舞乙hime主题曲:摄影记者探讨数码摄影的曝光宽容度

摄影记者探讨数码摄影的曝光宽容度

近 年来，随着数码成像技术的快速发展，数码相机等数码成像器材的成本急速下降，促使以前高高在上的摄影艺术变成了一种大众娱乐形式，从而也使爱好风光摄影的 人群愈渐庞大。但是，在使用数码相机的拍摄工作中，摄影人却经常遇上那些阳光灿烂、蓝天白云、光比很大的美丽风光而无法对其整体画面准确曝光，从而无奈地 错过记录美好时光的情况，而造成这种现象的主要原因就是本文需要讨论和解决的数码摄影的高宽容度问题。

一   宽容度概念及应用意义

在 传统胶片摄影和现代数码摄影领域中，“宽容度”通常也称为“曝光宽容度”或者“动态范围”。它主要是指感光材料，也就是摄影胶片、照片和数码影像能够真 实、准确记录下景物亮度反差的最大范围。所谓“真实、准确”是指在同一幅胶片、照片和数码影像中能够同时记录、表现出同一场景最亮的高光区域和最黑的暗部区域的影像纹理的状况。

进入数码摄影时代后，“感光材料”除了胶片和相纸外，增加了CCD、CMOS电 子图像传感器，拓展了，“感光材料”的范围，增加了“感光器件”的概念。所以，现在我们通俗简单地讲“宽容度”，也就是指感光材料或者感光器件对存在明、 暗反差的光线的曝光宽容程度。当相机既能让明亮的光照区域曝光正确，同时又能让很暗的光照区域也曝光正确时，我们就称此相机或者此感光材料、感光器件的宽 容度较大。

由 于“宽容度”概念衡量的是一种感光材料或者感光器件正确记录景物场景亮度反差范围的能力。所以，在实际的判别衡量工作中，一般采用景物场景中最亮与最暗的 区域的明暗差别倍数来表示“宽容度”的大小。比如，在《美国纽约摄影学院摄影教材》一书中所称，人眼能够接收的最强与最暗光线的光比差值是50000倍；柯达公司的Tri-X 黑白胶片能够记录的最强与最暗光线的光比差值是500倍；而柯达公司的Plus-X 黑白胶片能够记录的最强光线大约只是最暗光线的125倍^[1](P.186)。这些数据，就是对“宽容度”的具体量化表述。

在 摄影工作中，使用“宽容度”大的感光材料或者感光器件的意义，是在明、暗反差很大的大光比拍摄条件下，摄影者也能够比较容易地获得较为正确的景物曝光，从 而能够拍摄和表现影像纹理层次丰富、反差较大的场景对象，而且，在拍摄曝光不是十分精确的情况下也有可能得到相对满意的照片。而使用“宽容度”较小的感光 材料或者感光器件时，如果再加上有时用光或测光不当，就有可能出现暗部曝光正确，而明亮的高光区域却“过曝”而形成一片“死白”的现象，从而丢失很多明亮 区域的细节纹理；反之，如果只照顾到照片亮部的正确曝光，又可能会使照片暗部曝光不足而出现一片“死黑”的情况，从而使暗部主体的许多细节都淹没在黑暗之 中，最终可能得到影像纹理层次都较差的场景照片。

因此，在数码摄影工作中，所用的照相设备、感光材料、感光器件以及制作材料和制作工艺的“宽容度”越大，对于最终照片质量的提升和控制好处就越大，获得优秀照片的可能性也就越大，也就能够准确记录下那些大光比的美丽风景。

二  当前数码摄影的宽容度问题与解决办法

目前，数码摄影与传统胶片摄影相比较，具有很多的优点，但是，也存在高感光度及长时间曝光产生“噪点”和前述的不能很好记录大光比场景的“宽容度”不足问题。因此，“宽容度”成了摄影人长期诟病和争论的问题。

为了探索产生此问题的原因，我们通过观察同样是采用CCD或CMOS电子成像器件的广播级数码摄像机拍摄的电视视频连续图像，感觉CCD和CMOS的“宽容度”应该是与胶片效果相当的。可是，为什么在实际的大光比数码摄影工作中会出现宽容度不及胶片的问题呢？我们认为，使用广播级数码摄像机能拍摄出高宽容度的电视画面效果，应该与其采用三片独立的、大尺寸CCD或CMOS电子成像器件、精密的“数字采样”和“数模转换”技术有直接关系。

反观数码相机，由于体积和制造成本的原因，却不可能同时安装三片独立式的、大尺寸的CCD或CMOS电 子成像器件，也不可能采用太高的工作电压。这样一来，数码相机内光电转换器件的高电平“门限电压”就不可能很高，因而，过亮光线所产生的光照电压则将被 “门限电压”所“截止”不用，从而限制了高亮信号的取样采集能力，也就限制了高光区域的感光能力；同理，由于电子开关电路工作时存在一个“开启电压”，这 种“开启电压”不可能为零值，所以，过弱光线产生的很小的场景信号电压值根本达不到“开启电压”所需值，从而也就限制了暗部区域的感光能力。因此，这种非 线性变化的，通过“开启”和“截止”方式处理的感光信号的有无状况就应该是产生“死白”和“死黑”现象的根本原因。

