道理上说,增加一档曝光,然后在输出时减一档亮度,虽然看上去的亮度差不多,但相对于原来的暗部来说,现在同一个区域的信噪比提高了,画质表现会有改善。

另外,这种ISO50通常也都有不同的映射曲线,所以JPG的实际效果很难简单比较。
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spot 发表于 2013-4-3 21:25


https://forum.xitek.com/thread-1144280-1-1-2.html
您好,能否看下我的帖子,不知能否解答我的问题。
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spot 发表于 2013-4-3 22:16
从DXO的ISO Sensitivity数据看,5D2、5D3的ISO50实际上都是用ISO100实现的,也就是与ISO100相同的模拟放大增益,然后用数字图像处理调整亮度,因此其宽容度数据也是跟ISO100基本一样。

M9的数据如下表所示。M9的ISO80和ISO160也是相同的实际ISO。


如果是这样,就比较不合理了。ISO50或80是模拟放大增益后再经数字处理的产物,为什么比ISO100(或原生160)更细腻呢?我一直认为这种扩展低感都是以降低宽容度为代价,有得有失。
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gouwa007 发表于 2013-4-3 21:30
你好,有没有5D2、5D3分别在ISO50下,以及徕卡M9在ISO80~320下的“可用画质宽容度”和“优秀画质宽容度”评分?谢谢。


从DXO的ISO Sensitivity数据看,5D2、5D3的ISO50实际上都是用ISO100实现的,也就是与ISO100相同的模拟放大增益,然后用数字图像处理调整亮度,因此其宽容度数据也是跟ISO100基本一样。

M9的数据如下表所示。M9的ISO80和ISO160也是相同的实际ISO。
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下图是欠曝的对比。最左边是标准曝光,左边第二张是-3+3(欠曝3档再提亮3档),左边第三张是-4+4,最右边是-5+5。

可以看到,-3+3能够保持主体的特征,而-5+5则受到了噪声的明显影响,细节损失较大,尤其是右上的小窗影里的栏杆最为明显。-4+4也受到了噪声的影响,虽然略低于可用标准,但还能够保持主体的基本特征。

因此评估欠曝部分的可用范围是-4。

1DS这组测试照片,反映出来的可用画质宽容度是,+2,+1,0,-1,-2,-3,-4,总计7档。

与我提供的数据基本一致。

这里有一点需要说明,1DS的-4+4这张,如果看画面和计算信噪比得到的结果,都刚好略低于20dB的可用标准,猜测这可能是相机老化等个体差异引起的,毕竟1DS这型号确实太老了。
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以下进行亮度调整后的100%像素对比。

下图是过曝的对比。最左边是标准曝光,左边第二张是+1-1(过曝1档再减亮1档),左边第三张是+2-2,最右边是+3-3。

可以看到,+1-1具有完全的可用性,与标准曝光几乎具有完全相同的画质和细节。+2-2有一些由于过曝而引起的色彩和细节损失,最明显是下面的CO两个字母。而+3-3则明显过曝。

因此评估过曝部分的可用范围是+2。
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感谢ltkun网友对本帖的大力支持,以下1DS的测试照片,均由ltkun网友拍摄提供,我在RAW文件的基础上用ACR做了亮度调整。

这是一组1DS同一场景,不同曝光的测试照片,ISO100,F4,曝光时间从1/1000秒到1/4秒,对应-5到+3共9档不同曝光照片。
本帖最后由 spot 于 2013-4-3 21:53 编辑

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下图是欠曝的对比。最左边是标准曝光,左边第二张是-3+3(欠曝3档再提亮3档),左边第三张是-4+4,最右边是-5+5。

可以看到,-3+3能够保持主体的特征,而-5+5则受到了噪声的明显影响,细节损失较大,尤其是右边上面的小划痕,以及下面的小数字0最为明显。-4+4也受到了噪声的影响,但还能够保持主体的基本特征。

因此评估欠曝部分的可用范围是-4。

D3100这组测试照片,反映出来的可用画质宽容度是,+2,+1,0,-1,-2,-3,-4,总计7档。

与我提供的数据基本一致。
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spot 发表于 2013-4-3 21:25
增加尼康D3100和佳能1DS的可用宽容度数据。


你好,有没有5D2、5D3分别在ISO50下,以及徕卡M9在ISO80~320下的“可用画质宽容度”和“优秀画质宽容度”评分?谢谢。
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以下进行亮度调整后的100%像素对比。

