什么是动态范围?在摄影中它的重要性如何?


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维基百科说动态范围是“可变数量的最大和最小可能值之间的比率”。好吧,我明白了。我想这就是为什么HDR照片在光线方面具有“高动态范围”的原因。

但是还有什么呢?摄像机的动态范围是多少?只要告诉我有关它的所有重要内容即可:-)。

Answers:


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好的,这可能超出规模,但这是我对光强度的简单演示的最佳猜测。同样,传感器的功能可能会更少或更多。但是你会明白的。

在此处输入图片说明

动态范围之所以如此重要,是因为它精确地定义了在图像的“黑色”和“白色”范围内实际上可以表示多少场景。上面的图像非常粗略地表示了场景中典型项目的明亮程度,而右侧的“括号”则粗略地表明了在给定曝光下可以看到多少强度。曝光时间越短,则支架越高(对于明亮的云彩,曝光量越小),曝光时间越长,其曝光量越低(对于阴影/夜景来说,时间就越长)。

当然,在现实生活中,确实没有黑白两色。黑色将完全不发光,而白色将在所有频率下无限量地发出白光。但是,当涉及到摄影和视觉时,您并不能在如此高的动态范围内工作。

区别?如果曝光一个点并拍摄以使其在场景的光强度内具有相同的白色剪切点,则发生黑色的点可能比数字SLR图像中的黑色要亮。这是因为更大的传感器能​​够捕获更大的光强度变化。白点比该点更暗,黑点比该点暗,然后拍摄。听起来好像您了解这部分。

它为什么如此重要?当您希望通过后门既看到场景中的明亮云彩,又看到房子内的暗阴影区域时,会发生什么?在大多数情况下,要么云会变成明亮的白色,而您将看不到任何细节,要么房子的内部只会是黑色的(或非常接近)。对于相机,它超出了您要曝光的当前强度范围。

这是摄影与眼睛性能有关的缺点之一。与摄影机相比,人眼通常可以看到更大范围的强度,强度变化通常在18到20档左右。我们可以看到房屋和明亮的云层,但相机只能对其中一个进行曝光。大多数DSLR传感器可以捕获10-13个动态范围的光圈。

此外,在将图像转换为可用的JPEG时,捕获图像的格式(用于数字摄影)可以允许保留大量的动态范围,因为这是照片最终最常见的“最终”格式在。

使用JPEG(即取即拍)通常会您生成的格式,红色,绿色和蓝色的每个分量只能存储8位精度。黑色为0,白色为255。这意味着黑色和白色之间有256个“步”。相反,使用高精度原始捕获,这些通常捕获12到14位信息。对于12位原始数据,黑色仍为0,但白色为4,096。在14位捕获中,白点为16,384。这意味着可以更准确地捕获强度变化的数量级。现在,图像的黑白点之间最多可以有16,384个“台阶”。

即使您通常最终会导出为这种8位JPEG格式,这也可以使摄影师在手之前调整曝光,填充光并恢复吹出的高光,比对最终JPEG图像进行的尝试要准确得多。这不仅可以让您“保存”垃圾箱中的照片,还可以极大地改善您从捕捉良好的照片中获得的结果。利用这一点的一种技术是向右边公开

#2:关于数字动态范围,我认为要注意的最大事情是,对于给定的ISO设置,全帧传感器的SNR将远远大于傻瓜相机。在相同的曝光下,全画幅传感器中的“大桶”照片位使更多的光仍然适合传感器的范围。因此,+ 13 EV仍然会被记录,而在一个点上并拍摄时,它只会是纯白色。

这就像用1升锡来捕获水,而不是要点取500毫升锡。

此外#3(带有添加的照片):这是一些传感器的有限度示例。

这就是我的iPhone生产的。我第一次暴露在街上黑暗的地方。第二个是暴露在明亮的建筑物中,第三个是iPhone产生的“ HDR”图像。通过一些调整,可以使阴影区域近似于我实际看到的动态范围,尽管它仍然很有限。

显然,iPhone的动态范围太有限,无法立即捕获您需要的所有信息。一方面,白色刚刚完全吹散,另一方面,阴影几乎完全是黑色。

在此处输入图片说明


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+1-不错的图表,您要特别注意“平均值”,因为作为APS-C相机的Pentax K-5和Nikon D7000目前都超过了FF和ISO 100的中画幅相机的动态范围。随着技术赶上更大的传感器,未来几个月将发生变化,但是对于APS-C在这方面做得如此之多,这是非常令人兴奋的,这对我们拍摄的人来说非常好。:)
John Cavan

