2012年8月16日 星期四

感光元件的動態範圍



這是在水里大觀水力發電廠內的運轉的大型發電機組,陽光斜照進來照亮了紅色的發電機,呈現明亮的區域;而暗部則位於右上方的樓梯陰暗處,則顯得晦暗而無細節


反紅處已過曝
暗部細節充滿雜訊
如我們欲使暗部細節呈現出來,使用RAW檔軟體來拉高暗部補光效過,當拉至補光+2級數時,就可發現暗部細節充滿雜訊,而拉高補光+2的同時,發電機亮部已呈現反紅過曝的情形,此時已代表該感光單元所接收的光子已"滿載"。

若以技術面來看,任何成像系統(包括相機) 都應該能發揮100%的能力,來完整紀錄眼前的景物,可惜的事,目前至今還沒有哪台相機或感光元件是可以和場景完全匹配的,且或多或少都會喪失部份的畫質與細節;雖然現在許多的後製技巧可修復、調整、改善彌補所拍攝的影像,但天下沒有白吃的午餐,數位後製是可修復失去細節的高光邊緣、替暗部細節補光、或進行軟體補插運算,但伴隨而來的,是不可避免的畫質損失、甚至更嚴重的失真問題。

目前一台單眼所涵蓋的動態範圍約為10~11級(相當於1000:1到2000:1的對比值),當場景的亮度級距小於(或等於)相機的動態範圍時,都不會有過亮或是過暗的情況。而感光元件的動態範圍取決(或受限)於哪些條件呢?主要有兩大因素,一是每個感光單元可『容納』電子的儲存量,稱為電荷滿載量(FWC,Full Well Capacity, 或稱電位井容量);當感光單元的面積愈大、FWC值就愈高、動態範圍自然愈廣,—目前高階單眼的FWC值約為7000~10000個電子量。

另一個限制則來自雜訊,特別是在初始訊號還無法分辨是影像細節或是雜訊的這個階段,稱之為雜訊底層(NF,Noise Floor),現今單眼的NF值大約在8~12個電子量,因此,只要將FWC除以NF,就可以求出感光元件的動態範圍