动态范围与灰度级数的关系?
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[1 楼] skyshui [泡菜]
16-9-9 08:05
首先贴个网址 http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MTk5NDkzNA==&mid=200400435&idx=1&sn=37fe6c929e21bb8ba8396546d752e5fa#rd 这里面观点是一些14bit机器为了扩展动态范围而拉伸色阶,里面最有力的论据是在0ev左右的灰度级数佳能要比尼康小很多,但我的疑问是:灰阶并不是线性均匀的分布, 1ev,2ev处灰阶数量远远高于暗部,佳能黑场起步就是2048,自然在0处灰阶跨度小,但是有文章评测说同是500黑场起步的d810却在0ev处灰度级数比a7rii小很多,这个应该怎样去理解呢,是matlab或相机算法问题,还是adc采样精度问题?
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[18 楼] stevenkoh [泡菜]
1-14 14:16
其实人眼灰度色阶分辨率在40-70之间,我记得这是眼科医生的一个测试结果。在色彩科学上,一般SDR用8bit足够了。因为人眼生物特性上,40-70足够了,也就是7bit(128级灰阶)是足够了。那么为了方便IT处理,8bit也足够了。所以,8bit位宽叫真彩色True Color。而印刷工业上的CMYK,是0-100,也看不出色阶区别。

所以,我们搞清楚人眼的极限色阶分辨率,也就是相邻的色块无法区别,这就是渐变。我用数据拉了一张标准测试图,是sRGB 色彩空间的。而且无忌这里是无损传送。测试一下自己的眼睛和显示器。



放大100%看,既不要缩小,也不要放大,就100%看。在256bit的渐变,每个色阶是4像素宽,如果是1像素宽的话,那么128级别和256级色阶无区别。这是生物特性。以上的色阶图关键看点是两个:

1. 相邻是否能分辨率;
2. 是否“等色差”。

所以,我们平时说的线性、oetf、eotf到底什么意思?哪个层面的线性,这个其实很搞。其实 oetf 是相机,而eotf用于显示器。严格意义上,显示器的eotf就是sRGB、Log之类的曲线,这个eotf中的"e",是CIE XYZ;而相机oetf的"e",是存粹的电子伏特(音响界叫电平level),相机oetf的"e"需要经过CCM才能从光转换到色。所以,因为俗称,实际上这两个"e"的意义不一样。

而显示器曲线的eotf的"o",就是显示器亮度。就是上面测试图的“色彩空间 sRGB 色阶”。大家不用去理会这个等色是否合理,是否合理是色貌模型CIELAB要处理的事情。对于色彩空间,也就是人为编制的eotf曲线,也叫gamma曲线,我们只需要看在显示器实现位宽(比如显卡位宽8bit)不应该出现断层,而是完全渐变过渡就可以了。

如果大家用一台100% sRGB 显示器看上面测试图第一行,就是这个意思。如果出现断层,那么是色彩管理没做好,或者显示器本身达不到100% sRGB标准,估计可能只有50% sRGB。第2个问题,是否等色差,我们看上图最后两行,敏锐的读者可以看到,相对色彩模型sRGB而言,色貌模型CIE LAB的等色差更符合人眼。但这个技术上实现很繁琐。在色彩空间的编制规范上,不可能采用CIELAB作为底层,否则显示器没法制造了。

显示器好不好,只要看是否接近于“标准可视色彩空间”,比如sRGB、AdobeRGB、Display P3、以及各路HDR标准,越接近越好。
stevenkoh 编辑于 2026-01-14 14:18
[17 楼] stevenkoh [泡菜]
1-7 14:39
花冠摄影者 发表于 2025-12-16 05:21
PetaPixel的评论者选择的2025年最佳和最差的照相机和镜头帖子日期:2025年12月15日
PetaPixel上刊登了该杂志评论员所选的今年最佳和最差的照相机&镜头的报道...


有了前面一贴。我们怎么解读上面年度最佳、最差相机里面的表格和图标是怎么来的。很少人关心具体的测试流程,我简单找了一个测试视频,这里面有直观的测试方法视频,很容易理解。



这里面最关键的就是信噪比怎么测试。道理也不复杂,测试信源是标准测试卡,数据已知,正对着拍,和结果不一样就是噪点了。把这些测试结果一顿倒腾,就是上图的测试结果图表。然后大家对着结果,一顿“高感”,“低感”,“数毛”....的评论,器材党一顿评头论足,好不热闹。但是否有人真正懂呢?这个不重要。如果后期有AI降噪,那么信噪比怎么测试呢?当初华为手机进入DXO就遇到这个问题。所以,只有了解这个测试流程,才能知道这个测试结果的意义。

在测试环节,拍摄对象、拍摄场景都是实验条件固定的。所以,我们能对比测试“①输入设备动态范围(相机)”,这个对应胶片相机就是胶卷的“动态范围”,比如柯达、富士、乐凯胶卷的动态范围。但问题是,我们实际拍摄并不是拍摄对象和条件固定的,实际拍摄和测试不一样,那么动态范围是否一样?