其次，应该是数码相机内较低成本的“前置信号放大电路”的放大能力不够，以至于不能放大微弱的感光信号，当然也就不能采集到微弱的感光信号，因而，发生相关暗部场景区域纹理细节丢失现象也就不足为奇。

从上述分析可见，过亮和过暗的信息都不能正确记录和处理，当然“宽容度”也就不会太高。因此，要从根本上解决目前数码摄影的宽容度问题，主要应从数码相机的硬件着手，即改进数据采集、信号放大和软件处理系统；采用14位、16位甚至更高转换精度的“数模转换”技术；发展大尺寸的CCD或CMOS电子成像器件才是根本办法。

但是，针对目前还未解决数码相机硬件根本问题的状况，要解决存在的宽容度问题，我们认为只有采用一种多年以前就已经提出的“高动态范围”图像处理技术才能解决当前所面临的实际问题。

这种“高动态范围”（High Dynamic Range）处理技术^[2]，简称HDR技术，也称“高宽容度”处理技术，这种技术可以将那些不能很好地在同一场景画面中，同时记录下最亮影调和最暗影调的情况，分解成多张不同亮度曝光值的照片分别记录，然后，再在“High Dynamic Range”软件中，将它们“合并”在一起，最终实现可以在同一幅场景照片画面中，以尽可能高的宽容度展现场景高光区域和暗部区域的完美影像纹理层次的效果，以解决“宽容度”不足的问题。

因此，采用这种HDR合成技术的优势，就是我们可以得到一张无论在阴影部分还是高光部分都有比较完美的细节表现的照片，从而充分拓展数码照片宽容度，解决大光比场景的曝光问题。

三   数码摄影高宽容度化处理的基础

由于HDR技术是将同一场景的多张不同曝光值的照片进行“合成”处理，所以，在做HDR“合成”处理解决“宽容度”不足问题之前，需要准备多张同一场景的不同曝光值的原始照片。

而获取这类多级曝光原始数码照片的方法又可以分为“前期包围曝光”和“后期曝光分离”两种方法，而每一种方法又有其不同的工作方式和应用特点。

1．前期包围曝光法

“前期包围曝光”主要是指在拍摄现场，采用不同的曝光组合级数，对同一场景对象按照不同亮度曝光值完成多张分段曝光照片拍摄的工作方式。

具体拍摄时，既可以采用照相机的自动控制方式，也可以采用手动控制方式。但是，不管采用哪种方式，要想获得高质量的HDR合成照片，一只稳固的照相三脚架是必须的，虽然，在一些HDR软件中提供了处理“抖动和移动”现象的“对齐”功能，但是，为了获得高质量的照片，还是避免产生“抖动和移动”问题为好。

若采用自动控制方式进行“包围曝光”拍摄工作，首先要求所用的数码相机具有“包围曝光”的模式。此模式的工作方式是：当快门按下时，相机将采用连续或者单张方式拍摄多张不同曝光组合的照片。

因此，在采用“自动包围曝光”法拍摄之前，需要在数码相机中设置好包围曝光拍摄参数。目前，数码相机大多支持“欠曝、正常、过曝” 三张照片的自动包围曝光方式，每张照片的曝光差值可以根据需要进行调控。但是，要想获取高宽容度化的数码照片，我们建议将包围曝光参数差值设置为最大为好，比如，每档曝光相差2级或3级为好，如果3级曝光参数差值都不能满足要求，则只有选用手动控制工作方式。

采用手动控制方式时，则不需要设置自动包围曝光拍摄参数，只需要架好三脚架，固定好照相机，预先设置好ISO参数，取景构图，然后再对不同亮度区域进行测光，并分别记录下不同亮度区域的正确曝光参数值，确定好要拍摄的照片张数，以及每张照片正确曝光的光圈、快门参数值，最后，手工分别设置每张照片的曝光参数，依次手控完成所有照片的拍摄工作。

需要注意，不论采用手动还是自动控制方式，我们建议采用“光圈优先”模式，以免所拍的分段曝光照片景深发生变化；另外，建议采用手动对焦方式以避免自动对焦产生误差；最后建议采用快门线方式启动快门，进一步减少抖动现象发生。

2．后期曝光分离法

“后期曝光分离”主要是指摄影师在现场工作时没有采用“前期包围曝光”法拍摄分段曝光照片的情况下，而利用后期加减曝光方法来获取分段曝光照片的技术。

这种方法是对没有采用“前期包围曝光”法的一种补充。采用“后期曝光分离”方法时，建议选用RAW文件格式拍摄照片，理由是RAW文件格式在后期处理时，其曝光参数的可调整范围较大，而且，还可以对其明暗对比、饱和度、锐度等等参数进行调整，以得到尽可能好的效果。

