向右曝光（Expose (to the) Right）

“向右曝光”原文發表在luminous-landscape，這是其中文翻譯版。＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝向右曝光（Expose (to the) Right）http://www.luminous-landscape.com/tutorials/expose-right.shtmlExpose (to the) Right, Maximizing S/N Ratio in Digital Photography向右曝光/正確曝光，改善數碼攝影的信噪比Michael Reichmann在2003年7月冰島會議上，我有幸和Thomas Knoll（大名鼎鼎，Adobe Photoshop和Camera RAW的主要作者）就數碼攝相的信噪比問題進行了探討。在冰島3,000多公裏驅車旅途中，我們的話題涉及了大量數字圖像處理等問題。Thomas談到了一個我以前從來都沒有想過的問題，而此問題一旦觸及立即令我大有感悟。關於動態範圍首先，為討論方便起見讓我們將數碼單反相機的動態範圍對應成光圈5檔包圍（實際上應該是近6檔，但沒有必要在這裏計較太多），5檔之外就超出相機的動態範圍了：不是曝光不足（暗部沒有細節和層次）就是曝光過度（亮部沒有細節和層次），這也許就是為什麽很多軟件將直方圖分成5個區域的原因之一吧。通常我們所處理的RAW實際上是12位圖像（不錯，理論上應該是16位的，但現在所有數碼單反都是在現實16位空間裏使用12位RAW記錄數據——總歸好於JPG的 8位）。12位RAW能夠反映出4096（2的12次方）離散亮度值。這也許會讓人聯想到，如果用相當於5檔光圈的動態範圍去覆蓋這個4096級亮度，那麽每檔覆蓋850=4096/5，事實如此嗎？永遠要記住“一半”在這裏也是有效的（2的N次方），數碼單反的動態範圍相當於5檔光圈，其中第1檔（最亮的部分）覆蓋了2048級色調——為什麽會這樣？這是因為數碼單反的CCD或CMOS記錄的信號是線性的，而相當於5檔光圈動態範圍的每1檔較其上檔都會將光線減半，同時將剩餘的一半留給了下檔。下表給出更為詳細的說明：第1檔覆蓋（最亮） 2048級第2檔覆蓋（亮） 1024級第3檔覆蓋（中調） 512級第4檔覆蓋（暗） 256級第5檔覆蓋（最暗） 128級這張表說明了很多問題，其中最重要也是我們最常犯的一個錯誤就是，如果我們不好好利用直方圖最右邊那個區域（通常我們看到的直方圖都被分為5個區），實際上我們就白白浪費了手中昂貴的數碼單反幾近一半的動態範圍！當然，我們都知道（至少應該知道）數碼攝像最最忌諱的就是曝光過度——亮度超出了動態範圍，玩負片的都有這樣的經驗。如果曝光過度，也就是說照片的亮度超出了直方圖最右側，那麽我們隻能對這張照片說bye-bye了。講了半天，簡單歸納一下：數碼和膠片最大不同之處在於，數碼單反應該盡可能充分利用直方圖中最亮的那一檔，因為它覆蓋了4096亮度級的一半2048，而在通常直方圖上我們看到的這一檔，隻占整個直方圖的五分之一。從直方圖的角度來看，數碼單反需要向右曝光，而普通膠片通常要求曝光居中。方法普通曝光直方圖中央分布 向右曝光最大化信噪比通過前麵的分析我們不難理解“向右曝光”的含義了：盡可能使直方圖向右分布，但同時又要保證不能曝光過度（過飽合）。從操作層麵看這點其實很容易做到，大多數相機LCD屏在檢查圖像時，都會閃爍標誌照片過曝的部位。如果出現過曝則略調一下相機的快門或光圈（看哪個更重要了）再來一張，直到曝光過度提示消失為止。