1.
動態範圍(dynamic range , DR)

首先我們來說明動態範圍(DR)
動態範圍是攝影中非常重要的基本概念,
它的定義是指一個場景中最亮與最暗明度的比值,明暗差異越大,則動態範圍越高。
對數位相機而言,動態範圍是評比相機感光元件非常重要的指標,
它用來表示相機感光元件(sensor)紀錄亮部與暗部細節的能力。
同一感光元件的動態範圍可能會隨著iso等設定而略有增減,但最大值是固定的,
以下的sensor動態範圍都是指它的最大動態範圍‧

我們以下圖為例,假設在一個天花板日光燈場景中,
我們使用兩台不同感光元件的相機,在所有條件完全相同的情況下,對日光燈拍一張照片,結果如下
左邊為感光元件動態範圍較低的相機,右邊為動態範圍較高的相機。

左邊的相片亮部完全過曝,燈管與燈座完全黏在一起,而較遠的天花板則一片黑暗。
右邊的相片的細節信息高了很多,亮暗之間的層次變化遠勝左機,更接近肉眼所看到的結果。
這就是動態範圍的重要性,也是許多專業攝影者、電影製作者選用器材的考量之一。
 
2. 場景與動態範圍的關係
註:在科學測試中,一般使用dB為單位,但為了更易說明,以下本文將使用大家較熟悉的曝光值(EV,Exposure Value)來解說,
兩者皆為比值單位為相對單位,可以轉換且不影響任何說明內容。


第二部份我們來解釋場景與動態範圍的關係,
我們用兩個場景來解說,
場景A為一般室內燈具,反差在一般範圍內,假設其最亮與最暗在-4EV~7EV之間 共11EV
場景B5則是戶外夕陽,有很暗的陰影與眼睛無法直視的強烈陽光,反差極大。明暗分布在-11EV~+17EV之間,共28EV
而我們的感光元件動態範圍在-10EV~+10EV之間,共20EV二部份我們來解釋場景與動態範圍的關係,
註:一般現實生活中的數位相機,動態範圍大多只有9~14EV左右,暫無我們假設中可以達到20EV的產品

 

由上圖可以看出場景A的動態範圍在感光元件的紀錄能力之內,因此我們可以得到一張細節完整的照片。
而場景B超出感光元件的紀錄能力,因此在太陽的部分我們只能看到一片全白色的光芒,陰影部分細節也無法全部記錄下來。
由此可知感光元件動態範圍越大的相機,在明暗細節的紀錄能力也就越強,能夠幫助使用者克服高反差的場景,其重要性不言可喻。

3. 曝光寬容度(Exposure Latitude)與動態範圍(DR)

 

假設我們在曝光的時候操作錯誤,
分別產生了EV-2、+2、+5的照片,如下所示設我們在曝光的時候操作錯誤,


由上圖可以看出,EV+5的照片已經有一部分超過了sensor本身的動態範圍,
而EV-2、+2的照片都還在範圍內。
此時若我們使用機身編修功能或是在電腦端用影像處理軟體來增減曝光,
使他們回到較正確的曝光狀態,就可以看到下面的情況


 

我們發現由於EV-2、+2的照片雖然發生曝光錯誤,但仍未超過sensor的極限,
因此最亮與最暗細節雖然在螢幕上看不到,但實際上還是保留下來,
經過軟體調整後仍然可以得到一張明暗細節清楚的照片。
而EV+5的照片亮部已經超出sensor的紀錄能力,因此即使把曝光調整回來,但失去的亮部的細節已經無法復原了。
而這個容許曝光失誤的上下限,我們稱之為寬容度,
而寬容度會隨著sensor的動態範圍與場景的反差而改變,
接著我們加入場景B來說明

 

如上,由於場景A明暗反差較小,因此有足夠的寬容度可以彌補曝光上的失誤,
但場景B的反差已經超過了sensor的上下限,因此無論如何調整曝光係數都無法保留全部的細節,
而且誤差愈大,損失的細節愈多,儘管sensor的動態範圍沒有變動,但使用在場景B時,已經沒有任何寬容度可言。

 

4. 小結


Wiki百科對曝光寬容度的解釋中有一段敘述:

Latitude depends on dynamic range. If the same scene can be recorded using less than the full brightness range available to the medium, the exposure can be shifted along the range without losing information in the shadows or highlights. Greater exposure latitude allows one to compensate for errors in exposure while retaining quality.
意思是說,寬容度會依據動態範圍而改變,如果紀錄同一的場景需要的曝光範圍低於基質(medium,這邊是指傳統底片曝光用的乳劑)的曝光能力範圍(也就是動態範圍),那麼曝光設定就可以沿著底片的曝光能力範圍偏移,而不會損失亮部或暗部的細節,愈高的寬容度可以在不損失品質的情況下補救曝光上的錯誤。
 

亦即在場景反差低於sensor的動態範圍時才有寬容度,
對同一感光元件(sensor)來說,寬容度會隨著場景的改變而變化,並非定量,
但sensor自身的紀錄動態範圍的最大能力是固定的。
所以大多數國內外知名的評測網站都用動態範圍(Dynamic range,DR)這個詞
來表示該相機感光元件紀錄明暗細節的能力,而不是使用寬容度(Exposure latitude )。


 

為了彌補sensor有限的動態範圍,部份機身或影像處理軟體也提供HDR(High dynamic range)功能,
原理是使用多張不同曝光設定的照片來合成,以求得到場景的最大細節。
此外也有相機主打動態範圍800%之類的來強調自家感光元件的高反差紀錄能力。



特別說明一下,本文旨在說明動態範圍與寬容度的差別,並非強調感光元件之性能,
實際上相同世代同等級的產品它們的性能差距是十分有限的,選購器材應根據自己的實際需求作考量‧
此外雖然寬容度提供了一個補救的空間,但現實生活中,挽回曝光失敗的照片並不是無損的,
降低過曝的亮部可能會損失色調層次,提升暗部的亮度則是會產生雜訊,
較高的動態範圍並非真正無敵,挽回失誤是需要犧牲部分畫質為代價的‧
相對來說,學習正確的曝光知識與技巧才是更重要的

 

更多寬容度在底片上的解釋可以參考Origin2前輩所寫的:電影底片、正片、寬容度、反差與立體感、層次感

 Rags Gardner寫的Film versus Digital

 Wiki百科對動態範圍的解釋

 Wiki百科對曝光寬容度的解釋


其他參考資料

http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/dynamic-range.htm

http://www.swpp.co.uk/glossary/exposure_latitude.htm

http://photographytraining.tpub.com/14208/css/14208_51.htm

 

 


朽學堂聲明:

1.本站教學文章內容皆為免費教學,  但任何知識都有錯誤或被推翻的可能,讀者需有自主判斷能力,本站不對內容做任何負責與保證。

2.本站內容適合已經閱讀過數位相機操作說明書並擁有基本概念的入門者,本站無提供基本教學,因為這部分已經有很多人做得非常好了。

3.本站圖文版權皆用創用CC授權條款第五類,允許使用者散佈、傳輸著作,僅需註明作者與來源網站,但不得為商業目的之使用,亦不得修改其內容。

 


朽唯 發表在 痞客邦 PIXNET 留言(0) 人氣()