主题:出片动态范围与工艺水平啥关系?
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凡夫俗客 发表于 2018-11-15 13:39
认为这么多有助于提高拍摄水平吗?
人家明明是向键摄方向发展的嘛
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rivershaw 发表于 2018-11-15 14:57
以前常有人说,RAW相当于胶片,JPEG相当于照片,从RAW到JPEG,相当于洗印。其实没有洗印过照片的人,很难明白洗印是怎么回事,洗印最重要的是调整影调映射关系,

1、CMOS一旦制作完成,能记录的亮度范围就确定了,动态范围也确定了,问题是当用它记录一个小范围亮度时该怎么办,对吧?

2、RAW数据与景物亮度是线性关系,亮度增加一倍,RAW数值增加一倍。我们看到的JPEG照片与亮度不是线性关系,是准对数关系,配合显示器、符合人眼的习惯。从RAW数据到JPEG,要做2次非线性转换,首先是影调映射曲线,其次是Gamma校正。

3、如果景物的亮度范围小,应该用ETTR,向右曝光,让最亮的部分正好处于RAW溢出的边界。比如,让这个小范围对应14bit的8000-16383部分,然后后期用影调曲线修正,使8000对应归一化的0.0,16383对应归一化的1.0,再做Gamma校正。Lightroom里面的黑色色阶、白色色阶就是干这个用的。

4、JPEG只有256个色阶,RAW的8000-16383,有8383个色阶,即使是非线性转换,还是好多个色阶被压缩进一个JPEG的色阶,所以肯定不用担心层次细腻的问题。

5、如果不会用ETTR,使用JPEG直出,或者RAW也用18%定中间影调的拍摄办法,当景物的亮度范围小的时候,的确会有噪点大、JPEG断色阶、层次 ...


深入浅出,尤其这个数值转换的描述,直观明了,使我一下建立了数值的量化关系。佩服佩服。
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iZaZaD 发表于 2018-11-15 16:59
包围曝光这个功能,我的理解就是:

既然传感器不可能一下把拍摄环境中所有的亮度都记录下来,那么就用相机能量化的记录范围记录其中一小段的亮度范围,这样能够保证这一小段内的画质细腻;

如果强行让相机的量化范围去记录所有的亮度范围,那么比如导致细腻度受影响。

所以包围曝光就是分段去记录,相当于扩展了采样率。


假定是14bit的RAW,-1、0、+1包围曝光3张照片,-1可以提高2bit的高光量化范围,+1可以改善阴影部分的信噪比,这样理论上可以有16bit的量化,但是除了能把原来过曝的地方拉一点回来,能感觉到层次更细腻吗?

实际上感觉不到,因为能显示的只有8bit的JPEG,大量的RAW色阶压缩成JPEG的一个色阶,16bit、14bit,细腻程度不会有什么变化,

证据,早期的RAW是12bit,现在普遍是14bit,感觉到层次更细腻了吗,理论上阴影部分可能有些微改善,高光部分肯定没有!

实际上,阴影部分的改善也要提亮后才能发现,这就是大量的RAW色阶压缩成JPEG的一个色阶的道理,
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iZaZaD 发表于 2018-11-15 16:59
包围曝光这个功能,我的理解就是:

既然传感器不可能一下把拍摄环境中所有的亮度都记录下来,那么就用相机能量化的记录范围记录其中一小段的亮度范围,这样能够保证这一小段内的画质细腻;

如果强行让相机的量化范围去记录所有的亮度范围,那么比如导致细腻度受影响。

所以包围曝光就是分段去记录,相当于扩展了采样率。


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轻声叹息 发表于 2018-11-15 14:39
如果只是谈照相的话,你说的问题就是左曝光、右曝光、包围曝光吧。

如果说的是相机硬件,单一说动态范围是没有用的,还要看信噪比和宽容度。
动态范围大表示感光的范围大,但是如果信噪比差,一部分信号是淹没在噪声里,提取不出来。所以动态范围是在一定信噪比要求下计算的。宽容度也是,不提高信噪比,宽容度也不能通过增加采样位数提高。

满足信噪比的情况下兼具大动态范围和高宽容度,就不只是技术取向的问题了。如果工艺和技术不兼具的话,是达不到的。


包围曝光这个功能,我的理解就是:

既然传感器不可能一下把拍摄环境中所有的亮度都记录下来,那么就用相机能量化的记录范围记录其中一小段的亮度范围,这样能够保证这一小段内的画质细腻;

