正確認識數碼影像的寬容度

　　數碼影像的寬容度大于膠片
　　攝影中的“寬容度”是一個擬人化的詞匯，它是指相機成像時對場景動態范圍的容納程度。如果相機既能表現場景中很亮的對象，又能表現場景中很暗的對象，那么我們就可以說這臺相機的寬容度很大。相機的寬容度，就是指它在一次拍攝中所能表現的場景的最大動態范圍。
　　與“寬容度”的概念相當，在數碼影像領域里，出現了“動態范圍” 的新概念。隨著技術的進步，越來越多的相機廠商非常強調這兩個概念，比如富士膠片的Super CCD系列產品就一直將“超寬動態范圍”作為產品的一大特色；大多數碼單反相機也都有“動態范圍優化”相關的圖像設置項。那么到底“動態范圍”與“寬容度”這兩個概念如何影響數碼影像的？
　　動態范圍（Dynamic Range），從字面上講，指一個物理量的最高值和最低值之間的范圍，是一個相對性概念，可以用差或比值來進行描述。在照相技術中，動態范圍則是指拍攝對象的亮度范圍，或對象中最暗點到最亮點的亮度跨度。動態范圍既然是一個范圍，那么就可以用比值或者差值來進行量化描述。曝光量每增加一倍或者減少一半，則被稱之為增、減1EV（Exposure Value，曝光級），測光表可以測量該區域的亮度表示為n EV。動態范圍則可以用場景里最高亮度與最低亮度區的EV之差來表述，比如“為了拍攝柔和的人像照片，我們可以為場景布光或者使用道具，控制其動態范圍在4EV之內”，就是指布光完成后，畫面里最亮（可能是白色衣物）與最暗（常常是頭發）區域的測光值不超過4EV或4級光圈。
　　相機寬容度大小如何影響圖像效果呢？我們來看一個例子（見圖1、2），對于云南虎跳峽的場景，我們模擬用寬容度不同的兩臺相機來拍攝：寬容度大，可以在拍攝到高光水面的層次細節的同時，也能拍攝到巖石暗部的紋理，畫面層次豐富；如果相機的寬容度很低，那么畫面中高光和較暗的部分都記錄不到層次，水面變成了全白，而巖石暗部則被全黑的區域吞沒。這就是所謂的“高光溢出”和“暗部缺失”，都是畫面層次不自然的表現。
　　上面只是我們為了演示效果而人為制作的模擬圖，實際上相機寬容度相差不會這么大。上面的圖像效果告訴我們：寬容度太小的相機拍攝的畫面不細膩，過渡生硬、層次缺乏。而寬容度大的相機，對于正常題材拍攝可得優質效果，而對于反差小的畫面，則顯得反差平淡、不夠鮮明。寬容度大的畫面有后期調整提高反差的空間。
　　圖3從測試結果來看，佳能EOS 5D MarkⅡ（一）、佳能EOS 50D（二）、反轉片（三）、和佳能Powershot G10（四）的寬容度分別為7.99EV（8級）、7.93EV（8級）、 4.52EV（接近5級）、 和 5.25EV （稍大于5級）。可以看出數碼相機的寬容度大于膠片，同時，大尺寸傳感器的數碼單反相機比消費型相機的寬容度也要大得多。此外，如果相機支持更高的采樣率，使用RAW文件在16位通道的工作空間下進行寬容度測試，數碼單反相機的成像寬容度可以超過10EV，甚至達到12EV，可能獲得更高的測試結果。
　　黑白膠片的寬容度約在1:128（7級）左右，彩色負片的寬容度約在1:64（6級）左右，彩色反轉片的寬容度僅為1:32（5級）左右，相紙的寬容度大約在1:30（5級）左右。數碼單反相機的寬容度約為1:1024～2048（10-12級）左右。
　　
　　高動態范圍影像（HDRI）
　　既然數碼相機的成像寬容度有限，而現實中很多場景的動態范圍又非常大，所以數碼照片中就會經常出現高光溢出或者暗部缺失的現象。在大動態范圍環境拍攝數碼照片時，我們往往需要增加曝光來保證暗部的層次，或者減少曝光來獲得高光處的細節，但總是顧此失彼。
