玩转RAW格式——基础篇（二）

一、人眼与传感器 

“假如在一杯咖啡里放了两勺糖而不是一勺糖，你并不会感觉甜了一倍；如果你把音量加大一倍，但并不会感觉音响加了一倍……”（引自B R U C E_F R A S E R，《R e a l_w o r l d_c a m e r a_r a w_w i t h_A d o b e_P h o t o s h o p_C s》）。对于我们的眼睛而言，当有原来的两倍光线进入我们的眼睛时，我们并不会感觉到比原来亮了一倍，而是觉得更亮了。人的眼睛能够对光线进行压缩，自动的适应各种不同环境下的光线，并对此环境下的颜色作出解释，也就是说人眼对光线的反应是非线性的。也籍于人眼的这种机能，使得当我们从一间黑暗无比的房子突然走出到一个晴天烈日下时，不至于令我们的眼睛着火（想象一下自己是否有过这样的经历，先是觉得非常耀眼，然后眼睛会慢慢适应）。而胶片也有类似于人眼的这种对光线的非线性的反应。但对传感器而言，可就缺乏了人眼的这种机能，它对光线的反应是线性的，只用线性方式去计算进入的光子数量。所以，对于数码摄影来说，很多东西都改变了，其中包括我们拍摄时的曝光。如果继续沿用胶片摄影的曝光方式的话，极可能导致两个巨大的危险：一是丢失大量的高光细节；二是暗部出现严重的燥点。并且对于相机的Bits（位深）是一种巨大的浪费。为什么会这样？那就让我们一起来了解一下关于传感器的线性Gamma。 

二、线性Gamma 

我们先来看两幅图： 

图1 

图2 

图1是直接作线性转换（Gamma 1.0）出16 bits/channel后的图；图2时经过Curve作Gamma校正后的结果。为什么会出现图1的情形呢？这是缘于Sensor只是记录到达其上的光子数量，然后根据其数量作了一个正比例变换（如f(x)=2x），将得到的数据进行Gamma编码。传感器的这种对光线的线性反映被称为Gamma1.0，而人眼对光线的非线性反映通常在Gamma2.0到3.0之间。目前的DSLR大多数位深只有12 Bits，专业机型可达到14 Bits。据说目前还没有真正的16 Bits的传感器。如下图3，我们以12 Bits的传感器为例： 

图3 

传感器采用12 Bits，即2^12=4096个levels来对采集到的数据进行编码。当有能够另到Sensor溢出的光亮进入时，这时该Sensor上的电荷之上升到第4096的level，也就是说第4096的level就表示光线刚好溢出；当进光量减少一半，即降低一档，这时另到Sensor上的电荷之上升到第4096的一半位置，即第2048的level处，因此第2048的level就表示比过曝-1档的光量。而在过曝-1档到过曝之间的光量就被记录在2049~4096之间（共有2^11=2048个不同的感应级别）；当光量再减低一档时，产生的电荷只达到第1024 level的水平，因此第1024 level就代表过曝-2档的光量，而介于过曝-2档与过曝-1档之间的光量就被记录在1024~2048之间（共有2^10=1024个不同的感应级别）……以此类推，不断的递减，过曝-6档的光量只用剩下的64个levels来记录。因此，假如对某张照片而言，过曝-3档是“正确”的曝光的话，那么整个图像中的大部分信息都被记录在512~1024的levels中，阴影区的信息记录在0~512之间，高光和过曝的信息记录在1024~4096之间。（到这里先喘口气，消化完了再接着下去） 

接下来分两种情形： 

1）16 bits/channel的输出。由于16 bits/channel每个通道有65536个亮度层次，而PS基于不知名的原因只使用0~32768共32769个亮度层次来处理16 bits/channel的图像。但这也关系不大。由于DSLR只有12 Bits的位深，即只有4096个亮度级别，因此Raw数据如果不经Gamma校正（或线性转换）直出的话，那么正如下面的动画所示那样，所有数据被搬到0（黑）~65536（白），并对齐0起点。因此直方图中大量的数据集中在前1/3处。这就是Sensor所看到的样子（图1）。而图2时经过Gamma校正后适合我们观看的“正常”的样子。 

图4 

2）8 bits/channel的输出。由于8 bits/channel每个通道只有256个亮度层次，因此将4096个levels数出成256个levels的时候，必然要将4096个亮度级别进行压缩（2^12-->2^8）。所以在这过程中造成的是几何级数的信息损失。并且，由于数据被压缩后，能够充满整个0~255的区间，所以只转8 bits/channel的图像不会像转16 bits/channel世出现那么暗的现象，看起来是“正常的”。 

图5 

三、不要被LCD欺骗了你的眼睛 

按照前面的说法，为何我们在DSLR上的LCD看到的图案却不会偏暗，而且直方图也很正常呢？ 

图6 

其实我们所看到的直方图是经过了加工的，也就是说源直方图真实的样子就像图1那样。可如果用家看到图像是那个样子的话，谁还敢用呢？因此，在图像被显示到LCD之前，绝大部分的DSLR先对原数据进行Curve变换（会不会有些用Linear Profile，我不知道）后，将其“正常化”后显示出来。（所以拍JPG免不了要遭遇这一过程以及以上2）的一劫）。因此，把ISO设置成100，拍出来的结果可能相当于使用ISO 125时的结果。花些时间好好地把原来的“ISO 100”，这绝对是有必要的。 

四、对曝光的指导意义 

人的眼睛对高光区层次的敏感度要远低于暗部层次的敏感度。而如前所述，Sensor由于其线性感应，使用了大量的levels（Bits）来纪录高光区段的细节层次。这就是为什么国外的摄影师会提出一句话叫“Expose to the Right”,语意双关，Right既指正确，也指右边。就是数码摄影里要尽量向右曝光，让直方图中的右边部分获得尽可能多的信息。如果曝光不足的话，原本应该被记录在中间王有的高光区信息被压缩到了中间往左的区间纪录，levels少了，层次当然少了；而暗部信息由于本身levels少，再加上曝光不足，加上记录到的信息更少，因此不可避免的产生大量噪点。而为什么之前“基础篇（一）”里说到在Camera Raw中的Exposure宁减勿加（？？不要弄混了喔！）假设一张正常曝光的图像，其直方图两端边界均有少量数据到达边缘，即图像中的极高光和极阴暗区。如果这时令Exposure加得过分的话，含丰富levels的高光信息必然向右溢出（丢失），而levels极少的暗部区必须要往右边levels多的区域拉，这当中必然要凭空捏造一些颜色出来，因此噪点增加。不过，具体问题、具体分析。假如一张图真是欠曝得厉害的话，还是得适当的增加Exposure及调整Contrast来补救了！ 

基础篇到此收笔了，相信这两篇文章如果都看懂的话，已经足以应付各种Raw Converter的各项调整了，基本上都是大同小异的。在此也感谢试试DX从旁指点解惑，也感谢各位阅读本文，希望能从中有所收益！