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+1-漂亮图表上的同上。;)我认为还应该指出的是,高感度DR也会随着传感器孔尺寸的增大而改善,因为与阴影相比,更多的级别专用于高光和中间色调。我将“平均全帧顶端向上移动一点。至于黑白点的表示法,从技术上讲,黑色始终为0,白色始终为最大值(255 @ 8bit,4095 @ 12bit,16383 @ 14bit)。”变化的部分是这两个之间的范围的精细度
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谢谢jrista。我可能还会添加传感器精度信息(我忘了一些信息)。我主要是在谈论相机可以承受的光强度范围。在DSLR传感器原始捕获中,在点上可能会变黑并拍摄JPEG的阴影可能仍可精确到一定程度。即使是在傻瓜相机上进行原始拍摄,噪点也可能太大而无法打扰。
Nick Bedford

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您还应该投入标准监视器的动态范围并进行打印。为了实际使用更高的动态范围,必须进行某种形式的色调映射。
Eruditass 2011年

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哇,我希望我可以不止一次投票。我确定我会接受答案,但是我想稍后再回来阅读它:-)。我可能还有一两个问题……
汤姆(Tom)

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摄影中有两个重要的动态范围需要关注。首先是您正在查看的场景的动态范围。场景以及相机的动态范围。让我按顺序解释它们。

场景的动态范围是从该场景中最亮的对象到最暗的对象的范围。通常,这将以强度比进行测量。如果您拍摄的是一张均匀照亮的白皮书,则此范围较低。如果您正在拍摄日落,则此范围很高。

第二个是你的相机。我将用数码相机来解释这一点,因为它比较容易理解,但相同的概念也适用于胶卷相机。

为了解释,让我先解释一下数码相机。数码相机将信息记录为数字。大多数摄像机以0-255之间的数字捕获该信息,因此该数字可以存储在一个字节(8位)中。高端相机将具有10位,12位,14位甚至16位,并且有传言称某些宏伟的相机每个颜色通道具有24位。那么,动态范围是从最小的非零值到最大的非饱和值的范围,对于8位相机,范围是1-254。(我应该补充一点,从技术上讲,动态范围是最大非饱和强度的值与最低可检测强度的值。如果传感器是非线性的,则这种作用会更大)

为什么所有这些都很重要?一张好的照片将与场景和相机的动态范围相匹配。有一些创造力的空间,但是仍然存在此经验法则。需要牢记的其他几点。

  1. 人眼具有出色的动态范围,甚至超过了最好的相机。
  2. 可以通过一种称为HDR(高动态范围)的技术来增加有效动态范围
  3. 日落可能是任何自然场景中最高的动态范围。

为了说明这一点,我将提供一些图片。


低DR

此图片的动态范围较低。大多数物体具有相同的亮度,并且往往看起来暗淡无光。


良好的动态范围

这张照片具有更好的动态范围。阴影中仍然有一些可见的细节,但是没有修剪任何高光。


动态范围非常大

该图像的动态范围很大,以至于很难用我的8位相机捕获整个场景。请注意,地面根本不是很轻,仙人掌上很难看到任何细节。很难说,但是红色通道实际上在这里已饱和,并且阴影区域几乎没有细节。尽管如此,我还是根据自己的艺术选择将天空保持在相机的范围内,并使仙人掌更像一个轮廓。


+1很高兴看到场景DR和相机DR之间的区别。但是,人眼具有“奇妙” DR的感觉是不同的。 在任何给定的场景中,眼睛只能分辨出大约6个光圈范围-大约是像样的DSLR传感器的DR的1/20(在高端尼康相机中,最多可以有11个光圈)。通过调节瞳孔大小并利用不同的传感元件(杆和锥),眼睛将其灵敏度扩展到了约20个光阑的更大范围。相机以基本相同的方式执行相同的操作。参见en.wikipedia.org/wiki/Human_eye#Dynamic_range
2011年

@whuber:我对此不太确定。至少在我看来,场景的DR比实际情况要低。也许这与快速改变眼睛的焦点是类似的技巧,以至于您几乎看不到场景的模糊部分,但是我确实知道,当我拍摄上面的最后一张照片时,我既可以分辨出日落,也可以分辨出地面。这本身可能会引起一个有趣的问题。嗯...
PearsonArtPhoto 2011年

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我同意你的看法。我相信这是因为当学生专注于场景的不同部分时,他们可以快速调整。 但是,在任何给定的瞬间,即使场景正好位于中心(视觉最为敏锐的区域),也无法同时感知变化超过7 EV的场景部分的细节。同样,自动摄像机(或摄像机)也可以在平移时动态调整。我认为这里的教训是将瞬时 DR(用于传感仪器)与动态 DR(快速修改)区分开。
2011年

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这些24位每像素相机在哪里?我听说有提及,但从未见过参考。据我所知,24bpp并不是“宏伟的”,而是资源的完全浪费,因为您的水平将超过光子撞击传感器的水平,成千上万,甚至可能是数百万,所以您只会充满很多噪音!
Matt Grum

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哇,开放...