　　為了BxtgsisWt//8k/iFIlpiRQ==改善這種狀況，人們發明了高動態影像（HDRI）拍攝方法。在膠片時代，人們常用減光鏡來降低部分畫面的亮度，從而讓相機“看”到的場景動態范圍減小。而在數碼影像時代，我們可以用多張不同曝光度的照片來合成，就方便得多了。只要拍攝如上多張不同曝光度的照片，然后取其中各自的亮部和暗部，就可以合成一張既有亮部細節、也有暗部層次的HDR影像了。
　　
　　數碼影像的暗部有令人驚異的層次
　　數碼影像與傳統影像相比較，有一個特別突出的優勢，那就是暗部層次大大優于膠片，通過大量的實拍檢驗，這一點毋庸置疑。有人不同意這種觀點，在各類刊物上也常有此類文章，這些文章對人們正確認識數碼不利，誤導了讀者。我們應該客觀科學地了解數碼的特點，這對于盡快掌握數碼技術、用足數碼優勢有很大好處。
　　前面已經涉及寬容度的問題，數碼的寬容度大于膠片，因此數碼影像在高光和暗部都有不俗的表現。特別是在暗部，層次非常豐富，我們應當格外關注暗部。
　　數碼影像在暗部的優秀素質表現，得益于數碼技術很好地解決了非線性問題。我們來分析一下人眼、膠片和數碼的線性和非線性的關系，理解非線性關系對分析層次表現非常有幫助。
　　先看人眼。人的眼睛對自然界明暗的觀察，長期以來形成了獨特強大的自動調節功能。用光照射某一個物體，我們借助光度測量，把光增加一二十倍，但人眼看去只是亮了一點，并沒有感到亮度增加了一二十倍。這就是人眼的非線性調節機能。如果眼睛沒有這個保護性功能，要么會被灼傷，要么會對光的變化不敏感。人眼的視神經對強光壓縮亮度，相反可以擴展暗部，對暗部的層次影紋非常敏感，能夠捕捉更多暗部信息。非線性雖然是數學概念，但是我們又一次看到了大腦智慧的能量。非線性研究與層次、寬容度擴展息息相關，攝影要努力得到、還原肉眼看到的影像，就必須達到人眼的非線性，這可能不易達到，但又是很多人的努力方向。
　　膠片在100多年的發展中，在非線性方面取得了很大的成就。在科研、制備技術、應用、包括后期沖洗的過程中，應該說膠片調整非線性的手段有限，只能夠有限地改變配方、修正曲線及正性材料和負性材料配合，盡量地做到保持暗部層次，保持非線性。膠片在手段有限的情況下能夠做到如此成就實屬不易。多年來我們已經非常習慣膠片攝影。大家喜歡用膠片的原因之一，就是膠片的非線性在高光時比較接近人眼，能夠傳達與人眼觀察相接近的效果。
　　再看數碼。數碼的感光是線性的，它與人眼有很大的差距。首先要明確，感光元件必須是線性的，它接受到光線后，一就是一，二就是二，必須真實記錄，單純從CCD材料上看，因為它沒有調節功能，光線增加一倍，它認為亮了一倍，信號的強度就增加了一倍。這就是線性，這種線性會造成一種什么情況呢？
　　圖4所示是一個12比特連續灰度級，它反映0～4096級能夠記錄的影調層次，從2048以上到4096基本就是純白，浪費了一半的明度級別。事實上肉眼所看到層次和我們所需要的影調中，最重要的記錄段是64～1024之間。其次是包括10～64暗部記錄影調部分。因為自然界的景物，絕大部分的層次都包含在10～1204之間。如果2048～4096這一段占了整個影紋層次一半的部分，則相機不能記錄這部分層次并形成浪費、白白占用了資源，非常可惜。我們不需要這么多的沒有記錄的“高光明度”，而暗部層次又不夠。這就是數碼感光元件的線性感光特點。如圖4所示。
　　感光元件的特性不可以改變，那數碼如何完成非線性呢？數碼影像的成像一方面是靠CCD和光學鏡頭，一方面靠影像生成器中的編程。把一個非線性運算公式加入到編程中，就可以輕松、精確地解決數碼線性特性的問題。如果再測量并模擬人眼的非線性數據，完全可把它做到與人眼接近。這樣，既保持了數碼線性的感光精度，又把它變成富有智慧的非線性。前面說過，人眼有優良的調整功能，事實上調整不是靠眼睛，而是靠大腦皮質層來承擔。這與數碼“大腦”——數字影像生成器承擔非線性運算的原理完全一致。
　　
