攝影記者探討數碼攝影的曝光寬容度
近 年來，隨著數碼成像技術的快速發展，數碼相機等數碼成像器材的成本急速下降，促使以前高高在上的攝影藝術變成了一種大眾娛樂形式，從而也使愛好風光攝影的 人群愈漸龐大。但是，在使用數碼相機的拍攝工作中，攝影人卻經常遇上那些陽光燦爛、藍天白雲、光比很大的美麗風光而無法對其整體畫面準確曝光，從而無奈地 錯過記錄美好時光的情況，而造成這種現象的主要原因就是本文需要討論和解決的數碼攝影的高寬容度問題。
一 寬容度概念及應用意義
在 傳統膠片攝影和現代數碼攝影領域中，「寬容度」通常也稱為「曝光寬容度」或者「動態範圍」。它主要是指感光材料，也就是攝影膠片、照片和數碼影像能夠真 實、準確記錄下景物亮度反差的最大範圍。所謂「真實、準確」是指在同一幅膠片、照片和數碼影像中能夠同時記錄、表現出同一場景最亮的高光區域和最黑的暗部區域的影像紋理的狀況。
進入數碼攝影時代後，「感光材料」除了膠片和相紙外，增加了CCD、CMOS電 子圖像感測器，拓展了，「感光材料」的範圍，增加了「感光器件」的概念。所以，現在我們通俗簡單地講「寬容度」，也就是指感光材料或者感光器件對存在明、 暗反差的光線的曝光寬容程度。當相機既能讓明亮的光照區域曝光正確，同時又能讓很暗的光照區域也曝光正確時，我們就稱此相機或者此感光材料、感光器件的寬 容度較大。
由 於「寬容度」概念衡量的是一種感光材料或者感光器件正確記錄景物場景亮度反差範圍的能力。所以，在實際的判別衡量工作中，一般採用景物場景中最亮與最暗的 區域的明暗差別倍數來表示「寬容度」的大小。比如，在《美國紐約攝影學院攝影教材》一書中所稱，人眼能夠接收的最強與最暗光線的光比差值是50000倍；柯達公司的Tri-X黑白膠片能夠記錄的最強與最暗光線的光比差值是500倍；而柯達公司的Plus-X黑白膠片能夠記錄的最強光線大約只是最暗光線的125倍[1](P.186)。這些數據，就是對「寬容度」的具體量化表述。
在 攝影工作中，使用「寬容度」大的感光材料或者感光器件的意義，是在明、暗反差很大的大光比拍攝條件下，攝影者也能夠比較容易地獲得較為正確的景物曝光，從 而能夠拍攝和表現影像紋理層次豐富、反差較大的場景對象，而且，在拍攝曝光不是十分精確的情況下也有可能得到相對滿意的照片。而使用「寬容度」較小的感光 材料或者感光器件時，如果再加上有時用光或測光不當，就有可能出現暗部曝光正確，而明亮的高光區域卻「過曝」而形成一片「死白」的現象，從而丟失很多明亮 區域的細節紋理；反之，如果只照顧到照片亮部的正確曝光，又可能會使照片暗部曝光不足而出現一片「死黑」的情況，從而使暗部主體的許多細節都淹沒在黑暗之 中，最終可能得到影像紋理層次都較差的場景照片。
因此，在數碼攝影工作中，所用的照相設備、感光材料、感光器件以及製作材料和製作工藝的「寬容度」越大，對於最終照片質量的提升和控制好處就越大，獲得優秀照片的可能性也就越大，也就能夠準確記錄下那些大光比的美麗風景。
二 當前數碼攝影的寬容度問題與解決辦法
目前，數碼攝影與傳統膠片攝影相比較，具有很多的優點，但是，也存在高感光度及長時間曝光產生「噪點」和前述的不能很好記錄大光比場景的「寬容度」不足問題。因此，「寬容度」成了攝影人長期詬病和爭論的問題。
為了探索產生此問題的原因，我們通過觀察同樣是採用CCD或CMOS電子成像器件的廣播級數碼攝像機拍攝的電視視頻連續圖像，感覺CCD和CMOS的「寬容度」應該是與膠片效果相當的。可是，為什麼在實際的大光比數碼攝影工作中會出現寬容度不及膠片的問題呢？我們認為，使用廣播級數碼攝像機能拍攝出高寬容度的電視畫面效果，應該與其採用三片獨立的、大尺寸CCD或CMOS電子成像器件、精密的「數字採樣」和「數模轉換」技術有直接關係。