答案也是如此:相机动态范围,不等于RAW动态范围

简单说,RAW动态范围 = 具体摄影场景 X 相机动态范围 X 曝光补偿 / ISO 。

而选择曝光补偿和ISO,不仅仅是一个客观的测光,而且也是主观的一个经验累积,和人相关。所以,存在这样的情况:

1.同样的摄影场景,同样的摄影器材,不同的人拍摄,得到的胶片潜影(数码RAW)动态范围不同;
2.同样的摄影场景,不同的摄影器材,不同的人拍摄,较差相机动态范围得到的胶片潜影(数码RAW)动态范围可能更好。

由于以上第1点的存在,因此以上第2点也是是完全成立的。哪怕在胶片时代就是如此,下面是例子。胶片时代,人家就向右曝光,然后扫描后期拉回曝光。胶片时代,潜影直接显示就是下图中间白花花的样子(大家说太阳拍不出的样子),但实际呢?
 
 
今天拍摄RAW,其实原理一样。那么,怎样做到用动态范围较差的机器,获得较高的动态范围。这个数学原理就是楼主首帖提到的“RAW灰阶均匀的分布”,但问题是相机厂家不提供实时的RAW直方图灰阶分布。消费者学了点直方图皮毛,非常害怕溢出,因此灰阶分布压缩在RAW 14bit 的极小范围。
 
上例我们看到,所谓晴朗的天空,实际灰阶分布在0-4000,而4000-16000都浪费了。在RAW动态范围我们看到,就拥挤在0-4000,灰阶利用率不足25%。这就是距离楼主想要的均匀分布差得很远。基于物理和数学,我们想要的理想RAW动态分布是:

.灰阶尽量铺满亮部;
.灰烬的最右侧不要出现溢出。

这两个要求是矛盾的。这需要拍摄时候,协调ISO/曝光补偿。才能做到,这需要拍摄者自己的选择,对相机提需求。而现实中,大部分拍摄者是ISO拉得低,亮部害怕一丁点的溢出,这是常态。而如果要铺满亮部,那么RAW的成像就是白花花的。
 
 

要改变这样的操作习惯,还是需要理解“动态范围”,理解灰阶,理解直方图。如果不理解,不敢直视这种白花花的RAW。那么,首要理解的,我觉得就是对于动态范围,相机动态范围和显示器动态范围一样,其实没必要过渡关注。因为JPG出片的动态范围,和显示器器材的动态范围,没有直接关系。同样道理,相机动态范围和RAW动态范围也没有直接关系

①输入设备相机动态范围;
②拍摄素材RAW动态范围;
③拍摄结果JPG动态范围;
④显示设备显示器动态范围。

以上这四个动态范围,按照前贴的理解,中间没有直接关系。而且第④个显示设备显示器动态范围可以忽略,因为这是静态标准,不存在动态范围之说。所谓,动态范围,只有①动态范围、②RAW动态范围、③JPG动态范围。

那么怎么从高质量的②RAW动态范围,后期得到高质量的③JPG动态范围,参考林老师的文章,安全的调色流程。这里只需要理解,这四种动态范围,要么同级比较,要么别比较,切不可混淆。大多数的不理解,由于不懂精确释意,不能从数学理解区别,只能从文字理解。无法从码农CPU角度去理解曝光,那么就简单化理解,上面的四种动态范围,不要混淆。

那么怎么获得更大的初始更大的RAW动态范围呢?道理很简单,就是向右曝光。就是楼主所说的,14bit的高区,8000-16000要有RAW数据分布,这就是后期宽容度较大的素材,尽管看上去白花花的样子。电视塔的RAW数据,就没有做到这点,需要人为的增加曝光补偿,加2/3档EV。

因为这个和器材没关系。也就是①相机动态范围,和②RAW动态范围不直接相关,是两回事。那么,什么才是RAW动态范围呢?其实就是本次摄影,在CCD/CMOS容阱内的原生物理光子数量,这个数量不能太小,也就是蓝色的水(光子)不能太少。对于普通用户来说,没必要去理解什么DB、SNR、PSNR、ENL、SSIM这种专业词汇释意,大部分人也不懂。只需要知道,动态范围,到底是以上四种动态范围的哪一种,这才是最关键的。