　　數碼完成非線性很簡單，這是大家了解的對數運算，數據越大，壓縮越大；數據越小，擴展越大，對數1、2、3又能夠再度形成完美的直線坐標關系。數學形式的非線性解決方案無論在精度還是控制效果上，都會比膠片用調整配方和正、負性材料配合解決非線性的方法好的多，成本低，層次好，易控制，曲線平滑。數碼的非線性解決方案對提高數碼成像質量意義重大，在后面的內容中，我們會不斷看到和感受到它無可置疑的優勢如圖5所示。
　　圖6所示為數碼完成非線性的灰階及數據。數碼經過非線性調整以后，它的特性曲線和它拍攝的灰階是什么樣的呢？灰階面的灰度影調得到了很大的擴展和提升，而亮部影調進行了大幅的壓縮。現在我們看，從0～1024這一段，在10個級別里面它已經基本能夠占到9級，就是說真正全白的地方只占了一級，白色部分壓縮，而把暗部的地方擴展了。數碼經過非線性調整后，非常接近人眼的視覺習慣。那么數碼的非線性是不是做到完美了呢？從實際拍攝和實驗的結果來看，稍微曝光過度，數碼的高光壓縮導致有時高光層次損失。這也是數碼攝影為什么不能曝光過度的原因之一。
　　數碼在非線性的解決上獨辟蹊徑，可以說徹底解決了暗部影調擴展和層次連續的問題，結果是大大增加了寬容度，對于這一點，僅靠圖表似乎難以理解，我們可以通過下面的兩張照片來證實和認識數碼非線性的突破性優勢。
　　圖7為6×4.5反轉片拍攝的落日遠山，畫面中間影調部分層次很好，正確地記錄了遠山的層次。由于反轉片的反差高，寬容度窄，對高反差景物如果高光有記錄時，暗部往往超出反轉片的寬容度而缺少層次記錄，甚至沒有記錄。照片下面暗部的山峰和色彩肌理都淹沒在黑暗之中。后期制作無論怎么調整，都不能找到和再現層次。
　　圖8為在同一個地方、同一個時間，我用數碼相機拍攝的相同畫面，畫面中正確記錄了遠山的高光層次：中間影調部分與膠片一樣層次很好；由于數碼相機以低反差獲取影像，寬容度大，對高反差景物的高光有記錄時，暗部也同時記錄到豐富的層次和色彩信息，照片下面暗部的山峰和色彩肌理都得以完美和細膩的表現。
　　這兩張照片都進行了沒有任何限制的、充分運用所有手段的軟件調整，以最大限度地體現原圖的素質和層次。事實上，數碼照片的調整非常簡單，在RAW轉換解壓這一環節上的調整就已經基本達到要求。在排除了軟件調整不同的因素之外，我們看到的就是膠片和數碼影像原始采集的不同：在對暗部的表現上，數碼有明顯的優勢。暗部優勢可以在影像信息傳達、黑白照片制作、打印還原、印刷黑場擴展等方面獲得更多的余地。
　　
　　“又灰又軟”：專業數碼相機成像的特征
　　數碼影像的非線性做得好，寬容度大，這是好事，但是凡事都是有一利必有一弊，寬容度大帶來的不利就是畫面“又灰又軟”，反差低，色彩飽和度低。那么我們怎么認識和理解“又灰又軟”的數碼原片呢？
　　這要轉一個大彎子。
　　先簡單分析一下膠片的特性。膠片屬于一鏡定格的攝影方式，拍攝完成后，沖洗底片，再進入暗房制作照片，這個負－正工藝的過程要求底片必須達到反差明麗、層次豐富和色彩飽和等的要求，因為暗房再修正的余地很小，因此底片成像必須是一步到位。這是負－正工藝對底片高反差、高飽和度的要求。另外，為了滿足市場競爭的需求，膠片廠力圖把很多膠片制造成反差大、色彩飽和度高的“奪目”產品。廠家唯恐反差小、飽和度低被認為是“落后”，結果是近年來很多膠片的飽和度越來越高，而色彩真實、平衡度很好的膠片反而買不到。
　　高反差、高飽和度有什么不好呢？高反差必然過渡灰階層次少，比如極高反差時，只有黑白兩極，沒有中間層次。而高飽和度一定會帶來前期采集的色彩過渡缺失，造成近似的色彩沒有微妙過渡而成為一個單色色塊的危險。
