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不得不承认,胶片曾经带给我们许多美妙的回忆,它们独具魅力的成像效果让众多摄影师印象深刻。但是数码影像技术的进步才能更好地满足人们对影像记录、分享的需求——不仅更容易,还能更好、更智能、更个性化。HDR功能的应用可以很好地诠释这一切,它扩展的不仅是照片的动态范围。更拓展了人们获取更美照片的视野。
现在,胶片的神话已逐渐离我们远去,我们不必再用数码相机去与之对比。但是我们有必要弄明白:如今数码相机在动态范围方面的表现究竟如何,通过哪些方式可以实现HDR效果?
曝光宽容度与哪些因素相关?
我们部知道,数码相机CCD/CMOS以像素点感光,并转化成数字信号而成像。现在的数码相机大都拥有千万以上像素,感光的区域或者对象越亮,对应的像素点收集的光量就会越多。每个像素点接收到的光量各不相同,从而形成不连续的值,再转化成不同数字信号。没有吸收光和吸收光至满载的像素值分别显示为“0”和“255”,即代表纯黑色和纯白色。
当然,像素点接受光量不是无限制的。如果超过了满载量·光就会溢出,就会影响到周围的像素也成像为同样的颜色。也就是说,画面的细节受到了损伤,就容易导致高光部位的信息缺失。如果为了防止高光溢出而减少曝光量,很多用来描述暗部细节的像素点就没能吸收到足够的光量,从而导致暗部细节的缺失。
从这个角度,我们不难理解为什么采用大画幅成像器件的数码单反、无反光镜相机拥有更大的曝光宽容度。因为在相差不大的有效像素之下,大画幅成像器件的像素点之间的距离更大,更多的像素不会被很快“填满”,而表现暗部细节的像素就能够在高光部位的像素点“满载”之前吸收到更多的光,从而令画面细节更加丰富。
与胶片不同的是,数码相机成像是个复杂的过程,除了上面描述的感光过程之外,它还需要A/D模数转换器将光信号转换成数字信号,拥有高动态范围的照片每个颜色通道需要比传统图像更多的数据位。厂商在宣传时,几乎没有介绍消费类数码相机的模数转换位数,只有在大画幅相机的规格里面才会提到。当然,这需要与数码相机的数据处理速度进行平衡。随着数字技术的日益进步,今年发布的中高端数码单反相机几乎都采用了14bit A/D模数转换器,一些入门级产品也能在采用RAW格式的情况下进行14bit数模转换,从而实现高分辨率和色彩清晰的高质量画质。
在转换成数字信号之后,数码相机还有一个数据处理、输出照片的过程,采用什么格式也会影响到照片的动态范围。当我们采用JPEG格式拍摄照片时,数码相机的图像处理器会以明暗差别强烈的色调曲线记录图像信息。在这个过程中,处理器常常会省去一部分RAW数据上的暗部细节和亮部细节。而使用RAW格式拍摄,图像则能保持感光元件的动态范围,并且允许用户在后期以一条合适的色调曲线压缩动态范围和色调范围,使照片输出到显示器或被打印出来后,获得适当的动态范围。这也是为什么专业摄影师都喜欢采用RAW格式拍摄照片的重要原因。
相对而言,现在采用APS—C以上大画幅的相机在曝光宽容度上接近甚至超过负片,自然也超越反转片。当然,正如我们在引言中解释动态范围的概念一样,曝光宽容度是个范围,它容许数码相机在曝光的时候存在一定的偏差。针对拍摄主体,按照“高光不溢出、暗部不丢失”为标准,在过曝1.5EV及欠曝-3EV的范围之内(与准确曝光相比),一般都能通过后期调整为正常曝光。
SuperCCD“硬”解法