所谓的RAW动态范围,就是类似于下面的水池。水量不要过量,只要不过界(溢出)越满越好。有的时候,为了满一些,少量过界其实没关系。满一些,能铺满RAW灰阶。



很多人说这个没有意义,其实大家低估了“宽容度”的含义。在连拍的时候,快门速度是限定的。此时ISO自动,曝光补偿加档,增加光通量,在抓鸟,体育摄影等极限拍摄的时候,拥有更多的入水,增加光通量是一切画质的基础。

摄影曝光永远是一个取舍的,光通量一定有限的。增加光通量,能获得更短的摄影时间,更防抖,连拍噪点更低,这都是拍摄宽容度更大的体现。
stevenkoh 编辑于 2026-01-07 14:57
[16 楼] stevenkoh [泡菜]
1-6 23:27
iZaZaD 发表于 2019-07-08 21:32
拿一个实际的传感器的参数来说说吧:
比如这个传感器,最大满阱容量102ke- ,读出噪声3e- ,可以算出来它的动态范围DR=20log(102000/3 ) =90.6dB   =15.1EV  ,那么14位的采样,怎么线性的表示这个传感器所能感应...
比如这个传感器,最大满阱容量102ke- ,读出噪声3e- ,可以算出来它的动态范围DR=20log(102000/3 ) =90.6dB   =15.1EV  ,那么14位的采样,怎么线性的表示这个传感器所能感应的光线强度范围呢? 我只能想到,光电转换是非线性的。。还有别的思路不?

动态范围,其实一定要把释意讲清楚,否则很难理解。RAW动态范围、ISO、曝光、log是一条线的蚂蚱,但可以说大部分人的理解无法成体系,尽管罗列一堆专业名字,但是明眼人一看就知道问题出在哪里。举个例子,下面的照片,很多人都说第3张看得舒服。
 
实物拍摄,纸质输出画质对比
 
但这里有个缺陷,我们无法现场实物观看三者的关系。我们看的对比,实际是您自己显示的场景,但每个显示器都不一样。不过,这个不影响“动态范围”的解释。这个话怎么解释,就是数码冲印以后,还是用相机拍摄“数码冲印的纸质照片”和“喷墨打印的纸质照片”,数码冲印的纸质照片占了便宜。而实际观看,并非如此。这个很冤枉的,也就是实物捧在手里对比,这种层次感和经过拍照后在您显示器上的显示对比,不一样。这个理解有些绕,但事实如此。

今天的互联网,关于数码摄影的“动态范围”解释有些乱。而DXO只发布测试,但怎么理解这个测试,其实绝大部分人的都是不懂的,也是理解错误的。但这个没法争论,因为不知道自己不知道。我只能说几点,还是用具象化“色彩空间”的例子解释。把sRGB、AdobeRGB、Display P3具象化成一台显示器。比如sRGB显示器之间的差异,并不是输出的问题。这是显示器厂家的问题,如果符合100% sRGB,那么显示器都一样。这里就刨去动态范围的输出问题。因为原理上,如果两台显示器都是 100% sRGB,那么两台显示器的动态范围一样!这点非常关键的一点,论坛上是无人提及的。

这就是我要科普的关键:什么是动态范围,怎么解释,怎么理解?!实际上,有四种动态范围:

①输入设备动态范围;
②潜影动态范围(RAW);
③显影动态范围(JPG);
④输出设备动态范围。

大家之所以争论激烈,但争论不出一个所以然,原因在于这四种动态范围混淆了。没有同级比较,所以鸡同鸭讲,关公战秦琼。我这里举一些实例。

一.  ①输入设备④输出设备的动态范围;
 
 
左侧是IMAX放映机,右侧是IMAX摄录机。右侧就是“输入设备”,这里我先挑容易的“④输出设备的动态范围”。

“输出”分为纸质和显示器,但原理一样。纸制品的纸张原色等同于显示器光源,显示器的滤色片或者荧光粉等同于打印墨水或者印刷油墨。对于投影来说,光源和幕布等同于纸张,就是白色。其他的几种构成了颜色,都是颜料等份涂满或者滤色片全部阻隔就是黑色。CRT显示器不发射电子束就是黑色。所以,纸制品就没有所谓“动态范围”,黑白包含在“色彩管理”内。而视频就强调动态范围。目前的HDR都有各种标准,输出型的动态范围就是各种标准。比如sRGB、AdobeRGB、hdr10/10+、HLG、HDR PQ、HDR PQ、BT2100...等等,还有IMAX标准,总之各类杂七杂八的的,其道理和sRGB一样,假如显示器符合某个标准。那么就是100%这个标准。
 