（個人來看這種辦法可行但最好還是通過經驗積累而一次成功，因為有些瞬間可能一輩子就那麽一次。同時注意的是，雖然RAW工具都可以進行數碼曝光補償亮度調整之類的，但這種補償是有限度的：不可能將曝光過度的部分細節再移回來：RAW直接記錄了CCD或CMOS上的信息，可是如果CCD或CMOS因為曝光過度沒有記錄下細節，後期RAW處理也是回天無術了）。“向右曝光”得到RAW照片肯定會讓人感覺“太亮”了。不過沒有關係：使用RAW處理軟件的亮度（數碼曝光）和對比度調整，調整直方圖分布（居中）並使照片看上去“正常”就行了。操作很簡單也很容易理解，但蘊含著很複雜的圖像處理知識：這種變換首先最大化了照片信噪比，其次弱化了照片暗部可能因多色分調處理所引起的不平滑問題以及可能存在的噪點。“向右曝光”一定是針對16/12位RAW的。與某些人所想像不同的是，數碼單反在記錄RAW時是不做任何非線性變換的，所有非線性變換都是從RAW轉換器開始發生的（也就是我們所使用的RAW軟件）。所以，“向右曝光”僅對RAW有效：使用RAW格式拍攝並注意“向右曝光”，按上述辦法在RAW轉換器中手動調整照片、最後再向Photoshop輸出。通過簡單的三步曲，數碼單反的帶寬得到了最優利用——又一個使用RAW的理由。“向右曝光”另一大好處是可以降低ISO值。從操作層麵看“向右曝光”實際上應該是在正常測光的基礎上再開大光圈或者放慢快門速度，或者就是光圈快門不變的情況下使用較低的ISO，三者是等效的。對於手持拍攝、拍攝移動物體或較暗光線條件下拍攝，往往需要在ISO、快門速度和光圈大小三者之間需要做出艱難選擇，而“向右曝光”能夠有效改善信噪比並減少暗部噪點，因而還是值得的。以上討論大量涉及到直方圖的概念，關於直方圖的基礎以及應用技巧，可參考Michael Reichmann另一個教程“理解直方圖”。試驗“向右曝光”也許並不常用，因為這項技術需要在拍攝過程中投入大量精力並且花大量時間對RAW進行後期處理。但在某些情況下確實需要改善信噪比並充分利用數碼單反的動態範圍，這項技術就顯得特別有效了——沒有必要懷疑，隻要自己試試就行了。平常的夏日、蘭天、白雲和綠草，使用三角架以正常測光條件先拍攝一張，看看直方圖。現在，+1EV（過曝）再來一張（+1EV隻是一個參考，注意不要將最亮部分比如雲真的過曝了）。多試幾次，原則上是沒有過曝閃爍的前提條件下直方圖盡可能向右分布。先將“正常曝光”的那張在RAW轉換器中進行常規處理並輸出至Photoshop；然後將“向右曝光”的那張在RAW轉換器中進行同樣操作也輸出至 Photoshop，由於是“向右曝光”，所以除常規操作之外在RAW轉換器中別忘記修正Gamma、亮度和對比度，使之呈正態分布。現在讓我們來對比兩張在Photoshop裏的效果，仔細對比暗部的噪點和多色分調形成的不連續過渡。能不能看出區別？如果沒有區別，那麽還是沿襲原來的拍攝風格吧！如果發現了區別，那麽你就算是掌握這項技術了——今後一定會受益無窮。提示：還可以使用高ISO值在夜間做一次對比測試，理論上高ISO形成的噪點比較多，所以個人認為便於發現差別。更進一步的想法本文發表後在本論壇和網上引起了廣泛反響，其中有一個很重要的話題是：除了期待中的Fuji S2 Pro，現在幾乎所有DSLR隻能顯示亮度直方圖，而無法分離通道顯示。這意味著R、G或B某個或某幾個通道已經過曝了，但亮度直方圖卻沒有閃爍顯示。關於這個問題，Thomas Knoll是這麽看的：確實有時某（幾）個通道過曝是個問題，但僅在這點上使用RAW拍攝還是優於JPG，因為在RAW中我們所關注的是相機本身色彩空間中的過曝問題，而非工作 RGB色彩空間（RAW轉換器經過色調調整後才將原始RAW變換到工作色彩空間）。