下图是过曝的对比。最左边是标准曝光,左边第二张是+1-1(过曝1档再减亮1档),左边第三张是+2-2,最右边是+3-3。

可以看到,+1-1具有完全的可用性,与标准曝光几乎具有完全相同的画质和细节。+2-2出现了一些由于过曝而引起的色彩和细节损失。而+3-3则明显过曝。

因此评估过曝部分的可用范围是+2。
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感谢南方胖子网友对本帖的大力支持,以下D3100的测试照片,均由南方胖子网友拍摄提供,我在RAW文件的基础上用ACR做了亮度调整。

这是一组D3100的同一场景,不同曝光的测试照片,ISO100,F5.6,曝光时间从1/160秒到1.6秒,对应-5到+3共9档不同曝光照片。
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增加尼康D3100和佳能1DS的可用宽容度数据。

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非常实用的文章,再次感谢LZ
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认真看了这篇巨著的一部分,捎了一眼后面的内容。感觉这篇文章真是太好了!做个记号,有时间一定认真学习一下。
感谢spot,辛苦了,谢谢!
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测量对比方法我原来想法基本差不多,只是没有用这么严谨的数据来验证。
强贴,收藏慢慢研究
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ltkun 发表于 2013-2-23 22:20
好文收藏
这才是数码相机的真正宽容度
想要超过彩负扯蛋
想要超过黑白做梦
想要超过电影卷更是天方夜谭


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在本贴中,通过引用柯达公司、澳大利亚NFSA(国家音像档案馆)※※网站以及尼康公司的技术资料,充分证明了,无论是在胶片还是数码时代,宽容度的边界都是由可用画质的判断来决定的。

本贴根据ISO12232标准,按照SNR=40(32dB)作为优秀画质标准,SNR=10(20dB)作为可用画质标准,对数码相机宽容度作了定量分析。

主贴提供的优秀(可用)画质宽容度,表示了100%像素下,将过曝、欠曝图像分别调整回正常亮度,画质仍然能达到优秀(可用)的宽容度范围。

对于不要求100%观看,只考虑缩图输出的情况,以后将在100%像素下宽容度数据基础上,结合镜头+相机的实际分辨率,提供相应的画质判断方法。
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下面这个内容来自尼康公司官方网站摄影术语定义,原文连接http://www_nikonusa_com/en/Learn-And-Explore/Photography-Glossary/index.page

Latitude
The degree to which the exposure level can be varied and still produce acceptable results.

宽容度
曝光值可以调整的程度,在这个程度内仍然能产生可接受的结果。
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下图是一个优秀(可用)画质宽容度在实际照片上效果的示意图(按gamma=2.2调整)。

最右边的严重过曝区域左边,分别是过曝优秀画质区域、欠曝优秀画质区域,组成了优秀画质宽容度对应的曝光区域,信噪比高,层次之间有足够的灰阶表达细节,是画质最好的区域,主要的景物应尽量放在这个曝光区域。

再向左进入了欠曝可用画质区域,还能保持一定的可用画质,在要求不高以及不提亮输出的情况下,或者进行平滑缩图、降噪处理后,仍可获得较好的画质。这个区域加上优秀画质区域,形成了可用画质宽容度对应的曝光区域。

再左边则是欠曝不可用画质区域,这个区域的景物只能作为背景或陪衬存在,或进行较大的后期处理。
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有些人可能还没弄清楚优秀画质宽容度、可用画质宽容度具体如何运用,我再简单解释一下。

某个型号相机的使用者,在某一个ISO下,拍摄一张照片,假设场景的亮度范围从亮到暗相差非常大,那么,在这张照片里,从高光到暗部,按不同亮度分布了很多区域,一般来说,这些区域的画质可以分成6种情况,呈如下排列(按从亮到暗的顺序):

1、高光严重过曝部分(高光细节、层次、色彩损失严重)
2、高光优秀画质(高光细节、层次、色彩保留完好)
3、正常曝光优秀画质(具有良好的细节、层次、色彩)
4、暗部优秀画质(暗部细节、层次、色彩保留完好)
5、暗部可用画质(暗部细节、层次、色彩有一定损失,但主要信息完整,还有补救余地)
6、暗部不可用画质(暗部细节、层次、色彩损失严重,无法作为主体看待,只能作为背景或陪衬)

主帖里提供的优秀画质宽容度、可用画质宽容度数据,说明了每个型号相机在不同ISO下能达到优秀画质(上述2、3、4部分)和可用画质(上述2、3、4、5部分)各自对应的曝光允许范围。

相机使用者根据这些数据和场景中不同区域的亮度分布,可以在拍摄前,有效控制曝光参数,让最重要、最感兴趣的部分落入优秀画质宽容度范围,让相对次要的落入可用画质宽容度范围,从而获得最佳拍摄效果。
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这部分内容同时也发在一个新帖子中:对刘宽新宽容度测试方法的批判