在2003年的前很长一段时间内,数码相机的曝光宽容度都是胶片相机用户诟病的对象。对于当时的数码相机来说,这几乎是一个难以解决的问题。但富士模仿负片推展色彩范围的技术原理,推出SuperCCD SR,首次让高动态范围和宽容度第一次成为热门话题。SuperCCDSR的突出特点是将原来单一的每个感光点分为一大一小两个,较大的感光元件具有超高的敏感性和较窄的动态范围,较小的感光元件则相反,具有较低的敏感性,在拍摄时将两部分进行叠加,从而获得更大动态范围,±1EV都可以拍摄出细节丰富的照片。
虽然SuperCCD SR有效像素本身不高,还需要通过插值提升分辨率,最低感光度始终不能达到同级相机的最低水平,在图像的细腻度上略打了些折扣,但数码相机在此方面的努力显然获得了认可。随后富士也再接再厉,推出SuperCCD SRⅡ,将S和R两个像素点完全分开,但成像时同样以两部分叠加,单反相机的感光度可以降低到ISO100,这使FinePix S3 pro在实现400%动态范围的基础上,能获得更出色的成像品质。
在扩展数码影像动态范围方面,富士并未满足于SuperCCD SR所带来在成就,并在2008年发布SuperCCD EXR图像感应器。通过全新的色彩滤镜排列方式、像素合并方式以及全新改进的电荷累积控制方式——特别是后者,它通过“双重控制曝光”技术,将像素分作两个通道同时工作,一组负责较长时间的电荷积累(同色相邻的色彩滤镜拍摄方式也能很好地解决高光溢出的问题),另一组负责较短时间的电荷现,最后合并以实现大动态范围。毫无疑问,SuperCCD EXR已经超越了前几代SuperCCD SR在此方面的表现。
这种直接从硬件上解决动态范围的方式的确值得称道,但量产却始终不能满足全行业的应用,我们只能在富士的产品上看到SuperCCD的身影。但众多摄影爱好者显然希望富士不要将SuperCCD EXR技术仅仅局限在小DC上——或许还没有具体的规格的富士无反光镜相机X100值得期待。据悉它将采用新型的SuperCMOS EXR·取消低通滤镜和微透镜,改成类似胶片成像技术的多层透明膜,使色彩范围和曝光宽容度在现有水准上大大提升,彻底用硬件上解决我们正在探讨的问题。
数字算法弥补缺憾
我们都知道,数码相机成像的过程就是数字化处理的过程,即便富士相机有硬件支撑,但可扩展的动态范围依然在100%～400%的范围之内,归根结底还是数字算法的结果。不过,对于没有硬件支持的数码相机,就只能学习Photoshop这类图像处理软件的“招数”了,这其实是数码影像处理的拿手好戏。
影像拍摄的最终目的就是为供人们欣赏,数码相机通过不断运用各种技术进行修正、调整——动态范围优化,就是为了能够在很大程度上“欺骗”大众用户的眼光,在画面上更多地还原如人眼所见景象。数码相机厂商已在这方面达成共识,在尼康应用D-Lighting功能之后,纷纷在中低端数码单反相机上进行配置——佳能的高光色调优先、宾得的D-Range、索尼的DRO动态范围优化、奥林巴斯的自动灰阶、松下的智能曝光等,最新的无 反光镜相机自然也统统跟上了潮流。
从某种意义上来说,这些直接在相机内对拍摄照片“提升”曝光宽容度的技术,只是为众多不喜欢后期处理的“懒人”设计的,方便用户直接出片。事实上,这种动态范围优化都比较“节制”,即略微降低对比度,提升中间调和暗部层次。它们得益于照片本身具备较好的动态范围,这点“变化”其实就在它的可调范围之内。对于真正的摄影师来说,我们并不建议在拍摄中后用它们,除非不打算在后期对照片进行处理。
动态合成才是王道