如果强行让相机的量化范围去记录所有的亮度范围,那么比如导致细腻度受影响。

所以包围曝光就是分段去记录,相当于扩展了采样率。

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动态范围与工艺水平肯定有关系,先进的工艺肯定能获得更好的动态范围,但动态范围大不等于画质就好,还要看动态范围内色彩和细节的捕捉精度和量化算法,索尼的背照式确实更容易获得更高的动态范围,但是对色彩和细节的捕捉就差得一塌糊涂,因为对色彩和细节的还原要考虑降噪和光污染,排除这些数据噪声后,才能还原物体本身的色彩和细节,索尼的背照式由于感光层处在最上面,所以噪声和光污染特别大,索尼只能采取大动态范围和强降噪算法来处理数据,所以物体本身的色彩和细节必定因为噪声和光污染而大量丢失。佳能则相反,采用了比较成熟的前照式,由于感光层在电路下面,所以光污染相对少得多,而且光导管的引入也同样降低了电子噪声,但是由于感光层在底部,入射光强度会有损失,导致动态范围会变小。
结果就是,佳能的CMOS动态范围不如算索尼背照式,但是画质细腻度和色彩明显好于索尼。索尼的照片100%看沙质化,成像松散,色彩暗淡,就是强力降噪和量化算法范围过大,造成成像粗糙的原因。所以,索尼相机拍出来片子,必须缩图来看,才堪入目。
最后,随着工艺和技术水平的提高,前照式CMOS的动态范围也大幅提高了,现在佳能CMOS的动态范围和索尼背照式差距也并不大。但在成像画质上,佳能明显好于索尼。这也是本人对索尼微单无法提起兴趣的主要原因。
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以前常有人说,RAW相当于胶片,JPEG相当于照片,从RAW到JPEG,相当于洗印。其实没有洗印过照片的人,很难明白洗印是怎么回事,洗印最重要的是调整影调映射关系,

1、CMOS一旦制作完成,能记录的亮度范围就确定了,动态范围也确定了,问题是当用它记录一个小范围亮度时该怎么办,对吧?

2、RAW数据与景物亮度是线性关系,亮度增加一倍,RAW数值增加一倍。我们看到的JPEG照片与亮度不是线性关系,是准对数关系,配合显示器、符合人眼的习惯。从RAW数据到JPEG,要做2次非线性转换,首先是影调映射曲线,其次是Gamma校正。

3、如果景物的亮度范围小,应该用ETTR,向右曝光,让最亮的部分正好处于RAW溢出的边界。比如,让这个小范围对应14bit的8000-16383部分,然后后期用影调曲线修正,使8000对应归一化的0.0,16383对应归一化的1.0,再做Gamma校正。Lightroom里面的黑色色阶、白色色阶就是干这个用的。

4、JPEG只有256个色阶,RAW的8000-16383,有8383个色阶,即使是非线性转换,还是好多个色阶被压缩进一个JPEG的色阶,所以肯定不用担心层次细腻的问题。

5、如果不会用ETTR,使用JPEG直出,或者RAW也用18%定中间影调的拍摄办法,当景物的亮度范围小的时候,的确会有噪点大、JPEG断色阶、层次粗鄙的问题。

6、所以数码拍摄,ETTR非常重要,这也是我非常关注照相机高光宽容度的原因。不知道自己的照相机高光宽容度是多少,就没办法保证最大限度的ETTR!顺便说一句,照相机的直方图都是JPEG的,好像还没有RAW的直方图,JPEG的直方图受影调曲线、对比度设定发影响,并不能可靠保证最大限度的ETTR。
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iZaZaD 发表于 2018-11-15 10:25
上边这张图中被摄环境照度可能有500~65000的范围,论坛上众多网友肯定是都希望按一下快门机器能在画面中所有的区域都记录下细节,如果用14bit,0-16383来量化 感觉还不太够,最好来个16bit的传感器才好,那么好了给装上个16bit的传感器来,

然后拿这个相机来拍摄下边这张图,还是那个16bit的传感器,那么图片中记录下来的数据范围可能只有对应的1000~16000这么一小段,传感器的大部分记录空间没有被用上,导致的结果就是画面并不够细腻,色彩灰灰的还有断层;

如果改变一下设计,让16bit的记录范围只记录0~16384这个照度范围,太黑或太亮的区域放弃,那么下边这张图会有很精细的记录效果。

所以,面临的问题就是,到底 ...


