[090620] 彩色負片vs.數位單眼RAW檔

這篇文章是刊載在ASAHI Camera五月號上.
以實際拍攝結果. 來實驗彩色負片與現行數位單眼RAW檔的階調特性
簡單翻譯分享給大家
以作為參考

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副標題:

數位相機的階調再現性一直被認為"比底片狹窄". 這是誤解
使用寬容度(Latitude)高的彩色負片. 與數位RAW檔. 同時拍攝高反差的主體來比較


1.
數位攝影普及化至今大約十年. 這期間數位單眼的像素從3MP進步到24MP

但. "數位影像的動態範圍(dynamic range)狹窄. 所以在階調感上還無法與底片相比擬"
這種說法. 至今依然時常聽聞

真的是如此嗎?

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#2 090620-02


ps.圖片下的說明
第一頁: 非常暗的高架橋結構部份. 數位影像對於暗部的描寫性能壓倒性地勝過底片.
保留亮部同時也能重現暗部. Nikon D3. AFS 14-24/2.8. iso200. F5.6, 1/1000. RAW

第二頁: 沖洗放相時. 高架橋下的暗部階調盡可能地將其再現. 但是依然沒有留下細節
如果under曝光. 暗部也已經沒有可容許的範圍了(露出のゆとり. 意指還有可容許的曝光誤差範圍)
Nikon F6. AFS 14-24/2.8. Fujicolor REALA ACE. F5.6. 1/500

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陽光照射下的漁船. 高架橋樑底的陰影.
明暗差距超過五格(5EV)以上

號稱廣範圍寬容度的彩色負片. 畫面上的陰影部位是全黑. 得不到階調細節

數位影像的動態範圍如果比底片狹窄
某種意味上可能是誤解

數位與底片的階調性差異. 詳細比較的話

數位在暗部(shadow)細節表現上是強項. 亮部(highlight)則比較沒有余裕


不過可惜的是. 與底片不同
數位相機的階調特性數據. 原廠並沒有提供
所以只能獨自進行測試





2.
主標題: 數位的動態範圍(Dynamic range). 與底片的寬容度(Latitude)

副標題: 使用數位(RAW和JPG)與底片(副片與正片). +-5EV拍攝並比較之


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#2 090620-04





數位(RAW): 從+1EV到-5EV. 可以修整到幾乎完全一樣的影像. 這在底片上是做不到的

數位(JPG): 影像的明暗變化特性與正片接近. 曝光過度時亮部細節會迅速失去. 曝光不足時的表現與正片類似
實際可使用的曝光範圍很狹窄

底片(負片): 特點是曝光over時的寬容度相當驚人. 可以到+3EV.
但是曝光不足時的範圍就很狹窄. 僅能到-1EV

底片(正片): 與數位JPG類似的特性. 即使如此. 亮部的細節某種程度可以保留一些
相較數位. 特性曲線在亮部的肩部範圍比較圓滑

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91頁左下: 特性曲線: 用以表示動態範圍與寬容度的圖表

特性曲線是用來表示"曝光量"與"影像濃度"的關係.
座標圖的橫軸是曝光量
縱軸是濃度(0就是透明. 3則約全黑)

從特性曲線上可以判讀底片的寬容度. 階調特性(硬調或軟調等). 感光度等等的訊息

正片的場合(左下圖)
曝光量增加的時候. 影像的濃度會降低(影像會變淡)
所以曲線是左上到右下

負片的場合(隔頁中央圖)
曝光量增加的時候. 影像的濃度會增加(ps.因為負片上的影像色彩明暗是倒反的)
所以曲線是左下到右上

數位的特性曲線上. 縱軸的定義不太一樣. JPG 是8bit一共256 格.
RAW 的特性曲線縱軸則用bit數來表示. 視機種不同. D3使用14bit

這次為了容易理解的關係. 數位特性曲線的橫軸部分. 也一樣用濃度來表示

數位的動態範圍. 與底片的寬容度.
實際上的意義當作一樣比較好




3.
由前頁的sample可以得知. 數位(機身直出)JPG的階調再現性與正片相當.
RAW的階調再現性. 範圍更廣. 類似彩色負片

但是. 由於階調再現性的不同
對於數位和底片影像的處理上. 也相對有所差異

數位較偏向以高光部位為基準. 來作適當的曝光. (以避免亮部over死白為前提. 為曝光的基準)

負片則偏向以暗部為基準. 來作適當的曝光. (以避免暗部死黑為前提. 作為曝光的基準)


下圖是比較RAW與彩色負片的特性曲線

(彩色負片的特性曲線本來有RGB三條. 為簡化問題. 先當作一條來看)
(RAW的部分則以iso50到iso6400可調整的DSLR機身作為預設)

#1 090620-05



負片的適當曝光範圍. 從特性曲線的左下趾部作為基準. 向右上算

RAW 的適當曝光範圍. 則從特性曲線的右上肩部作為基準. 向左下算


相對於適當曝光值. RAW 在暗部表現上有很大的餘裕空間(朝左下)