毫无疑问,目前大多数数码相机采用的都是“虚拟”的动态范围优化功能。但对于“创意无穷”的数字技术应用来说,实现HDR并非没有解决之道。正是看准了用户对此的需求,宾得仿效实现HDR效果的传统方法——通过后期对包围曝光的同样拍摄对象合成为一张照片,使画面的明暗细节均能得到最大程度的保留,为K-7配置了HDR功能。在该功能下,相机会以包围曝光方式连拍3张照片,并在相机内自动合成一张照片,从而实现HDR效果。
不过,让HDR功能应用深入人心的最大功臣却是索尼。它在K-7面世后不久推出了α550,通过高速连拍功能,迅速拍摄3张照片并很快合成,让用户直接手持相机得到HDR照片,利用设定的3.0EV可获得更宽广的动态范围。在今年上半年,索尼Cyber-shot HX5C首次引入了“背光校正HDR”功能。虽然只有两张照片合成,但在小DC上的尝试却相当成功。随后,索尼将它在自己的所有采用背照式CMOS的数码相机上进行推广。在2010年秋季新品中,索尼NEX5C、α55、α580等又一次提升了HDR功能的应用范围,以高速连拍6张梯级曝光的照片进行合成,最高可扩展动态范围达6.0EV,整整提升了一倍!如果用户希望控制HDR效果,相机在自动模式之外,还有从1EV到6EV的多项动态范围可选择,然后直接拍摄即可。
HDR功能应用的成功让更多品牌意识到其前途,现在佳能也在其PowerShot S95和PowerShot G12上配置该功能,新推出的宾得K-5、K-r则继续保留,理光自C×2之后的同系列产品均有相关功能搭载,但它们在具体应用时,用户依然只能在三脚架上操控相机,手持拍摄得到的照片基本上都有重影出现。
这种直接在数码相机上实现HDR功能的方式虽然在效果上还不能满足所有人的胃口,但是它简单,让每个人都能轻松拍摄获得,而且可以保证成像品质。即便用户需要后期处理,大动态范围也可带来更大的处理空间,从而更好地保证画面效果。在一定程度上,这也是获得高画质的一种方式。不过,因为是连拍多张照片合成,启用HDR功能后,画面中并不适合有走动的行人、奔驰的汽车这类动态物体,否则可能使合成的效果出现错位等不够完美的问题。
现在,胶片的神话已逐渐离我们远去,我们不必再用数码相机去与之对比。但是我们有必要弄明白:如今数码相机在动态范围方面的表现究竟如何,通过哪些方式可以实现HDR效果?
曝光宽容度与哪些因素相关?
我们部知道,数码相机CCD/CMOS以像素点感光,并转化成数字信号而成像。现在的数码相机大都拥有千万以上像素,感光的区域或者对象越亮,对应的像素点收集的光量就会越多。每个像素点接收到的光量各不相同,从而形成不连续的值,再转化成不同数字信号。没有吸收光和吸收光至满载的像素值分别显示为“0”和“255”,即代表纯黑色和纯白色。
当然,像素点接受光量不是无限制的。如果超过了满载量·光就会溢出,就会影响到周围的像素也成像为同样的颜色。也就是说,画面的细节受到了损伤,就容易导致高光部位的信息缺失。如果为了防止高光溢出而减少曝光量,很多用来描述暗部细节的像素点就没能吸收到足够的光量,从而导致暗部细节的缺失。
从这个角度,我们不难理解为什么采用大画幅成像器件的数码单反、无反光镜相机拥有更大的曝光宽容度。因为在相差不大的有效像素之下,大画幅成像器件的像素点之间的距离更大,更多的像素不会被很快“填满”,而表现暗部细节的像素就能够在高光部位的像素点“满载”之前吸收到更多的光,从而令画面细节更加丰富。
