神马文学网光与影的秘密 数码相机成像宽容度探析(4)
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/05/03 06:37:51
http://www.sina.com.cn 2009年02月26日 15:05 IT168.com
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第二，“相机的宽容度并不是越大越好”其实也只是在一定的色彩空间里成立的。这是我们本节讨论的核心问题。
我们真实世界里的颜色和亮度用“千变万化”之类的词来形容可能都显得苍白，因为这些色彩和亮度可能是连续变化的，种类不可数的。可是数字图像是有色域和位深度限制的，它只能表现有限的色彩数量。比如最常见的RGB色域，通过R(red，红)、G(green，绿)、B(blue，蓝)的不同浓度来混合成各种颜色，而R、G、B各通道的浓度又通过位深度来进行限制。因此8位的RGB色域可以表达的色彩数量是28×28×28=16777216种：从(R0,G0,B0)到(R255,G255,B255)。
在将无限、平滑变化的真实世界的色彩，转换成有限的表现力的数字图像的过程中，必然存在色彩损失、层次变得生硬的现象。我们把数码摄影想像成一个翻译题，来进行简单分析，就知道在一定的色域下，相机的宽容度如何影响图像的层次了。
我们假定有一串连续的数字“3,4,5,6,7”（想像成真实世界的连续光影变化），现在要将它们翻译成英文的字母，但是英文字母只有“a,c,e”这三个不连续的字母（想像成表现力有限的数字影像）可用。
宽容度小的翻译结果
翻译方法一：宽容度为3，可以识别数字4,5,6，并分别翻译成“a,c,e”；当数字小于4时，认为其等于4，翻译成“a”；当数字大于6时，认为其等于6，翻译成“e”。按照这种规则，最后“3,4,5,6,7”被翻依次译成了“a,a,c,e,e”。
宽容度大的翻译结果
翻译方法二：宽容度为7，可以识别数字“2,3,4,5,6,7,8”，但是由于字母的表现数量限制为“a,c,e”三个了，所以采用简单的线性转换方式，宽容度范围内的数字只能被依次翻译成“a,a,c,c,c,c,e,e”，其中“a,c,c,c,e”是“3,4,5,6,7”的翻译结果。
比较这两种翻译方法的优劣：两种翻译方式的结果都造成了数据流失，因为可用的英文字母太少。但是宽容度小的方法一的结果好在中间值对比明显，缺点在于小于4或者大于6的数字都表现不出区别；而宽容度大的方法二，结果中间值不能区分，“4,5,6”都被翻译成了“c”，但对两端的数字表现出了区别。
当然，上面的数字游戏只是一个极端的对比，实际上数码相机的宽容度还是很大的，也就是说当我们翻译可用的英文字母丰富了，结果就大不一样了。实际上我们常用的色域通道位深度（游戏里的英文字母数）还算充足，在这个前提下，数码相机的成像宽容度越大，越善于表现场景中高光和阴影部分的变化。
前面说完了理论，我们再来通过实验探讨一下数码相机的宽容度到底有多大。当然，我们还是要借助软件来实现。
Imatest可以测试出相机在一定信噪比下的成像宽容度
前面我们对数码相机宽容度的定义是“在一次拍摄中所能表现的场景的最大动态范围”，进一步说，所谓“能表现”是指至少能够体现出场景中细微的亮部差别。但实际上我们测试采用了一个间接的方式，因为要设置一个动态范围超过数码相机宽容度的渐变对象并不是容易的事情。在实验室均匀光源下，我们使用的柯达Q13灰阶标板最亮一级与最暗一级的光比也不过10.3EV/6.1EV。所以我们采用多次不同曝光量的方式来相对扩展拍摄对象的动态范围，然后进行拼接计算。
柯达Q13灰阶标板
我们在均匀光照下以柯达Q13灰阶标板作为拍摄对象，并进行多次包围曝光，直至灰阶标板出现高光溢出和暗部缺失。然后再分析这些拍摄结果组合起来达到的可表现的动态范围，即可获得相机成像宽容度的范围