在我的帖子动态范围指标的实用化--数码相机宽容度的理论和实践中,有人引用了刘宽新的一篇文章,其中提出了一种测试数码相机宽容度的方法,并且得到1DS2的宽容度达到11档。

莞蓝星 发表于 2013-2-27 15:52
1.根据摄影家刘宽新对佳能1DS MARKII动态范围的评测和实拍,刘老师认为1DSMARKII的动态范围为11级,DXO的评测为11.3级。
详见:http://academy_fengniao_com/77/776230.html


刘宽新原文中的测试方法引用如下:

用Macbeth标准白板或白纸,放在稳定的白光下,分别用胶片(本例使用KODOK EKTAR25彩色负片,公认宽容度最大的彩色负片之一)和数码相机(本例使用12位1Ds MarkⅡ相机)拍摄。确保相同光线条件:三脚架固定相机,固定焦距,对白纸充满画面测光,不作补偿直接拍摄。然后每增加一级曝光量拍摄一张,拍7张,接着再每减少一级曝光量拍摄一张,也拍7张,一共是15张照片。之后对15张胶片拼在一起,作为一张底片整体扫描,从每张画面的相同位置裁取大小相同的一条,共15条,依明暗顺序拼成白-黑的15级灰阶,数码也同样拼出15级面积、位置、大小同样的灰阶。图1-28中上面的灰阶是胶片拍摄的效果,下面的灰阶使用12位1Ds MarkⅡ全画幅数码相机(采用JPEG格式)拍摄。在Photoshop中打开,用吸管点击灰阶,找出两条灰阶中高于255和低于0的截止位置。在0~255中间的是能够记录层次的有效宽容度,在0~255之外的,没有记录能力,处于有效宽容度之外。这样各自拍摄15张的方法,排除了景物明暗度不同的多因素干扰,只评价其对固定光线下固定反射物的整级曝光记录能力,条件相同,宽容度比较结果也一目了然。

这个测试方法的要点整理如下:

1、采用手动控制曝光的方法,对固定主体(灰卡或白纸)逐档改变曝光值拍摄一系列照片;

2、对数码相机输出的JPG图像进行分析;

3、在JPG图像中检查灰度值是否在0-255范围内(应该是大于0小于255)作为是否属于有效宽容度的判断条件。

按这个方法刘宽新测试1DS2的宽容度结果为11档。

刘宽新的宽容度测试方法,作为一个定量测试,总体来讲是错误的

1、采用手动曝光逐级控制进行测试,这个拍摄方法是正确的,跟我的宽容度测试方法是一样的。但是,选取的固定主体存在严重问题。

刘宽新方法中选取的是简单的白纸或灰卡,很显然,这样的物体没有任何实际意义,与实际拍摄中的情况相差甚远,相当于是用远小于1lp/mm的空间信号进行测试(白纸或者灰卡的话相当于0lp/mm),无法反映相机对真实物体的表现能力,完全不具有实用性。

在下面的简单分析中还可看到,这类简单主体在数码时代,由于各种数字图像处理技术的作用,更加没有判断画质的实际意义。

2、用JPG文件判断上述简单主体的方法,在数码时代非常容易受到数字图像处理算法的影响,无法得出任何严格的定量数据。

任何方法获得的JPG图像,无论是机内直出的,还是外部RAW处理程序转换的,都无法避免两个问题:降噪处理,以及曲线校正。

任何RAW转换都会引入降噪处理,而上述简单的灰卡或白纸主体,是应用降噪处理的最佳对象,无须任何特殊方法就可以获得很好的“再现”(抹的同时保留细节不容易,抹成一个平滑的表面轻而易举)。而由于噪声的存在,这种平滑后的灰度值,实际上是包括了暗部的噪声平均值在里面,完全是不准确的。

这也是为什么在我帖子里提出的宽容度实测方法,一直强调要使用明暗相差不大的实际物体。

曲线校正是转换为JPG的一个必须步骤,比如最基本的gamma曲线,以及附加的各种图像风格曲线等。简单来说,其在暗部会带来一个非线性提亮的效果。

这种暗部提亮的效果,导致从JPG上直接判断灰度值的宽容度测试方法,在暗部尤其没有实际意义。

下面是一个实际的例子,在这个例子中,左侧上下两张照片相差6档曝光,可以看到,上面部分还有一些简单的明暗信息,能够分成三个不同的区域,而下面的照片已经完全被噪声淹没,没有任何可分辨的内容(连最基本的明暗信息也没有)。

