数字图像入门 图像的动态范围
夏昆冈 于 2011.12.17 23:21:06 | 源自:www.soomal.com | 版权:原创 | 平均/总评分:10.00/80

颜色最暗到最亮的范围,被称为动态范围,光线的明暗变化在这个范围内实现,范围越大,变化层次越多,即层次感越强,对细节的描述能力也就越强。单纯的说数字图像的动态范围概念,比较好理解,但动态范围如果作为相机成像质量判断时,则容易产生误解,本篇尝试来讲解图像的动态范围。

我们接触到最多的数字图像是24位[bit]的,它分别将红绿蓝三原色做了8位的量化,然后三原色组合可以产生最多8位X3种值,即16777216种颜色,但颜色不等于亮度,不同的颜色值可能对应一个亮度值,因此图像的明暗变化层次要小于颜色的变化,动态范围是一个与亮度相关的概念。为了举例方便,我们在文中使用的是8位的灰度图像。

  • 这是一组对比,左侧图像拉出了一个0-255的渐变,右侧的则为21-220,可以这么简单理解,左侧图像动态范围为256,而右侧则为200。左侧图像对明暗变化的描绘更加丰富,记录了更多的亮部和暗部细节。是不是可以记录更大的范围呢?答案是否,8位的灰度图像,最大的动态范围为256,图像的实际记录范围不会超过其极限值,理想状况是无限接近或极限值,左侧的图像的动态范围与理论最大动态范围相等。这里出现了两个“动态范围”,一个是数字图像的理论最大动态范围,一个是数字图像记录后实际产生的动态范围。

    24位和48位图像,哪种动态范围更大?这个问题中的“动态范围”指的是理论最大动态范围,而“这张图动态真大”,这种说法中包含的“动态”或者“动态范围”指的是照片记录后实际产生的动态范围。

  • 有这么一个场景,使用相机拍摄得到了一张照片,效果比较理想,有着明晰柔和的光影变化。我们假设这是标准化的照片,用于参考对比。

  • 但也可能因为相机硬件的不足或者拍摄参数设置不当,得到另外的结果。这两张照片明显的亮的地方不够亮,暗的地方不够暗,中间层层次变化少,导致了灰蒙蒙的效果,这种结果在实际拍摄中经常遇到。

  • 还有一种情况就是亮的地方太亮,有溢出,暗部则出现死黑,它虽然看上去会明暗反差更大,这也是以牺牲中间层为代价的结果,浅灰到深灰的变化层次变少了。

    这几张图片表现了相机对光线明暗变化的记录能力,不同的相机对光阴明暗的记录能力不一样,这就是相机记录能力的动态范围的差异。又叫光学动态范围,动态越大的纪录能力,其宽容度就越好,画面就越难以出现死黑或者溢出的问题。

  • 制造商=SONY;型号=NEX-5N;焦距=16毫米;日期=2011.09.29 16:38:56;光圈=F8.0;测光模式=模式;感光度=ISO100;曝光补偿=-0.3EV;曝光时间=1/160秒;曝光程序=光圈优先
  • 相比人眼,最先进的感光器也无法象人眼那样描述光影的变化,换句话说就是人眼“动态范围”更大,在光差较大的场景中,拍出来的照片往往会不是高光溢出就是暗部死黑,难得完美,于是产生了一种叫做HDR的合成技术。

    HDR即高动态范围[High-Dynamic Range],它采用多次曝光技术,分别记录高光、中间层、暗部的细节,然后合成一张照片,这样合成的照片能表现出更加丰富的明暗变化来。而此时的高动态,是指的记录后实际产生的动态范围。