 
所以,讨论“输出设备的动态范围”,没有意义。就像这台艺卓CS2410显示器。我们不去测试这台显示器的动态范围,没啥好测的。根据sRGB我们可以计算动态范围,sRGB怎么定义,动态标准是已知的。所以,输出设备的动态范围在标准指定后就是固定的,只有达标或者不达标,达标了已知,不达标没啥可说的,不达标还有啥可说的?!我们讲的都是“输入设备的动态标准”,比如照相机和摄录机。对照上面的IMAX播放机和摄录机,我们感兴趣的是拍摄输入设备的“动态范围”。DXO测试的都是“色彩输入设备”的动态范围。

二. ③显影动态范围(JPG)
 
  
有的照片看上去的栩栩如生,跃然纸上。那么我们可以说,这种照片的动态范围是很大的。我和大部分人的理解不同,上面两张照片,我觉得前面一张的动态范围很大。而后一张,动态范围欠缺。但有的人认为后者“动态范围大”。这就是怎么解释“动态范围”的问题。

这里我先不展开,只是说明。不管你怎么理解“动态范围”,上面两张照片同属于“输出照片的动态范围”(JPG动态范围,显影动态范围)。这个动态范围到底是大,还是小,我们另谈。但要确定的是,『这个此动态范围,不同于彼动态范围』,上面照片是同一类动态范围。和上面IMAX摄录机和放映机的动态范围,是两个概念,切不可混淆。这点非常关键,切记!

那么,这里我们知道。显示设备的“动态范围”,其实没啥意义。因为sRGB或者HDR这类规范固定了,其实显示设备也固定动态范围。但是,照片是不一样的。同一张的照片的动态范围不一样。但我们对比照片的动态范围有一个固定的标准,就是直方图。下面就是从直方图看动态标准,那么动态范围到底是高,还是低。通过直方图讨论。
 
  

三. ②潜影动态范围(RAW)

  
“②潜影动态范围(RAW)”和“③显影动态范围(JPG)”类似,也是通过直方图体现。但可惜的时候,截至目前为止。我们只能通过RAWDigger软件自己分析,有些专业人士可以通过Matlab自己读取 RAW 分析数据。但大部分人无法直到RAW动态范围。不过这个不太重要,我们只需要记住一点,上面的两个RAW直方图,右侧的沙滩动态范围高于左侧的电视塔。

没有RAW直方图,没关系。只需要记住几个关键概念。这对理解动态范围非常重要。
 

 
四.结论

1. 以上四种动态范围,切不可混淆。今天最大的问题是混淆了,那就不是同级比较,是无意义的。比如相机动态范围和显示器比较,毫无意义。
2. 相机动态范围(DXO测试)不等于 RAW动态范围。因为相机测试 ISO 都是固定的。RAW动态范围取决于ISO和曝光补偿。“宁欠毋曝”的,压缩了相机的动态范围,浪费了机器。用DXO测试高动态范围的相机,拍出了低动态范围的RAW文件。
3. RAW动态范围和JPG动态范围不一样。通过Lightroom/ACR来协调。是两个不同的概念的动态范围。举个例子,RAW的动态范围固定,而ACR套用不同DCP的动态范围就不同,ACR是否打开HDR动态范围也不同。
4. 输出设备显示器,无所谓动态范围。

必须了解上面的概念,才能知道动态范围,尤其是相机动态范围和RAW动态范围的区别。
[15 楼] stevenkoh [泡菜]
1-6 00:24
skyshui 发表于 2016-09-10 20:28
那4096的话不是应该灰度级数越小吗。朋友用的是什么软件啊,对Matlab熟悉不,有问题请教。

这个和Matlab关系不大的。关键在于释意理解。这里的4096,是RAW数据。
 
  
如果没有刻意的“向右曝光”,一般都占比很小。像图中的照片,其实曝光的幅度很小。只有刻意的向右曝光,才能铺满色阶。
 
   
但实际的显示向右曝光的样子,大部分无法接受。尽管在ACR里都可以无损还原细节。这里关键是“输入设备”和“输出设备”的区别。4096是RAW,属于输入设备,这和输出设备的色阶是完全不同的概念。就像java咖啡和java编程语言一样。

RAW底层数据的“灰阶并不是线性均匀的分布”,这个没关系,因为处理RAW数据首先会进行归一化处理,然后通过CCM映射到CIE XYZ,然后再到输出色彩空间的色阶(Gamma)。matlab仅仅用来分析RAW数据,起到的是RAWDigger的同等作用。这是相机内部处理RAW的流程,也是ACR的处理流程。