但是,在右边的测量结果中可以看到,由于降噪处理和曲线校正的影响,下面这个区域的平均灰度值远远大于0,按刘宽新的方法,这部分的灰度值大于0,因此也就属于相机宽容度的一部分,很明显,这是毫无任何意义的。

以下内容由 spot 于 2013-3-14 22:21 补充
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七棱镜 发表于 2013-3-13 17:30
是同场景的,原帖地址:http://www_chiphell_com/thread-654699-1-1.html

第二张raw地址:http://pan.baidu.com/share/link?shareid=349191&uk=3307720972


感谢七棱镜网友提供了D4的两张RAW文件照片。这两张同场景照片曝光参数相差7.5档,虽然没有按照本贴的方式测试,但也能说明一些问题。相关的讨论内容淹没在那个吵架贴里有点可惜,主要内容总结如下:

1、对ACR处理后的输出结果再进行提亮,是非线性的,不能说明曝光偏移的档位。

七棱镜网友先后用两种办法进行提亮,认为欠曝能达到9档,但由于上述非线性问题,这种方法并不能证明两个场景的曝光偏移,实际上根据两张照片的拍摄参数,正常的是ISO100,F11,30秒,欠曝的是ISO100,F11,1/6,实际欠曝为7.5档。

七棱镜 发表于 2013-3-13 15:45
上次那张D4的raw,用Camera RAW拉了5档,PS里又拉了4档


七棱镜 发表于 2013-3-13 16:19
用Camera RAW拉一次5EV,另存为TIFF,再用Camera RAW拉4EV,差不多的结果。


2、按本贴的可用画质判断方法,D4欠曝7.5档再拉回亮度,100%像素下细节损失太大,其画质不可用。
3、缩小到什么程度可用,各有不同说法,本贴目前集中在100%像素下的可用画质,对缩图输出的情况暂时没有结论,还需要根据镜头+相机实际分辨率等其它因素综合分析确定。
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验证12档以上宽容度的方法。

由于ACR等软件不能提供准确的线性提亮等级信息,本贴中提出的这个通过控制曝光参数(快门速度)的办法,能最准确得到量化欠曝范围,请打算进行量化分析的,不要再从照片里找欠几档几档,拿起相机简单拍一张即可。

如果某个相机用户,相信DXO的动态范围数字就是自己相机的宽容度,并且在DXO上的动态范围超过12档,也就是可以在一张照片里容纳12档以上亮度的景物细节。想看看这个12档宽容度,最暗部的画质到底怎么样,就可以按以下方法做个验证:

1、找一个亮度均匀的中性物体。

2、对其进行点测光,获得正常曝光的测光值。

3、按这个测光值欠曝9档(最好是只改快门速度)拍摄。

4、想法看看这个物体在照片里的细节,太黑了可以用RAW文件在ACR提亮一下。

这个物体,就是一张容纳了12档以上亮度的场景中,宽容度下限达到的画质。

凡是认为这个画质可用的,请发图上来看看。
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NeZeki 发表于 2013-3-10 22:13
可惜我的片片基本上都不是用 PS 調的

PS 最多只是加加字,   去去啥........  那個

自己看吧,

沒得單挑......   我去睡了


呵呵,我随便到你图文集里搜索了一下,这就是你的PS“加加字

可能你说大话太多,自己都以为是真的了

NeZeki 发表于 2013-1-24 15:12
PS 裡抺的,  只拉了 5% 的反差,  沒調過其他


NeZeki 发表于 2012-11-2 09:28
色彩在數位時代後, 對常用 PS 的人己經不再有任何重要意義的.........

很多時候基本上 Actions 一下大部份相片都能解決問題了.......

如果要求高一點點才每張細調......   =)


又看了两下你的图文集,也许你常用的软件不是PS,而是NX2,我说的PS只是一个图像处理软件的泛指,你懂的啦

本帖最后由 spot 于 2013-3-10 22:49 编辑

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NeZeki 发表于 2013-3-10 22:05
你想來和我單挑比相片嗎?   Nikon 版現在熱得很.......  我們又到那邊去開個單挑, 一人上一組自己相片好不好?

來啊~ 來啊~


就你拍那些极力模仿别人风格的※※片,也好意思拿出来和别人比?先修炼出自己的风格再出来现不迟。
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可惜我的片片基本上都不是用 PS 調的

PS 最多只是加加字,   去去啥........  那個

自己看吧,
https://forum.xitek.com/thread-1123763-1-1-1.html

https://forum.xitek.com/forum-viewthread-tid-1099643-extra-page%3D1-ordertype-2-t-1362921723.html

沒得單挑......   我去睡了       
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oooopsssssss  

傷心極了........
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