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第二，“相机的宽容度并不是越大越好”其实也只是在一定的色彩空间里成立的。这是我们本节讨论的核心问题。
我们真实世界里的颜色和亮度用“千变万化”之类的词来形容可能都显得苍白，因为这些色彩和亮度可能是连续变化的，种类不可数的。可是数字图像是有色域和位深度限制的，它只能表现有限的色彩数量。比如最常见的RGB色域，通过R(red，红)、G(green，绿)、B(blue，蓝)的不同浓度来混合成各种颜色，而R、G、B各通道的浓度又通过位深度来进行限制。因此8位的RGB色域可以表达的色彩数量是28×28×28=16777216种：从(R0,G0,B0)到(R255,G255,B255)。
在将无限、平滑变化的真实世界的色彩，转换成有限的表现力的数字图像的过程中，必然存在色彩损失、层次变得生硬的现象。我们把数码摄影想像成一个翻译题，来进行简单分析，就知道在一定的色域下，相机的宽容度如何影响图像的层次了。
我们假定有一串连续的数字“3,4,5,6,7”（想像成真实世界的连续光影变化），现在要将它们翻译成英文的字母，但是英文字母只有“a,c,e”这三个不连续的字母（想像成表现力有限的数字影像）可用。
宽容度小的翻译结果
翻译方法一：宽容度为3，可以识别数字4,5,6，并分别翻译成“a,c,e”；当数字小于4时，认为其等于4，翻译成“a”；当数字大于6时，认为其等于6，翻译成“e”。按照这种规则，最后“3,4,5,6,7”被翻依次译成了“a,a,c,e,e”。
宽容度大的翻译结果
翻译方法二：宽容度为7，可以识别数字“2,3,4,5,6,7,8”，但是由于字母的表现数量限制为“a,c,e”三个了，所以采用简单的线性转换方式，宽容度范围内的数字只能被依次翻译成“a,a,c,c,c,c,e,e”，其中“a,c,c,c,e”是“3,4,5,6,7”的翻译结果。
比较这两种翻译方法的优劣：两种翻译方式的结果都造成了数据流失，因为可用的英文字母太少。但是宽容度小的方法一的结果好在中间值对比明显，缺点在于小于4或者大于6的数字都表现不出区别；而宽容度大的方法二，结果中间值不能区分，“4,5,6”都被翻译成了“c”，但对两端的数字表现出了区别。
当然，上面的数字游戏只是一个极端的对比，实际上数码相机的宽容度还是很大的，也就是说当我们翻译可用的英文字母丰富了，结果就大不一样了。实际上我们常用的色域通道位深度（游戏里的英文字母数）还算充足，在这个前提下，数码相机的成像宽容度越大，越善于表现场景中高光和阴影部分的变化。
前面说完了理论，我们再来通过实验探讨一下数码相机的宽容度到底有多大。当然，我们还是要借助软件来实现。
Imatest可以测试出相机在一定信噪比下的成像宽容度
前面我们对数码相机宽容度的定义是“在一次拍摄中所能表现的场景的最大动态范围”，进一步说，所谓“能表现”是指至少能够体现出场景中细微的亮部差别。但实际上我们测试采用了一个间接的方式，因为要设置一个动态范围超过数码相机宽容度的渐变对象并不是容易的事情。在实验室均匀光源下，我们使用的柯达Q13灰阶标板最亮一级与最暗一级的光比也不过10.3EV/6.1EV。所以我们采用多次不同曝光量的方式来相对扩展拍摄对象的动态范围，然后进行拼接计算。
柯达Q13灰阶标板
我们在均匀光照下以柯达Q13灰阶标板作为拍摄对象，并进行多次包围曝光，直至灰阶标板出现高光溢出和暗部缺失。然后再分析这些拍摄结果组合起来达到的可表现的动态范围，即可获得相机成像宽容度的范围
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