題:
什麼是動態範圍?在攝影中它的重要性如何?
Tom
2011-01-25 08:22:30 UTC
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維基百科說,動態範圍是“可變數量的最大和最小可能值之間的比率”。好吧,我明白了。我想這就是為什麼HDR照片在光線方面具有“高動態範圍”的原因。

但是它還有什麼呢?攝像機的動態範圍是多少?只要告訴我有關它的所有重要內容即可:-)。

五 答案:
Nick Bedford
2011-01-25 09:34:34 UTC
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好吧,這可能超出範圍,但這是我對光強度的簡單演示的最佳猜測。同樣,傳感器的功能可能會更少或更多。但是您會明白的。

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動態範圍之所以如此重要,是因為它精確地定義了可以在邊界內實際表示的場景數量。圖像的“黑色”和“白色”。上面的圖像非常粗略地表示了場景中典型項目的明亮程度,而右側的“括號”則粗略地表明了在給定曝光下可以看到多少強度。曝光時間越短,支架越高(對於明亮的雲彩來說曝光量越小),曝光時間越長(對陰影/夜景來說就越長)。黑色和白色。黑色將完全不發光,而白色將在所有頻率下無限量地發出白光。但是當涉及到攝影和視覺時,您並沒有在如此高的動態範圍內工作。

區別是什麼?如果您將一個點曝光並拍攝為在場景的光強度內具有相同的白色剪切點,則發生黑色的點可能會比數碼SLR圖像中的黑色要亮。這是因為更大的傳感器能夠捕獲更大的光強度變化。白點比點更暗,黑點比點暗。聽起來好像您了解這部分。

為什麼這麼重要?當您希望既可以看到場景中的明亮雲彩,又可以通過後門看到房屋內部的暗影區域時,會發生什麼情況?在大多數情況下,雲層會變成明亮的白色,而您將看不到任何細節,或者房屋的內部只會是黑色的(或非常接近)。 對於相機,它不在您要曝光的當前強度範圍內。

這是攝影與眼睛性能有關的缺點之一。與攝影機相比,人眼通常可以看到更大範圍的強度,強度變化通常在18到20檔左右。我們可以看到房屋和明亮的雲層,但相機只能對其中一個進行曝光。大多數DSLR傳感器可以捕獲大約10-13個動態範圍的光圈。

此外,所捕獲圖像的格式(用於數字攝影)可以實現將圖像轉換為可用的JPEG時要保留的動態範圍,因為它是照片最終使用的最常見的“最終”格式。

使用JPEG時,傻瓜和傻瓜通常會採用這種格式為您生成 時,紅色,綠色和藍色的每個分量只能存儲8位精度。黑色是0,白色是255。這意味著黑色和白色之間有256個“步”。相反,使用高精度原始捕獲,這些通常捕獲12到14位信息。對於12位原始數據,黑色仍為0,但白色為4,096。在14位捕獲中,白點為16,384。這意味著強度的變化被更準確地捕獲到數量級。現在,圖像的黑白點之間最多可以有16,384個“步”。

即使您通常最終導出為這種8位JPEG格式,這也可以使攝影師在手之前調整曝光,填充與最終的JPEG圖像相比,可以更明亮,更明亮地恢復吹出的高光。這不僅可以讓您從存儲箱中“保存”照片,還可以極大地改善從捕捉良好的照片中獲得的結果。利用此技術的一種方法是向右暴露

另外#2 :我認為與數字動態範圍有關的最大注意事項是,對於給定的ISO設置,全幀傳感器的SNR將遠遠大於一個點,並且射擊。在相同的曝光下,全畫幅傳感器中的“大桶”照片位使更多的光仍然適合傳感器的範圍。因此,+ 13 EV仍會被記錄,而在某個點射擊時,它只會是純白色。

這就像用1L錫捕獲水而不是在一個點射擊500mL錫

其他#3(帶有添加的照片):這是一些傳感器的有限度示例。

這是我的iPhone生產的。我第一次暴露在街上黑暗的地方。第二個是暴露在明亮的建築物中,第三個是iPhone產生的“ HDR”圖像。通過一些調整,可以使陰影區域近似於我實際看到的動態範圍,儘管它仍然很有限。