如果只是谈照相的话,你说的问题就是左曝光、右曝光、包围曝光吧。

如果说的是相机硬件,单一说动态范围是没有用的,还要看信噪比和宽容度。
动态范围大表示感光的范围大,但是如果信噪比差,一部分信号是淹没在噪声里,提取不出来。所以动态范围是在一定信噪比要求下计算的。宽容度也是,不提高信噪比,宽容度也不能通过增加采样位数提高。

满足信噪比的情况下兼具大动态范围和高宽容度,就不只是技术取向的问题了。如果工艺和技术不兼具的话,是达不到的。

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认为这么多有助于提高拍摄水平吗?
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rivershaw 发表于 2018-11-14 18:53
1、照度,亮度。直接观察光源,一般说亮度。考察接受到的光线,一般说照度。比如太阳照射到地面,用照度计测量,可以得出照度。太阳照射到18%灰板,观察灰板,一般说亮度。对18%灰板来说,亮度、照度可以互相换算,20lx照度,大约相当于1cd亮度。

2、自然界的照度范围,大约从0.0001lx,伸手不见五指,到200000lx,好季节、好天气的乞力马扎罗山顶。数据是凭记忆,可能有误差。

3、CMOS能记录的范围,是0.0001lx到200000lx中间很小的一段,具体是多少,要看原始的ISO,可以从原始的ISO准确计算出来。这个很小的一段窗口,用光圈、快门控制,可以移动,对应不同的照度范围。

4、CMOS能记录的范围,用多少bit数字化合适,是个很有意思的问题。我们假定CMOS能记录的范围是0-100000,用14bit,0-16383来量化,可以只对应0-16383的一段,超过16383的都不要,也可以只对应83617-100000的一段,低于83617的也不要。当然,最常见的是归一化,0对应0,100000对应16383。

5、具体怎么量化合适,要看动态范围。要看CMOS能记录的0-100000的动态范围是多少!非专业的可以这样理解,0-100000里包含了噪声,假定噪声是10,那么0-100000里面低于10的信号,与噪声是无法区分的,即使用14bit的0-16383与0-100000里面 ...


刚才百度查了一下,夏季在阳光直接照射下,光照强度可达6万~10万lx,没有太阳的室外0.1万~1万lx,夏天明朗的室内100~550lx,夜间满月下为0.2lx。第2条里提到的数字应该是准确的。

我的疑问就在你说的这第3条上,固定好快门时间光圈感光度,咔嚓一下,传感器上记录下自然界中的一段亮度范围内,这个亮度范围是值得研究的,到底是让照片中所有涉及到的物体都被记录下来没有死黑死白好,还是只精确记录其中某些更感兴趣的物体好?

比如这两张图片:
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上边这张图中被摄环境照度可能有500~65000的范围,论坛上众多网友肯定是都希望按一下快门机器能在画面中所有的区域都记录下细节,如果用14bit,0-16383来量化 感觉还不太够,最好来个16bit的传感器才好,那么好了给装上个16bit的传感器来,

然后拿这个相机来拍摄下边这张图,还是那个16bit的传感器,那么图片中记录下来的数据范围可能只有对应的1000~16000这么一小段,传感器的大部分记录空间没有被用上,导致的结果就是画面并不够细腻,色彩灰灰的还有断层;

如果改变一下设计,让16bit的记录范围只记录0~16384这个照度范围,太黑或太亮的区域放弃,那么下边这张图会有很精细的记录效果。

所以,面临的问题就是,到底应该选择哪一种方案的更好?

我的答案:

如果业余人士只是随意的拍拍有一点后期处理能力,选择第一种方案,即让采样电路尽可能去记录更加宽广的亮度范围;

如果打算精细拍摄,拍摄前对环境光线做一些评估或者布置,那么应该选择第二种方案,让采样电路尽可能记录接近输出设备能显示出来的亮度范围,争取更精细的记录。

即使是同一款传感器,也可以有以上两种方案的设计,而两种不同方案拍出来的照片可能会有很大的区别,但是这两种照片的区别不应该是评价传感器好坏的依据,它只是厂家的一种技术定位处理区别
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正确曝光,不存在相机不够用的情况,
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1、照度,亮度。直接观察光源,一般说亮度。考察接受到的光线,一般说照度。比如太阳照射到地面,用照度计测量,可以得出照度。太阳照射到18%灰板,观察灰板,一般说亮度。对18%灰板来说,亮度、照度可以互相换算,20lx照度,大约相当于1cd亮度。

2、自然界的照度范围,大约从0.0001lx,伸手不见五指,到200000lx,好季节、好天气的乞力马扎罗山顶。数据是凭记忆,可能有误差。

3、CMOS能记录的范围,是0.0001lx到200000lx中间很小的一段,具体是多少,要看原始的ISO,可以从原始的ISO准确计算出来。这个很小的一段窗口,用光圈、快门控制,可以移动,对应不同的照度范围。

