動態範圍和曝光寬容度 (上)

影相佬
Aug 9, 2021

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攝影圈很多人在討論動態範圍曝光寬容度,雖然不同網站上有時會把兩個概念交互使用,但在嚴謹的意義上還是有不同的。這可能跟翻譯有點關係,畢竟從字面意義或從解釋出發,不同的方法翻譯過來,字詞的解釋有時看似也能互通。當然動態範圍或寬容度在不同的領域也有使用,除了攝影還有工程、音響等都會使用到。我們這裏主要是攝影上所使用的動態範圍和曝光寬容度出發。

**如果不想深究為何兩者有差異,只想了解有何用處的,可以直接去下篇

動態範圍,我們先由最簡單的定義看:

Dynamic range is the ratio between the largest and smallest values that a certain quantity can assume.And measured as a ratio or logarithmic value of the difference between the smallest and largest signal values (動態範圍是最大和最小值 之間的對數比值)

對這句話的理解我見過有以下幾種解說。

第一,有人很直觀的就會當成最黑和最光的差距可以有多少。但這顯然是很簡陋的。因為這完全沒有解釋到在高光與暗位之間所發生的事。而且會把動態範圍看成一個固定的範圍,無助於理解及利用動態範圍。

另一種觀點是"動態範圍=寬容度"。這是基於現在相機的寬容度很高,就能把光位拉低以及暗位推高,從而使消失的細節重現,因而認為動態範圍即是指相機可容納的錯誤有多少,這樣看待便會跟寬容度都很相似。普通用家使用的感覺上是很相似的。所以這樣理解,對如果不是攝影愛好者或想深入研究的人,不正確但也可以原諒。因為的而且確,大部分場合下光源(用家心目中需要的)的變化沒有這麼複雜。對於一般用家,現在的相機是絕對足夠補償的。

但這也只是說明了高動態範圍可以出現的好處,而不是動態範圍究竟是什麼。而且亦令兩樣東西更加令人混淆了。你可以看到大部分相機都會說自己的動態範圍在11級至14級之間,如果等同寬容道是不是就表示我們幾乎不用考慮曝光了?因為這樣幾乎情況下,我們都能把光暗的位置調整得完美。但如果你實際操作,會發現這是不可能的。這是因為把動態範圍的解釋,其中兩個很重要的關鍵忽略了:場景亮度(LV, Light value)和ISO

所以所謂動態範圍是感光元件在一個場景中最多所能同時捕捉到的光線強度範圍。你或者會看過以下這種圖片,解釋動態範圍高低的差別:

動態範圍比較圖

看到的是動態範圍小的感光元件,它對不同光暗的辨別度很低,而且在處理接近光的兩端極容易便會形成死黑或死白,欠缺層次,相反高的動態範圍則更能清晰表達不同光暗之間的細微差別。現在再看以下這張更簡化圖片:

寬容度比較圖

很多地方便會如此解釋寬容度和動態範圍的關係:"動態範圍相當於尺子的長度,而寬容度相當於尺子有多少刻度",亦即動態範圍大的感光元件可調節得較精細或者可以橫跨的幅度較大,容錯率亦較高。但是如果有上圖的一個情況呢,在同一個情境下,我們想把光暗值為A的點,推光到B點,在這一個簡單的情境下,單從B點這點光暗度來看,兩者寬容度是一樣的,但是不是兩個感光元件所得出的表現都一樣呢?答案是“不一定”。

這是為什麼呢?因為寬容度是一個比較抽象或主觀的概念,與動態範圍的精準量度不同。寬容度更加是在表達,究竟這個光暗程度在調節後,最終所產生的結果是不是一個“可以使用或接受”的範圍。包括噪點、顏色飽和度等等。這對於不同的人或在不同的風格的相片上又有不同接受程度。而且一張相片不是看單一點的表現。以剛才的例子為例,B點的而且確可能在兩個感光元件上表現一樣但是所謂寬容度較高的那一個光元件他所表現出的抗噪點能力未必是一樣的,同時在畫面的其他部分它可展現更多暗位或光位的細節。這就導致兩個感光元件所得出整體結果不一樣。那我們要如何評論哪一個較好,有較高寬容度呢?

就以上這張相片,你很難判斷出究竟是哪一個感光元件所拍攝的,尤其是經過後製,你不能看出究竟有多少動態範圍的細節收到犧牲。而且兩個感光元件的表現在這種情況下未必有很大差別。

左:動態範圍小 | 右:動態範圍大

但若以這兩張照片的對比,你便會感到左邊是流失了多少細節。尤其是在最黑和最白的地方,就算經過後製也不一定能夠重新帶回來。因為接近的明暗度被感光元件當為同一亮(暗)度處理了。但是你不能說暗的地方不能把它變成較光的灰色,同時調節後所帶來的噪點雜訊是否你所需要的效果呢?我又假設黑色的地方經後製後變亮後也不會有雜訊等瑕疵,甚至把它調到為很亮,我能說他有超過五級甚至十級的寬容度嗎?這顯然是不能接受的。

場景亮度和ISO

這就要帶出我們剛才所說的場景亮度和ISO。如果現實生活像剛才的黑白格的例子這樣簡單,我當然可以把寬容度和動態範圍當作相同的東西處理也不會遇到多大問題,但現實中往往是充斥著很多複雜的場景,不去了解所使用的感光元件,而強行把動態範圍理解為有多少級數的寬容度可供後期調節,是一種過失。是把原本可以調節回來的細節犧牲或降低其質量。同時也容易錯判,認為一張raw檔即可以把所有細節保留,而沒有使用多張不同曝光設定來提高後期處理成高動態範圍照片的質量。

好像有點長了,暫時先談到這裏吧!下次再接着解釋場景亮度、ISO等關係。 (下集傳送門)

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