很明顯,iPhone的動態範圍太有限,無法立即捕獲您需要的所有信息。 。一方面,白色剛剛完全吹散,另一方面,陰影幾乎完全是黑色。

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+1-不錯的曲線圖,您要特別注意“平均值”,因為作為APS-C相機的Pentax K-5和Nikon D7000目前都超過了FF和ISO 100的中畫幅相機的動態範圍。隨著技術趕上更大的傳感器,未來幾個月將發生變化,但是對於APS-C在這方面做得如此之多,這是非常令人興奮的,這對我們拍攝的那些人來說非常好。 :)
+1-漂亮圖表上的同上。 ;)我認為還應該指出的是,高感度DR也會隨著傳感器孔尺寸的增大而改善,因為與陰影相比,更多的級別專用於高光和中間色調。我將“平均全幀頂端向上移動一點。至於黑白點的記號,從技術上講,黑色始終為0,白色始終為最大值(255 @ 8bit,4095 @ 12bit,16383 @ 14bit)。”變化的部分是這兩者之間範圍的精細度,一個14位傳感器比12位傳感器(4096個級別)具有更好的不同音調範圍(16384個級別)。
謝謝jrista。我可能還會添加傳感器精度信息(我忘了一些信息)。我主要是在談論相機可以承受的光強度範圍。在DSLR傳感器原始捕獲中,在點上可能會變黑並拍攝JPEG的陰影可能仍然可以精確到一定程度。即使是在傻瓜相機上拍攝,噪聲也可能太大而無法打擾。
您還應該投入標準監視器的動態範圍並進行打印。為了實際使用更高的動態範圍,必須進行某種形式的色調映射。
@Nick:我想最好的傳感器可以測量出最大光水平。我認為黑點非常固定...無論傳感器是什麼,零都為零。 P&S可能無法捕捉到與FF DSLR一樣多的細微陰影,但這在很大程度上是由於較高的噪聲所致,這會將最小非零值推入可用的DR中,遠遠高於FF DSLR。 DSLR。另一方面,傳感器之間的白點可能確實是動態的。我可以想像FF傳感器對高光色調的容忍度要比P&S高得多。
哇,我希望我可以不止一次投票。我確定我會接受答案,但是我想稍後再回來閱讀它:-)。我可能還有一兩個問題...
在良好的光線下,小型傳感器的P&S攝像機在DR放樣中實際上可以很好地進行比較,因為動態範圍是由本底噪聲確定的,而動態範圍與電子設備的質量有關,而與所捕獲的光量無關。在中等和弱光條件下,它們的動態範圍會迅速下降,因為小型傳感器的聚光能力不夠好,並且光子噪聲開始占主導地位。
究竟。 P&S的問題在於,例如,與大型傳感器相比,ISO 200更難以解決。在愚蠢的汽車類比中以1/5的馬力實現相同的加速度:P
PearsonArtPhoto
2011-01-25 09:08:46 UTC
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攝影中有兩個重要的動態範圍需要關注。首先是您正在查看的場景的動態範圍。場景以及相機的動態範圍。讓我按順序進行解釋。

場景的動態範圍是該場景中從最亮的對像到最暗的對象的範圍。通常,這將以強度比進行測量。如果拍攝的是一張均勻照亮的白皮書,則此範圍較低。如果您正在拍攝日落,則此範圍非常大。

第二個是您的相機。我將用數碼相機來解釋這一點,因為它比較容易理解,但相同的概念也適用於膠卷相機。

為了解釋,讓我先解釋一下數碼相機。數碼相機將信息記錄為數字。大多數攝像機以0-255的數字捕獲該信息,因此該數字可以存儲為一個字節(8位)。高端相機將具有10位,12位,14位甚至16位,並且有傳言稱某些宏偉的相機每個色彩通道具有24位。那麼,動態範圍是從最小的非零值到最大的非飽和值的範圍,對於8位相機,範圍是1-254。 (我應該補充一點,從技術上講,動態範圍是最大非飽和強度值超過最低可檢測強度的值。如果傳感器是非線性的,則可能會發生更多的變化)

為什麼所有這些重要嗎?一張好的照片將與場景和相機的動態範圍相匹配。有一些創造力的空間,但是仍然存在此經驗法則。還有幾點需要注意。

  1. 人眼具有出色的動態範圍,甚至超過了最好的相機。
  2. 一個人可以提高有效範圍。通過稱為 HDR或“高動態範圍”的技術實現動態範圍。
  3. 日落可能是任何自然場景中最高的動態範圍。
  4. ol>

    為幫助說明這一點,我將包括一些圖片。


    Low DR

    此圖片的動態範圍較低。大多數對象具有相同的亮度,並且往往看起來暗淡無光。


    Good Dynamic Range

    這張照片具有更好的動態範圍。陰影中仍然有一些可見的細節,但是沒有修剪任何高光。


    Very large dynamic range

    此圖像具有很大的動態範圍,因此我的8位相機很難捕捉到整個場景。請注意,地面根本不是很輕,仙人掌很難看到任何細節。很難說,但是紅色通道實際上在這裡已飽和,陰影區域幾乎沒有細節。儘管如此,我還是根據自己的藝術選擇將天空保持在相機的範圍內,並使仙人掌更像一個輪廓。