負片則在亮部表現上有餘裕空間(朝右上)

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#1 090620-06



一般所說的"動態範圍(Dynamic Range)". 是指在特性曲線上"影像可以再現的全部範圍"

以這次的例子. DSLR的RAW檔約達到12格

彩色負片. iso100這個層級. 動態範圍(寬容度)約7格
iso800層級的底片. 則約8到9格
即使如此
還是比不上現行的DSLR


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後面這一段主要是在講作者10年前. 曾經碰過一位廣告攝影師在拍汽車時. 反映說
用數位拍輪胎. 比較容易能拍出輪胎上的胎紋
用底片則很難

而這就是這次所探討的. 底片與數位在階調特性上的差異

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4.
這一頁則是從散景表現. 提到球面像差的問題

好的散景. 從光點中心的芯部到四周圍. 是平滑地融合

不好的散景. 則會在光點的四周圍. 形成比較明顯的環型邊界. 稱為二線性散景


光通過鏡頭之後. 無法理想地匯聚在一點上
而與理想成像之間所產生的偏差. 滲色. 模糊. 變形等等
就稱為"收差"(像差)


Seidel五收差:
最早是19世紀由德國學者Phillip Ludwig von Seidel所提出
當時還沒有彩色底片. 所以就不考慮色收差在內

他將收差分成五種
球面收差
彗星收差
非點收差
歪曲收差
像面彎曲

鏡頭設計的目的就是要除去這些收差的存在

#1 090620-14


球面收差: 鏡片中央與周圍的光線無法理想地匯聚在一點上. 縮光圈可以改善

彗星收差: 斜向進入鏡片的光線. 在影像四周圍無法理想地匯聚於一點. 縮光圈可以改善

非點收差: 光線通過鏡頭光軸外的部分. 在同心圓方向. 以及放射方向上
影像本來是點. 會變成一條線

像面彎曲: 與鏡頭平行的平面上的景物. 無法理想地成像. 這個縮光圈也無法改善
(目前最有名的例子是Tamron A16 17-50/2.8. 在最近距離對焦的時候會有此現象.)

歪曲收差: 鏡片上. 光線入射的角度和射出的角度不一樣. 會形成桶狀或枕狀變形.


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謝謝文包兄分享.
這期小弟也有買,看完這篇個人的感想如下:
1.重要的數位照片還是乖乖拍RAW,曝光寧可稍微不足也不要冒爆掉的危險

2.拍攝負片時則要記住寧可OVER一些,不要拍出曝光不足全部沒有任何資訊的照片

3.數位和銀鹽的特性果然還是不同的,但是精準的曝光仍然是王道啦

所以需要拼安全快門的時候
數位比較有優勢

好文章∼∼
感謝分享！！

圖文並貌, 感謝分享

感謝分享∼

大推

引文:

+1 就是這樣


我有聽過另外一派的說法是
RAW檔的場合"在亮部不爆掉的前提下". 盡量讓histogram靠右曝光
會得到比較多的階調資訊

例如同樣事後在silkypix裡修正回適當曝光值.
多曝+1EV. 然後降回適當曝光值
少曝-1EV. 然後升回適當曝光值
再作後續曲線和色彩調整的話

前者的階調細節比較容易保持完整

這我有試過幾次....似乎是有比較好一些.
不過要向右曝光又不爆掉得很小心....蠻拼的 像拍正片似的

感謝文包兄如此精闢分析..佛心分享....

感謝文包兄譯文

一直以來的測光觀念就是
底片怕under, 數位怕over

不過時下流行over調性的照片就是了

引文:
這個部分點出了問題所在
由於廠商沒有公布其數位相機的階調特性曲線，只能獨自進行測試
因此測試的軟硬體是否足夠廣泛，是否具有代表性就成了關鍵
以本篇文章前半段照片是以NIKON D3做對比，僅能代表NIKON D3（或大部分NIKON DSLR）的現象
要將這樣的結果推論到所有數位與底片的差異，就容易犯「過度推論」的毛病

NIKON DSLR在暗部細節的表現是強項，然而CANON與SONY數位相機則是在亮部
這也是為何CANON與SONY在機身選項上會有「HIGH TONE PRIORITY」這類的影像處理選項
廠商要如何將CMOS擷取到的影像資訊轉換到顯示器上呈現「人眼所見的非線性影像」
各家廠商所使用的TRASFER FUNCTION不一樣，也就形成了各家影像獨特的「調性」
因此也間接造成了仿間流傳的「NIKON較適合拍風景，CANON較適合拍人像」這樣的迷思

引文:
會有不同派別說法的原因，也跟廠商所選擇最後要如何在顯示器上呈現的影像特性有關
不過這裡除了相機廠商以外，還要包括電腦軟體廠商，情況就比較複雜，只能靠使用者按照自己的使用環境去摸索出最佳方法了