与胶片不同的是,数码相机成像是个复杂的过程,除了上面描述的感光过程之外,它还需要A/D模数转换器将光信号转换成数字信号,拥有高动态范围的照片每个颜色通道需要比传统图像更多的数据位。厂商在宣传时,几乎没有介绍消费类数码相机的模数转换位数,只有在大画幅相机的规格里面才会提到。当然,这需要与数码相机的数据处理速度进行平衡。随着数字技术的日益进步,今年发布的中高端数码单反相机几乎都采用了14bit A/D模数转换器,一些入门级产品也能在采用RAW格式的情况下进行14bit数模转换,从而实现高分辨率和色彩清晰的高质量画质。
在转换成数字信号之后,数码相机还有一个数据处理、输出照片的过程,采用什么格式也会影响到照片的动态范围。当我们采用JPEG格式拍摄照片时,数码相机的图像处理器会以明暗差别强烈的色调曲线记录图像信息。在这个过程中,处理器常常会省去一部分RAW数据上的暗部细节和亮部细节。而使用RAW格式拍摄,图像则能保持感光元件的动态范围,并且允许用户在后期以一条合适的色调曲线压缩动态范围和色调范围,使照片输出到显示器或被打印出来后,获得适当的动态范围。这也是为什么专业摄影师都喜欢采用RAW格式拍摄照片的重要原因。
相对而言,现在采用APS—C以上大画幅的相机在曝光宽容度上接近甚至超过负片,自然也超越反转片。当然,正如我们在引言中解释动态范围的概念一样,曝光宽容度是个范围,它容许数码相机在曝光的时候存在一定的偏差。针对拍摄主体,按照“高光不溢出、暗部不丢失”为标准,在过曝1.5EV及欠曝-3EV的范围之内(与准确曝光相比),一般都能通过后期调整为正常曝光。
SuperCCD“硬”解法
在2003年的前很长一段时间内,数码相机的曝光宽容度都是胶片相机用户诟病的对象。对于当时的数码相机来说,这几乎是一个难以解决的问题。但富士模仿负片推展色彩范围的技术原理,推出SuperCCD SR,首次让高动态范围和宽容度第一次成为热门话题。SuperCCDSR的突出特点是将原来单一的每个感光点分为一大一小两个,较大的感光元件具有超高的敏感性和较窄的动态范围,较小的感光元件则相反,具有较低的敏感性,在拍摄时将两部分进行叠加,从而获得更大动态范围,±1EV都可以拍摄出细节丰富的照片。
虽然SuperCCD SR有效像素本身不高,还需要通过插值提升分辨率,最低感光度始终不能达到同级相机的最低水平,在图像的细腻度上略打了些折扣,但数码相机在此方面的努力显然获得了认可。随后富士也再接再厉,推出SuperCCD SRⅡ,将S和R两个像素点完全分开,但成像时同样以两部分叠加,单反相机的感光度可以降低到ISO100,这使FinePix S3 pro在实现400%动态范围的基础上,能获得更出色的成像品质。
在扩展数码影像动态范围方面,富士并未满足于SuperCCD SR所带来在成就,并在2008年发布SuperCCD EXR图像感应器。通过全新的色彩滤镜排列方式、像素合并方式以及全新改进的电荷累积控制方式——特别是后者,它通过“双重控制曝光”技术,将像素分作两个通道同时工作,一组负责较长时间的电荷积累(同色相邻的色彩滤镜拍摄方式也能很好地解决高光溢出的问题),另一组负责较短时间的电荷现,最后合并以实现大动态范围。毫无疑问,SuperCCD EXR已经超越了前几代SuperCCD SR在此方面的表现。
这种直接从硬件上解决动态范围的方式的确值得称道,但量产却始终不能满足全行业的应用,我们只能在富士的产品上看到SuperCCD的身影。但众多摄影爱好者显然希望富士不要将SuperCCD EXR技术仅仅局限在小DC上——或许还没有具体的规格的富士无反光镜相机X100值得期待。据悉它将采用新型的SuperCMOS EXR·取消低通滤镜和微透镜,改成类似胶片成像技术的多层透明膜,使色彩范围和曝光宽容度在现有水准上大大提升,彻底用硬件上解决我们正在探讨的问题。
