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动态范围(Dynamic Range)

Dynamic range, tonal response, and contrast

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动态范围(或曝光范围)是相机捕捉的光强的范围,通常表示为f-Stops,EV(曝光值),或区段(曝光范围)。它与噪点密切相关:高噪点意味着低动态范围。它也与阶调响应密切相关(阶调响应是指光强与像素级之间的关系(如下所示)。反差,也被称为Gamma,是阶调响应曲线的平均斜率。高反差的图像(右图所示)通常会损失动态范围和细节,或在高光或暗调区域出现阶调剪切。(图像文件的动态范围通常比显示设备可显示的动态范围要大).

动态范围,色调响应,和γ测量(一)通过stepchart,MultiCharts,或多使用传输阶梯楔块与最大密度范围至少3.4(相当于11.3倍光圈),或(b)的动态范围,一个stepchart使用结果从多达四个不同曝光的图像后处理stepchart。后者有时是方便,因为它可以使用反射图,不需要特殊的光源,在黑暗的房间里

Characteristic curve for Capture One LE with Film Curve

Dynamic range is a strong function of pixel area, which is proportional to the number of electrons a pixel can store. It is invariably better in DSLRs (which have relatively large pixels; at least 4 microns square) than in compact digital cameras. It can be maximized by setting the camera at the lowest ISO speed.

Displaying images with large dynamic ranges (which can be well over 1000:1; 10 f-stops) can be problematic in reflective media, which has a maximum dynamic range of about 100:1 (a little over 6 f-stops; 200:1 at the absolute maximum). Reducing contrast can make the image look flat and dull. Some processing is usually required, like applying an “S” curve, tone mapping, or manually lightening or darkening portions of the image.

Flare light in lenses— light originating inside or outside the lens’s field of view that bounces around the lens interior— decreases dynamic range by fogging the image and obscuring shadow detail. Veiling glare is a good measurement of a lens’s susceptibility to flare light.

定义分析(Defination and  Analysis)

通俗来讲,动态范围是用来里描述画面中从最暗的阴影部分到最亮的高光部分的光量强度分布范围。缺省情况下用分贝(db)表示,也可以用比特(bit)或挡来表示。例如描述一个场景说它的动态范围很广,意思就是说,这个场景中从阴影部分到高光部分之间的曝光数值相差很大,画面的对比度高,层次丰富。当你拍摄一张照片的时候,实际上有两个动态范围是你需要考虑的:第一个是你要拍摄的场景的动态范围,第二个是你的相机的感光元件的动态范围.假如 照相机的动态范围比场景的动态范围小,照片会出现缺失亮部细节和暗部细节。

原理介绍(Reference of Principle)

动态范围=20D⌒

(1)  比尔-朗伯定律:A=lg(1/T),A是吸光度或吸光系数,T为透射率,T=I/I0,I为透射光强度,I0为入射光强度。

(   Amax指最暗处的吸光系数,Amin指最亮处的吸光系数)
Beer-Lambert定律。

(2)  D指光密度(Optical density),D=lg(I0/I)

(3)  例:入射光强度:35560lx ,插卡后:最白色区域的透射光强度是15000lx,最黑区域的透射光强度是15lx

计算:所以最白色透射率(Tmin)为15000/35560,最黑色区域透射率(Tmax)为15/35560,最白色区域的光密度(Dmin)为lg1/(15000/35560),最黑色区域的光密度(Dmax)为lg1/(15/35560)。

宽动态计算范围   20D⌒= 20(lgDmax-lgDmin)=60db

(4)    相关知识关系表

 名称 English Name 符号 定义
  吸光度  Absorbance  A  光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度比值的对数
  光密度  Optical density  D  入射光与透射光比值的对数或者说是光线透过率倒数的对数
  吸收系数  Absorption coefficient  ā(阿尔法)  在给定波长,溶液和温度等条件下,吸光物质在单位浓度,单位液层厚度时的吸收度
  吸收率  Absorptivity  A  投射到物体上而被吸收的热辐射能与投射到物体上的总热辐射能之比

(5)动态范围有事也可用密度或EV值表示

例:我们已经知道对于一个胶片的密度公式为D = lg(Io/I)。 那么假设有一张胶片,扫描仪向其投射了1000单位的光,最后在共有96%的光通过胶片的明亮(银盐较薄)部分,而在胶片的较厚的部分只通过了大约4%的光。那么前者的密度为:

Dmin=lg(1000/960)= 0.02; 后者的密度为: Dmax=lg(1000/40)= 1.40

那么我们说动态范围为:D=Dmax-Dmin=1.40-0.02=1.38。

Imatest36阶动态范围测试卡范围内系动态范围(包含注意事项及参数分析,想了解更多详情可以进入:http://www.colorspace.com.cn/html/3875621841.html


补充知识:

(1)一般而言,人类的眼睛所能看到的范围是10^5左右,但是一般的显示器,照相机能表示的只有256(即2^8个亮度数量级)种不同的亮度。

(EV及曝光的相关解释:曝光值(Exposure Value,简写做EV)实际有三方面意义:

(1).作为相机设置参数,曝光值指光圈、快门和ISO三者的组合。

(2).作为曝光量,曝光值原本指成像元件/胶卷接受光线的多少,现在主要是作为曝光效果的衡量单位,也是曝光补偿的单位。

(3).作为测光值,曝光值表注:将曝光量转化到照度 生活中没有人用EV来描述环境的照度,照度是描述环境接受的光照的强度的物理量。之前提到光比,光度学材料指出:相差n EV的曝光量,也就是2^n的光比(光比就是“光照强度”的比值,“光照强度”就是“照度”)。表示被摄物体/场景的亮度,自然也用于衡量被摄场景的反差、动态范围。








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