Wiki指出,动态范围是可以捕获的值的范围,而不是所有摄像机的固定值。DxOMark是一个组织,除其他外,它测量各种相机传感器的动态范围,并将它们定义为:“一个数值,描述可以在传感器上准确测量的最高和最低亮度值之间的比率。” 从站点可以看到,从低端到高端,摄像机的范围非常广泛。

从摄影的角度来看,这意味着相机的动态范围越大,您可以捕获的信息越多,尤其是当颜色和色调范围在图像中过渡时。例如,这样做的效果是,一台相机可能会错过微妙的红色阴影,而另一台相机会捕捉到它,从而提供否则会丢失的信息。如果您使用能够处理该范围的软件和打印机,那么可以在后期制作转换为JPEG甚至更好地改善打印效果时提供很大的灵活性。

它对处理暴露也有实际作用。我之前曾在Pentax K-5 曝光范围上发布过我的文章,但是我将再次链接它,因为它与问题有关,并且K-5当前拥有动态范围表冠。这使您对图像中可能实际存在的细节有感觉。

无论如何,这可能是一篇论文,这是一个很大的话题,但是简而言之。:)


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这里已经有一些很好的技术答案。不过,就对摄影的影响而言,简单的答案是动态范围是曝光存在的原因。

也就是说,曝光是表示的摄影师的方式切片的动态范围,因此选择何种范围的亮度值的对他的照片很重要,就像组成,您可以选择要包括和图像中排除。


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在摄影中,动态范围是可以在单张照片​​中捕获的最亮和最暗细节之间的亮度相对差异。

  • 如果动态范围较小,则较暗的部分将保留较少的细节,而较亮的部分将更容易被剪切(尽可能地变白)。如果您仍然想要对比图像曲线,那就很好。

  • 更大的动态范围意味着您可以令人满意地获得对比度较低的图像,或者提供更多的能力在后期处理中选择性地使某些区域变亮/变暗。

与LCD屏幕不同,动态范围以500:1之类的(越来越无意义的)比率表示,而在摄影中,它以光圈表示,其中每个光圈代表原始(经过伽玛校正的)原始光强度的两倍。

大多数数字传感器具有至少8EV(8档)的动态范围,该范围足够大,大致等于幻灯片胶片。在大多数情况下,如今比较相机时,不值得关注动态范围。动态范围是一项技术指标,但由于它是在测量经过伽玛校正的值,因此可能会误导其对图像的可见效果。超出某个点后,您根本看不到任何区别,因为显示器/打印机可以重现的最暗(或高光压缩,最亮)值会丢失任何进一步的范围。但是,当您想选择性地增强或降低区域的亮度(燃烧/减淡)或从过度的过度/曝光不足中恢复时,该实际上几乎不可见的范围可能会有用。

请注意,不同的摄影机查看位置对动态范围的测量方式有所不同-我完全不相信DxOMark的测量值-我认为它们使用了错误的方法(有趣的是,我发现DPreview的测量值更能反映现实情况)。从技术上讲,动态范围应从可以表示的最高值到没有被噪声掩盖的最低值进行测量。噪音很重要:

  • 提高ISO时,会失去动态范围。这仅仅是因为噪声水平上升,所以您在阴影中的距离变小了。
  • 降低ISO时,您会获得动态范围,但只能达到相机传感器的基本ISO。低于此范围(某些较新的相机允许您这样做),则开始失去高光范围。

我认为这实际上是我第一次听到有人将幻灯片的动态范围描述为“足够” :)有些比其他胶片差(咳嗽, Velvia 咳嗽),但是没有人有过量的DR,他们确实需要小心曝光,以免高光和/或遮挡阴影。实际上,我的佳能1DsII宽大得多。
Staale S 2011年

我认为,从摄像头出来的对比鲜明,饱和的图像是Velvia的商标-它存在的原因-因此它被设计为具有较低的动态范围,不是吗?我敢肯定,现代数字传感器在动态范围方面很容易击败它,但主要是因为拍摄Velvia的人想要对比而不是余量。无论如何,我想我最初的观点是,与胶片相比,今天的传感器在动态范围方面确实没有受到阻碍。
thomasrutter 2011年
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