当然RAW铺满色阶更好,但需要向右曝光,这样才能增加动态范围。因为曝光补偿的EV增加的光通量,能增加灰阶。这里面还有ISO的关系。

[14 楼] Xaster [泡菜]
16-9-11 15:25
skyshui 发表于 2016-9-11 15:11
我贴张我的,ev0在2048,你看色阶掉的很明显。

应该是你的图是固件更新后的,我的图是更新前的,所以会有这差异。
你说有测试说A7R2的0EV灰阶分布更密集,应该是基于固件更新前的RAW测试的,0EV在4096的自然比0EV在2048的灰阶更加密集。
[13 楼] skyshui [泡菜]
16-9-11 15:11
Xaster 发表于 2016-09-11 07:03
我这里确实是4096。不是跨度大的问题,具体原因过于拉仇恨,这里就不说了,不然大法粉估计要喷死我。...

我贴张我的,ev0在2048,你看色阶掉的很明显。
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[12 楼] Xaster [泡菜]
16-9-11 15:03
skyshui 发表于 2016-9-11 14:55
这个很确定是2048,a7rii的raw有色阶丢失,每隔几个丢一个,估计这个是灰阶跨度大的原因。

我这里确实是4096。不是跨度大的问题,具体原因过于拉仇恨,这里就不说了,不然大法粉估计要喷死我。
[11 楼] skyshui [泡菜]
16-9-11 14:55
Xaster 发表于 2016-09-11 06:47
EV都是固定的,但是灰阶却不是,你要看的是0EV附近的灰阶分布,为啥我这里看到的是4096?分析是用EXCEL,可以自己整理数据,生成图...

这个很确定是2048,a7rii的raw有色阶丢失,每隔几个丢一个,估计这个是灰阶跨度大的原因。
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[10 楼] Xaster [泡菜]
16-9-11 14:47
skyshui 发表于 2016-9-10 23:25
ramdigger的ev单位是固定的,不会随ev增大而变小,而且a7rii测量出就是ev0为2048,Matlab读取很简单,但后面用什么函数分析我就不太懂了,希望能赐教。

EV都是固定的,但是灰阶却不是,你要看的是0EV附近的灰阶分布,为啥我这里看到的是4096?分析是用EXCEL,可以自己整理数据,生成图表
[9 楼] skyshui [泡菜]
16-9-10 23:25
Xaster 发表于 2016-09-10 15:04
相机的灰阶是越往亮部,过渡越细腻,我说的这些数据用RawDigger就可以得出了,Matlab分析,大家都是用的现成的算法,地址:htt...

ramdigger的ev单位是固定的,不会随ev增大而变小,而且a7rii测量出就是ev0为2048,Matlab读取很简单,但后面用什么函数分析我就不太懂了,希望能赐教。
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[8 楼] Xaster [泡菜]
16-9-10 23:04
skyshui 发表于 2016-9-10 20:28
那4096的话不是应该灰度级数越小吗。朋友用的是什么软件啊,对Matlab熟悉不,有问题请教。

相机的灰阶是越往亮部,过渡越细腻,我说的这些数据用RawDigger就可以得出了,Matlab分析,大家都是用的现成的算法,地址:http://blogs.mathworks.com/steve/2011/03/08/tips-for-reading-a-camera-raw-file-into-matlab/ 本帖最后由 Xaster 于 2016-9-10 23:08 编辑

[7 楼] skyshui [泡菜]
16-9-10 20:28
Xaster 发表于 2016-09-10 11:31
机器不同,0EV、叠加的暗场值、最大值,实际值,都各不相同。A7R2我非常确定是4096。...

那4096的话不是应该灰度级数越小吗。朋友用的是什么软件啊,对Matlab熟悉不,有问题请教。
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[6 楼] Xaster [泡菜]
16-9-10 19:31
skyshui 发表于 2016-9-10 06:27
应该都是在2048吧。

机器不同,0EV、叠加的暗场值、最大值,实际值,都各不相同。A7R2我非常确定是4096。
[5 楼] 散户也疯狂 [等待验证会员]
16-9-10 09:56
动态范围是宽容度吗?
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[4 楼] skyshui [泡菜]
16-9-10 06:27
Xaster 发表于 2016-09-09 19:00
A7R2 0EV在4096,D810在2048,这就是原因

应该都是在2048吧。
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[3 楼] Xaster [泡菜]
16-9-10 03:00
A7R2 0EV在4096,D810在2048,这就是原因
[2 楼] xuyt [陈年泡菜]
16-9-9 18:11
坐等行家来解答。