+1很高興看到場景DR和相機DR之間的區別。但是,人眼具有“奇妙” DR的感覺是不同的。 *在任何給定的場景中,*眼睛只能看到大約6個光圈範圍-大約是一個不錯的DSLR傳感器的DR的1/20(在高端尼康相機中,最多可以有11個光圈)。通過調節瞳孔大小並利用不同的傳感元件(桿和錐),眼睛將其靈敏度擴展到約20個光闌的更大範圍。相機以基本相同的方式執行相同的操作。參見http://en.wikipedia.org/wiki/Human_eye#Dynamic_range
@whuber:我對此不太確定...至少,在我看來,場景的DR低於實際水平。也許這與快速改變眼睛的焦點類似,所以您幾乎看不到場景的模糊部分,但是我確實知道,當我拍攝上面的最後一張照片時,我可以分辨出日落和地面。這本身可能會引起一個有趣的問題。嗯...
我同意你的看法。我相信這是因為當學生專注於場景的不同部分時,他們可以快速調整。 *儘管在任何給定的瞬間*,都無法同時感知變化超過7 EV的場景部分的細節,即使它們正好位於中心(視線最銳利)。同樣,自動攝像機(或攝像機)也可以在平移時動態調整。我認為,這裡的教訓是將*動態* DR(快速修改)DR(用於感應儀器)與DR分開。
這些24位每像素攝像機在哪裡?我聽說有提及,但從未見過參考。據我所知,24bpp並不是“宏偉的”,而是資源的完全浪費,因為您將擁有比“光子撞擊您的感應器”更多的級別,其數量成千上萬,甚至可能數百萬,所以您會只是充滿了很多噪音!
John Cavan
2011-01-25 08:39:31 UTC
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哇,相當開放...

動態範圍,如Wiki所述,是可以捕獲的值的範圍,而不是所有攝像機的固定值。 DxOMark是一個組織,除其他事項外,它測量各種相機傳感器的動態範圍,並將其定義為:“一個數值,該數值描述了可以準確地確定最高和最低亮度值之間的比率在傳感器上測量。”從該站點可以看到,從低端到高端攝像機的範圍都很大。

從攝影的角度來看,這意味著攝像機的動態範圍越大,您可以捕獲的信息越多,尤其是當顏色和色調範圍在圖像中過渡時。例如,這樣做的效果是,一台攝像機可能會錯過微妙的紅色陰影,而另一台攝像機會捕獲到它,從而提供否則會丟失的信息。如果您使用能夠處理該範圍的軟件和打印機,那麼可以在後期製作轉換為JPEG甚至更好地改善打印效果時提供很大的靈活性。處理曝光。我之前曾在Pentax K-5 曝光範圍上發布過我的文章,但由於它與問題有關,並且K-5當前擁有動態範圍表冠,因此我將其再次鏈接。

無論如何,這可能是論文,這是一個很大的話題,但簡而言之。 :)

Itai
2011-01-25 11:09:52 UTC
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這裡已經有一些很好的技術答案。不過,就對攝影的影響而言,簡單的答案是動態範圍是曝光存在的原因。

也就是說,曝光是攝影師顯示動態範圍的 slice 的方式因此,選擇亮度值的範圍對他的照片很重要,就像構圖一樣,您可以選擇要在圖像中包括和排除的內容。

thomasrutter
2011-01-25 09:48:36 UTC
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在攝影中,動態範圍是可以在一張照片中捕獲的最亮和最暗細節之間的亮度相對差異。

  • 如果動態範圍較小,則較暗的部分將保留較少的細節,而較亮的部分將更容易被剪切(盡可能地變白)。仍然需要對比度的圖像曲線就可以了。

與LCD屏幕不同,動態範圍以500:1之類的(越來越無意義的)比率表示,而在攝影中則以光圈表示,每個光圈代表一倍

大多數數字傳感器具有至少8EV(8檔)的動態範圍,該範圍足夠大,大致等於幻燈片膠片。在大多數情況下,如今比較相機時,不值得關注動態範圍。動態範圍是一項技術指標,但是由於它是在測量經過伽瑪校正的值,因此可能會誤導其對圖像的可見效果。超出某個點後,您根本看不到任何區別,因為顯示器/打印機可以重現的最暗(或高光壓縮,最亮)值會失去任何進一步的範圍。但是,當您想要有選擇地提高或降低區域的亮度(燃燒/減淡)或從過度的過度/曝光不足中恢復時,該額外的實際上不可見的範圍可能會有用。

請注意,不同的攝影機查看位置對動態範圍的測量方式有所不同-我完全不相信DxOMark的測量值-我認為它們使用了錯誤的方法(有趣的是,我發現DPreview的測量值更能反映現實情況)。從技術上講,動態範圍應從可以表示的最高值到沒有被噪聲掩蓋的最低值進行測量。噪音很重要:

  • 提高ISO時,會失去動態範圍。僅僅是因為噪聲水平上升,所以您在陰影中的距離變小了。
  • 放下ISO時,您可以獲得動態範圍,但只能達到相機傳感器的基本ISO。低於此值(某些較新的相機允許您這樣做),您便開始失去高光範圍。
我認為這實際上是我第一次聽到有人將幻燈片的動態範圍描述為“足夠” :)有些比其他膠片差一些(*咳嗽* Velvia *咳嗽*),但是沒有人有過量的DR和他們確實需要非常小心的曝光,以免吹出高光和/或遮擋陰影。實際上,我的佳能1DsII寬大得多。
我認為鏡頭外的對比鮮明,飽和的圖像是Velvia的商標-它存在的原因-因此它被設計為具有較低的動態範圍,不是嗎?我敢肯定,現代的數字傳感器在動態範圍方面可以輕易擊敗它,但這主要是因為拍攝Velvia的人們想要對比而不是餘量。無論如何,我想我最初的觀點是,與膠片相比,今天的傳感器在動態範圍方面確實沒有受到阻礙。


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