4、CMOS能记录的范围,用多少bit数字化合适,是个很有意思的问题。我们假定CMOS能记录的范围是0-100000,用14bit,0-16383来量化,可以只对应0-16383的一段,超过16383的都不要,也可以只对应83617-100000的一段,低于83617的也不要。当然,最常见的是归一化,0对应0,100000对应16383。

5、具体怎么量化合适,要看动态范围。要看CMOS能记录的0-100000的动态范围是多少!非专业的可以这样理解,0-100000里包含了噪声,假定噪声是10,那么0-100000里面低于10的信号,与噪声是无法区分的,即使用14bit的0-16383与0-100000里面的0-16383这一部分对应,还是区分不出0-10里面,那一点是噪声,那一点是信号。即使用14bit的0-16383与0-100000里面的83617-100000这一部分对应,因为噪声是10,还是区分不出83617-83627里面,那一点是噪声,那一点是信号。所以,想用细化量化台阶获得更细腻的层次是不可能的,只是不懂动态范围的道理。

6、显然,量化台阶正好与噪声大小一致是最佳选择,就是0-100000里面有噪声10,就用0-10000量化最合适。显然,达不到这个的量化,才会真正影响层次细腻。

7、实际上,图像信号有个特点,即使噪声淹没了信号,根据图像的相关性,还能提取出一定的信息,所以,厂家都会把量化台阶设置的更细腻一些,放一些噪声进来,期待后期降噪算法还能弄出一些图像细节。

8、我上大学的时候是严格区分大信号动态范围与小信号动态范围两个概念的。大信号动态范围说的是系统输出信号的最大幅度,比如音响的功放。而小信号动态范围是接收端噪声、灵敏度决定的。对数码照相机而言,我更重视宽容度的概念,从18%灰算起,超过多少EV,RAW数据会溢出,这个算高光宽容度,对应大信号动态范围。从18%灰算起,低于多少EV,噪声淹没图像,这个算阴影宽容度,对应小信号动态范围。

本帖最后由 rivershaw 于 2018-11-14 18:58 编辑
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先说观点:
我认为可以归属于工艺水平高的技术:

背照式传感器技术
堆栈式传感器技术
CMOS高速读取技术
传感器原始的动态范围(势肼容量)
满足上述条件下的高像素密度
防抖,抖像素等


我认为不属于工艺水平但属于技术水平的:

出片色彩风格
出片动态范围
压缩格式


关注一下出片动态范围这项。

我认为从相机输出的照片来评测传感器的原始动态范围,似乎禁不太对。

假设传感器上的一个像素它有很强的感光能力,能记录初三月夜地面亮度到正午太阳直射下的亮度范围,本人外行,不知道该用什么物理量去表示这个亮度范围,就用像素内收集到的光电子数量e-的数量来表示,假设这个范围是100e- 到300000e-.
然后设计外围电路去计数这个范围。

可能面临两种方式选择:

A、 用外围电路所能表达的最大数值范围去计量这个像素的最大感光能力范围;
B、 用外围电路所能表达的最大数值范围去计量这个像素在我关注的场合的亮度范围,(比如早晨六七点钟的光线,既没有月夜的黑暗也没有正午的太阳暴晒)

如果测量电路的计量范围是0~16384 (2^14);  显然上述方式B会比A“刻画”的亮度范围更细腻,但是动态范围不如A。 画面表现出来的是B方式画面鲜艳细腻而A照顾了太多画面中可能不存在的亮度导致需要的记录范围给予的数字不够多而相对粗糙。

所以,我认为,相机拍出来的照片的动态范围与工艺水平并无直接关系,而是厂家所采取的技术方案的差异。
以下内容由 iZaZaD 于 2018-11-21 11:31 补充
iZaZaD 发表于 2018-11-21 05:10
主题帖说法目前来看不太对,没申请主题管理,暂时没改。

动态范围是传感器的固有属性,与用什么方式采样记录无关,但动态范围又只能用采样记录的照片中去测量。

原本我以为,如果动态范围足够大,可以随意设置采样电路的特性,可以大体分两个极端方向去记录传感器的输出: a.最大程度记录动态范围内所有数据 b.最大程度记录最终显示输出的2^8色阶内的数据。

经讨论,采样电路是线性的输出,可以是认为是正比于采集到的光线最暗到最亮,也就是按上边方式 a 的模式。所以,如果RAW文件的CFA数据如果没做什么手脚(比如机内降噪涂抹),可以认为是如实记录下了传感器的动态特性,要说记录效果的差别只有用多少位精度的区别。

但是如果不是用CFA数据而是用转换后的照片数据去评价传感器特性,我目前感觉还是有问题,因为照片是在CFA数据的基础上又被进行了处理,比如Gamma曲线校正。

...
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