最後要感謝文包版主的翻譯，讓小弟也從中得到收獲

DSLR的特性曲線測試. 在DPreview已經行之有年
可以參考看看


92頁下面有提到類似Sony的DR功能
主要是把曲線的肩部. 處理得比較緩圓些
讓亮部到死白這一段不要跳的太快


基本上現行各家DSLR都是大同小異. 平均動態範圍都在8-9EV之間
而且都是暗部範圍勝過亮部範圍
真正在亮部範圍特別強的. DSLR目前似乎只有S5pro

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引文:
這個小弟也經常在看
小弟認為DPreview的DR測試可以反應的是一個整體的趨勢
而且是比較偏低頻率的訊號所反應的趨勢
但在一些細微的部份或高頻資訊還是沒有辦法從圖中看的出來
而小弟所言的transfer function指的廠商內部對影像處理的公式
會包含更多的資訊，不過這也是廠商們內部的商業秘密了

小弟在另一本國外翻譯的書中看過（下次到書店再記下書名）
裡面提到數位影像資訊是以亮部資訊被記錄下來的比較多
所以建議數位攝影的方式為「稍微的」過曝，然後再用軟體調整
也就是版主前面提到另一派的方式

這就跟本篇文章的建議方式相反
小弟的看法以為，還應該要將相機廠商對影像的詮釋方式考慮進去
比較能找出這個矛盾之處在哪裡

個人的經驗，在實際應用上「稍微的」過曝時，在轉擋時的確可以把高光的部分救回來，如果曝光不足的部份，即使能把細節救回也會變得很粗，所以我原則上會傾向稍微過曝。

「數位攝影的光與影」中有提到感光元件對光的感應是線性的，所以右邊（亮部）那區的色階分部會比較大，所以應是文包兄先前有提到的數位系統應當是向右曝光比較佳。
以12 bits的RAW檔(2^12=4096階)，若分為五級亮度：
第一級：128階
第二級：256階
第三級：512階
第四級：1024階
第五級：2048階

所以結論是

如果動態範圍還有餘裕可以shift的話. 在不爆掉的前提下. 可以向右曝光

如果動態範圍已經很拼的時候
則以亮部不爆掉為前提
來測光

最近在誠品翻了一本翻譯自大陸的攝影書，書名是關於數位黑白攝影的，正確的書名記不得了。

雖然是在講黑白，但也有提到這點...

數位曝光準則，最好要拍RAW(RAW是12/14bits取樣，比jpg 8bits好的多，這個會有影響已經是大家都知道的)，曝光靠右，但儘量不要讓亮部爆掉為主。
其中一個範例是在一個反差並不大的室內環境，用不同曝光值拍攝幾張照片。
每一種曝光其實在histogram上都是可接受的(亮部/暗部都沒有死白/死黑)。
然後再用軟體調整至正確的曝光。
發現一個狀況，稍微under的調上來比較差，稍微over的調下來相對比較好。

個人的想法是...
假設愈充分的曝光，可以讓感光元件接受到的光資訊是相對豐富的，
用軟體壓回比較暗的狀況，類似downsample的情況，得到的結果相對好的。
若是反過來，由暗的往亮的調整就不行了...

不知這種想法是不是胡說八道??

引文:

不會阿. 怎麼會胡說八道

在同樣適當曝光範圍內的狀況
"稍微under的調上來比較差. 稍微over的調下來相對比較好"
在我這邊到目前為止的經驗
確實是傾向如此

不過即使under. 拉上來也沒有到"完全不行"的程度啦

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引文:
小弟個人的經驗，也是比較傾向這樣的處理方式

小弟今天去書店看了書名，是旗標出版的「用RAW檔拍攝創造最高品質影像」
裡面對數位影像從線性轉換成非線性有許多深入的圖文介紹，蠻有參考價值

我覺得這篇文章得出的結果，很有可能是基於NIKON相機的特性所得
因為我在國內外的論壇已經看過不少資深NIKON使用者提出NIKON所拍攝的影像對暗部細節保存較佳的論調
即使UNDER一點拍攝看起來一片黑的部份，在後製時仍能將細節拉回來
因此NIKON用家有些會採用UNDER一些的方式避免亮部過曝，同時讓彩度更加飽和
有點類似以前拍攝正片的方式

引文:

談個一般會被大家誤用的名詞"Dynamic Range"
回到"Dynamic Range"的定義 是能記錄到的最小的值與最大的值的比率
我們可以說數位影像檔動態範圍比Film 大.. 但是前提是要經過後製作
我們也可以說數位影像動態範圍比Film 小..
前提是不後製作的情況且在正確曝光下 正片可以記錄到的最大與最小值
的確比數位影像來得多很多 暗的地方夠暗 亮的地方夠亮
不會像數位影像 老是要加個對比或是曲線才夠好看
所以才會有正片的動態範圍還是贏過數位影像的說法