对RAW文件格式照片做“后期曝光分离”处理时，需要使用相关的RAW文件解码输出软件。这类软件包括Photoshop、Lightroom 、Capture NX、Digital Photo Professional、Capture one、SILKYPIX Pro、Bibble Pro、DxO Optics Pro等等。

不论采用哪一种RAW解码软件，基本工作流程都是先解码输出一张原始曝光的照片，然后再根据照片高光和暗部区域的影调细节需求进行加曝和减曝的包围曝光参数调节，并分别输出照片。

具体操作：一是根据照片画面暗部区域的具体情况，提高曝光值后输出保存所调整的结果照片；二是根据照片画面高光区域的具体情况，降低曝光值以加强高光区域的纹理层次效果，然后也将调整结果照片输出备用。这样，就可以获得与“前期包围曝光”相似的三张分段曝光照片供HDR合成使用。当然，在RAW解码软件中同样可以根据需要，调整输出三张以上的分段曝光照片，而且，还可以选择JPG或TIF图像格式满足不同的输出需求。

采用“后期曝光分离”方法的特点是后期可调参数较多，拍摄工作相对简单，只需要在现场拍摄一张以中等明度为曝光基准的照片即可；缺陷是照片的光比受到现场拍摄那一张基准照片宽容度的限制，特别是损失的高光细节可能无法找回，同时，也受到所用RAW解码软件的曝光可调参数范围的限制。另外，当我们提高原始照片的曝光值，使暗区亮度增加时，会将画面中的暗部“噪点”显示出来，这对于合成后的高宽容度照片质量会有影响。

由此可知，如果要想得到很高质量的、无“噪点”的、影像纹理层次很丰富的“高宽容度”合成照片，有条件时，应该尽量采用“前期包围曝光”加手动控制拍摄方法为好。

四  数码照片的高宽容度化处理方式

HDR高宽容度化合成处理方法是目前解决数码照片宽容度问题的基本途径，在准备好多级分段曝光原始数码照片的基础上，可以选用通用的或专业的HDR处理软件来完成最终的高宽容度数码照片的合成工作。这些软件包括Photoshop、Photomatix Pro、Dynamic Photo HDR、Artizen HDR、Lucis Art等多种。

1． Photoshop高宽容度合成处理

Photoshop属于一款通用的，具有高宽容度HDR合成处理功能的数码图像处理软件。该软件在其 “文件”菜单下的“自动”子菜单中提供了HDR合成工作窗口。

在这个工作窗口中，可以通过其“浏览”按钮，选取并导入前面处理完成的多级分段曝光照片文件来完成HDR合并工作。HDR合成处理完成后，还可以根据需要选择色彩通道的处理位数调控照片精度，其中的“位深度”值越大，照片的细节越多，反之则越少。

   使用Photoshop软件做高宽容度HDR合成工作比较简单方便，但是，由于目前Photoshop软件版本不支持由单张数码照片通过“后期曝光分离”技术获取的分段曝光照片，所以，在工作时必须采用“前期包围曝光法”获取原始多级分段曝光数码照片。

2． 高宽容度专业软件应用特点

在利用高宽容度数码图像技术做高宽容度化的处理工作中，采用专业的HDR软件，与采用通用的Photoshop高宽容度合成技术相比较，专业化的HDR软件功能更为强大和方便，对原始素材照片的限制也更少，比如，在Photoshop软件中不能处理的采用“后期曝光分离”技术获取的素材照片，在Photomatix Pro、Dynamic Photo HDR这些专业化的HDR软件中，都可以轻松方便的完成合成处理工作。

Photomatix Pro、Dynamic Photo HDR这类专业软件的工作特点，大都采用“生成HDR图像”和“色调映射”处理两步工作法，即先直接合成HDR基础图像，然后再进行色调映射调整处理输出最终照片。

而且，专业化的HDR软件提供了“色调映射”、“曝光合成”、“批处理HDR合 成”、“色调映射细节增强”、 “色调映射压缩” 、“高光和阴影区域自动融合”、“高光和阴影区域可调整融合”、“高光和阴影区域密度调整融合”等多种具体的图像合成处理方法，可以调控的参数比较多，效 果变化也大，至于选用哪一种方法，我们完全可以根据实际的合成效果来最后定夺。

使用专业化的HDR软件的特点是效率高、功能多、完成的高宽容度数码照片质量较高，风格多变，完全可以解决目前数码照片所面临的宽容度问题。

综上所述，对于数码相机本身技术原因所产生的宽容度问题，解决的根本办法是改进其硬件和软件技术，但是，在目前未能解决根本问题时，只有采用后期高宽容度化处理技术来解决所面临的具体问题。

作者简介：芶雁（1956-），男，成都大学美术学院副教授。

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