sRGB甚至Adobe RGB會將相機原始色彩空間中的不少顏色裁掉。最理想的解決方案是相機廠商能夠按相機色彩空間通道給出過曝顯示閃爍，而不是現在這麽簡單的亮度閃爍。這也是為什麽Camera Raw給出的是不同通道直方圖的疊加，而不是簡單的亮度直方圖的原因。從實際操作角度而言，這並不是什麽大問題，因為實際場景中最亮的部分總是以最接近自然的狀態被還原（比如雲）。如果還是擔心過曝的話，就使用曝光包圍然後從中選出最理想的就行了。數碼大師Lan Lyons對此技術也做了一些評論，深入闡述了數碼攝影和傳統膠片的不同：通常，最理想的曝光方式正如Michael所描述的那樣：盡可能使直方圖向右分布但又一定不能過曝。這種曝光方式利用更多的亮度級別幫助我們確保亮部細節不被丟失；同時越是向右曝光就留下了越多的亮度級來表現暗部細節。很多人為了保護高光部分細節而故意對整張照片做欠曝處理而造成暗部發黑，問題是隨後如何恢複這些暗部細節呢？最暗的部分隻有128位亮度級的表現力，所以調整曲線打開暗部不可避免要造成多色分調了。傳統膠片時間的一些觀念或概念在數碼攝影中必須得到改進，曝光就是一個最明顯的例子。CCD/CMOS不是膠片，它們對明亮和深暗的表現力與膠片也完全不同。膠片對暗部和亮部的表現都是比較平穩的而細膩的；而CCD/CMOS就不同了（正如Thomas所言），我們經常會發現某個通道過飽和了（原因歸結為 CCD/CMOS是線性的），Canon D30就存在這樣的問題，而當前版本的Adobe Camera Raw也無法修複存在這類問題的圖像。Thomas很清楚我的觀點，就如我一樣很了解他是怎麽想的一樣。也許大家會提出：要是能對RAW做線性變換就好了！確實如此，因為我們現在所使用的RAW變換肯定是沒有辦法滿足不同需要的。我相信RAW變換工具肯定會越做越好，不過也要奉勸心急的玩家在更好的RAW出現之前最好還是對“向右曝光”技術多多加以關注，因為RAW本身已經並將存在一段時間，與其簡單放棄不如對其加以充分利用。要知道：盡管我們目前還無法將亮部過曝還原，但在將來我們一定還會有辦法的；但對於暗部的細節和層次，我們卻一點辦法也沒有了。在以下鏈接我們可以看到，即使當前的RAW變換警告過曝我們仍然可以在亮部恢複很多信息。現在看來這個鏈接所介紹的恢複技術有點多餘，不過還是能夠幫助我們更好地理解為什麽說亮部同樣也包含很多層次和細節以及“向右曝光”技術。http://www.computer-darkroom.com/d30-profiling/d30_profile.htm有些人認為數碼圖像和膠片的性質是一樣的，這可是大謬特誤了。Bruce Lindbloom有關於此做過如下解釋，也許能夠幫助我們更好理解“向右曝光”的技術含義：傳統膠片對最明亮部分的壓縮符合D/log E曲線的肩部，所以膠片能夠很有層次地表現越來越亮的部分且其過渡也很平穩，膠片對亮度的反應是越明亮壓縮得越是厲害，直至最終發生過飽和。重要的是，在過飽和之前對亮部的壓縮是漸變的。DSLR所用的固態傳感器極其不同，光線投射到傳感器上引起的信號變化要麽遞增要麽遞減（取決於傳感器技術），其表現在過飽和之前始終是線性的，一旦發生過飽和那麽一切都嘎然而止了，在這個臨界點上傳感器一點都不會像膠片那樣能夠發生漸進變化。由於存在個點區別，使用18%灰卡測光（傳統膠片正是這麽做的）在數碼相機上就不適用了。對於數碼攝影，應該根據取景框中“最白的”白設置曝光，使之盡可能靠近但不要超過相機動態範圍的最右側（8位相當於255，16位相當於65535）才有望取得最佳效果。請記住：使用18%灰卡曝光膠片，“向右曝光” 操作我們的數碼相機。