　　圖9用這個曲線投影圖進一步說明，高飽和度和低飽和度的曲線斜率不同，曲線角度陡立，反差高。曲線角度相對平緩，反差低。把兩條反差曲線垂直投影下來，可以看出，高飽和度的投影寬度小于低飽和度，反差曲線的投影體現能夠記錄層次的密度范圍，此范圍大，則能夠記錄的層次多，寬容度大。反之則寬容度小。假如進一步提高飽和度，也就是加大單色反差曲線的斜率使之變得更陡，其投影就會更窄，于是層次減少。投影證明：數碼相機采取低飽和度獲取影像，是非常正確和精妙的選擇，在飽和度和層次之間選擇，肯定應該選擇后者，有了層次作為基礎，可以輕易加大飽和度，達到任何效果。有了層次，就有了調整的余地和條件。相反，如果沒有層次只有飽和度，那不叫攝影照片，簡直應該叫色紙剪貼畫。
　　再看數碼如何對待反差和飽和度問題。數碼技術的精英們認真分析了高低反差、飽和度的利弊，繞過170年追求高反差、高飽和度、高感光度“三高窄胡同”的約束，大膽獨辟蹊徑，在三低上嘗試突破，終于繞開了負－正工藝對底片的限制，創新出“三低原則”即低飽和度、低感光度、低飽和度獲取影像的方式，徹底走出了“三高”帶來的一系列弊病的困境。開創了一個嶄新的時代。通過幾年的實踐、反復實驗和思考，筆者終于悟出低飽和度的高明之處：低飽和度通過后期處理，能夠輕易達到艷麗，并且仍然最大限度地保留層次，絕不輸于膠片。但是，膠片高飽和度造成的層次缺失，是任何數碼高手都找不回來的。前者可以控制把握，而后者就只能望而興嘆沒招法。如果不理解數碼影像采集的革命性思路，刻意執著地非要在前期就拍攝出色彩鮮艷的照片，真是大錯了一步。幾年前我就感慨，數碼影像是對傳統攝影的革命和顛覆，僅“三高”問題的解決，就已經為我們拓展影像采集的手段開創了一片新天地。
　　圖10上圖為數碼相機拍攝的照片，下圖為反轉片拍攝的照片，在同一光線條件下拍攝，數碼原片的反差和飽和度都不如膠片。經過調整，粗看上去，與反轉片的色彩、反差基本一致，沒有什么區別，請注意圖中標記有白色圓圈的部位。
　　圖11為放大圖10的圓圈局部，看到除了數碼照片清晰度超過膠片（120反轉片）之外，“奉天倡義”四個字上面的陰影中，數碼照片中的石刻圖案紋理細節明顯多于膠片。反轉片不經過調整已經達到不錯的層次，這是人們看重的。而數碼不經過調整時則“又灰又軟”，不深刻理解數碼“三低原則”獲取影像的機理，肯定難以接受它，但是，當經過簡單調整，數碼一掃“又灰又軟”的狀態，出現了膠片所達不到的層次細節時，我們能否客觀認識單反數碼相機拍攝原片的真正實力，從而理解數碼的開發思路，把握特征，走出傳統的定勢呢？
　　那么，數碼相機為什么有高飽和度的設置呢？ 我們拍攝的對象題材非常廣泛，有些情況下要針對不飽和的畫面，就需要采用高飽和度設置。另外，某些照片并不需要后期制作，質量并不要求特別高，比如某些紀念照和工作場景，一步到位就行。這時直接選擇高飽和度、高反差拍攝，也是省時省力的好辦法。
　　某些相機沒有反差和飽和度設置，而以某種定制的模式來標識。下面是一些定制的模式與飽和度之間的大致的對應關系。
　　風景模式即高飽和度模式；普通模式屬于中飽和度；標準模式為中低飽和度；人像模式是淺灰區略微偏品紅的中飽和度；真實模式為中高飽和度；鮮艷模式為高飽和度；更鮮艷模式為最高飽和度；柔化模式屬低或中低飽和度。根據這些大致的對應關系，我們可以理解飽和度、反差和色彩層次有著矛盾和互相制約的關系，知道魚和熊掌不可兼得，從而依據題材和要求，靈活選用相應的模式。
　　照相機的色彩模式，只能提供一個基本的近似的“色彩樣式”，這個樣式并不能夠保證在相對應的條件下，一定能拍出最好的照片。即使對應，也存在景物與模式的差異。我們知道了模式的本意和基本技術特點，可以在實拍中靈活運用，比如在色彩飽和和光比大的風景拍攝中，如果用高飽和度的風景模式，則可能會造成“高光溢出，暗部欠層次”，而此時使用標準模式，情況則會大有改觀。而面對反差小、色彩灰暗的畫面，用風景模式則可能會恰到好處。這種靈活的運用方式可以有數不清的組合，至于怎么用，還是那句話：要實驗，通過用心的比對試驗可以獲得真正實用的經驗。