数字算法弥补缺憾
我们都知道,数码相机成像的过程就是数字化处理的过程,即便富士相机有硬件支撑,但可扩展的动态范围依然在100%～400%的范围之内,归根结底还是数字算法的结果。不过,对于没有硬件支持的数码相机,就只能学习Photoshop这类图像处理软件的“招数”了,这其实是数码影像处理的拿手好戏。
影像拍摄的最终目的就是为供人们欣赏,数码相机通过不断运用各种技术进行修正、调整——动态范围优化,就是为了能够在很大程度上“欺骗”大众用户的眼光,在画面上更多地还原如人眼所见景象。数码相机厂商已在这方面达成共识,在尼康应用D-Lighting功能之后,纷纷在中低端数码单反相机上进行配置——佳能的高光色调优先、宾得的D-Range、索尼的DRO动态范围优化、奥林巴斯的自动灰阶、松下的智能曝光等,最新的无 反光镜相机自然也统统跟上了潮流。
从某种意义上来说,这些直接在相机内对拍摄照片“提升”曝光宽容度的技术,只是为众多不喜欢后期处理的“懒人”设计的,方便用户直接出片。事实上,这种动态范围优化都比较“节制”,即略微降低对比度,提升中间调和暗部层次。它们得益于照片本身具备较好的动态范围,这点“变化”其实就在它的可调范围之内。对于真正的摄影师来说,我们并不建议在拍摄中后用它们,除非不打算在后期对照片进行处理。
动态合成才是王道
毫无疑问,目前大多数数码相机采用的都是“虚拟”的动态范围优化功能。但对于“创意无穷”的数字技术应用来说,实现HDR并非没有解决之道。正是看准了用户对此的需求,宾得仿效实现HDR效果的传统方法——通过后期对包围曝光的同样拍摄对象合成为一张照片,使画面的明暗细节均能得到最大程度的保留,为K-7配置了HDR功能。在该功能下,相机会以包围曝光方式连拍3张照片,并在相机内自动合成一张照片,从而实现HDR效果。
不过,让HDR功能应用深入人心的最大功臣却是索尼。它在K-7面世后不久推出了α550,通过高速连拍功能,迅速拍摄3张照片并很快合成,让用户直接手持相机得到HDR照片,利用设定的3.0EV可获得更宽广的动态范围。在今年上半年,索尼Cyber-shot HX5C首次引入了“背光校正HDR”功能。虽然只有两张照片合成,但在小DC上的尝试却相当成功。随后,索尼将它在自己的所有采用背照式CMOS的数码相机上进行推广。在2010年秋季新品中,索尼NEX5C、α55、α580等又一次提升了HDR功能的应用范围,以高速连拍6张梯级曝光的照片进行合成,最高可扩展动态范围达6.0EV,整整提升了一倍!如果用户希望控制HDR效果,相机在自动模式之外,还有从1EV到6EV的多项动态范围可选择,然后直接拍摄即可。
HDR功能应用的成功让更多品牌意识到其前途,现在佳能也在其PowerShot S95和PowerShot G12上配置该功能,新推出的宾得K-5、K-r则继续保留,理光自C×2之后的同系列产品均有相关功能搭载,但它们在具体应用时,用户依然只能在三脚架上操控相机,手持拍摄得到的照片基本上都有重影出现。
这种直接在数码相机上实现HDR功能的方式虽然在效果上还不能满足所有人的胃口,但是它简单,让每个人都能轻松拍摄获得,而且可以保证成像品质。即便用户需要后期处理,大动态范围也可带来更大的处理空间,从而更好地保证画面效果。在一定程度上,这也是获得高画质的一种方式。不过,因为是连拍多张照片合成,启用HDR功能后,画面中并不适合有走动的行人、奔驰的汽车这类动态物体,否则可能使合成的效果出现错位等不够完美的问题。