反觀數碼相機，由於體積和製造成本的原因，卻不可能同時安裝三片獨立式的、大尺寸的CCD或CMOS電 子成像器件，也不可能採用太高的工作電壓。這樣一來，數碼相機內光電轉換器件的高電平「門限電壓」就不可能很高，因而，過亮光線所產生的光照電壓則將被 「門限電壓」所「截止」不用，從而限制了高亮信號的取樣採集能力，也就限制了高光區域的感光能力；同理，由於電子開關電路工作時存在一個「開啟電壓」，這 種「開啟電壓」不可能為零值，所以，過弱光線產生的很小的場景信號電壓值根本達不到「開啟電壓」所需值，從而也就限制了暗部區域的感光能力。因此，這種非 線性變化的，通過「開啟」和「截止」方式處理的感光信號的有無狀況就應該是產生「死白」和「死黑」現象的根本原因。
其次，應該是數碼相機內較低成本的「前置信號放大電路」的放大能力不夠，以至於不能放大微弱的感光信號，當然也就不能採集到微弱的感光信號，因而，發生相關暗部場景區域紋理細節丟失現象也就不足為奇。
從上述分析可見，過亮和過暗的信息都不能正確記錄和處理，當然「寬容度」也就不會太高。因此，要從根本上解決目前數碼攝影的寬容度問題，主要應從數碼相機的硬體著手，即改進數據採集、信號放大和軟體處理系統；採用14位、16位甚至更高轉換精度的「數模轉換」技術；發展大尺寸的CCD或CMOS電子成像器件才是根本辦法。
但是，針對目前還未解決數碼相機硬體根本問題的狀況，要解決存在的寬容度問題，我們認為只有採用一種多年以前就已經提出的「高動態範圍」圖像處理技術才能解決當前所面臨的實際問題。
這種「高動態範圍」（High Dynamic Range）處理技術[2]，簡稱HDR技術，也稱「高寬容度」處理技術，這種技術可以將那些不能很好地在同一場景畫面中，同時記錄下最亮影調和最暗影調的情況，分解成多張不同亮度曝光值的照片分別記錄，然後，再在「High Dynamic Range」軟體中，將它們「合併」在一起，最終實現可以在同一幅場景照片畫面中，以儘可能高的寬容度展現場景高光區域和暗部區域的完美影像紋理層次的效果，以解決「寬容度」不足的問題。
因此，採用這種HDR合成技術的優勢，就是我們可以得到一張無論在陰影部分還是高光部分都有比較完美的細節表現的照片，從而充分拓展數碼照片寬容度，解決大光比場景的曝光問題。
三 數碼攝影高寬容度化處理的基礎
由於HDR技術是將同一場景的多張不同曝光值的照片進行「合成」處理，所以，在做HDR「合成」處理解決「寬容度」不足問題之前，需要準備多張同一場景的不同曝光值的原始照片。
而獲取這類多級曝光原始數碼照片的方法又可以分為「前期包圍曝光」和「後期曝光分離」兩種方法，而每一種方法又有其不同的工作方式和應用特點。
1．前期包圍曝光法
「前期包圍曝光」主要是指在拍攝現場，採用不同的曝光組合級數，對同一場景對象按照不同亮度曝光值完成多張分段曝光照片拍攝的工作方式。
具體拍攝時，既可以採用照相機的自動控制方式，也可以採用手動控制方式。但是，不管採用哪種方式，要想獲得高質量的HDR合成照片，一隻穩固的照相三腳架是必須的，雖然，在一些HDR軟體中提供了處理「抖動和移動」現象的「對齊」功能，但是，為了獲得高質量的照片，還是避免產生「抖動和移動」問題為好。
若採用自動控制方式進行「包圍曝光」拍攝工作，首先要求所用的數碼相機具有「包圍曝光」的模式。此模式的工作方式是：當快門按下時，相機將採用連續或者單張方式拍攝多張不同曝光組合的照片。
因此，在採用「自動包圍曝光」法拍攝之前，需要在數碼相機中設置好包圍曝光拍攝參數。目前，數碼相機大多支持「欠曝、正常、過曝」三張照片的自動包圍曝光方式，每張照片的曝光差值可以根據需要進行調控。但是，要想獲取高寬容度化的數碼照片，我們建議將包圍曝光參數差值設置為最大為好，比如，每檔曝光相差2級或3級為好，如果3級曝光參數差值都不能滿足要求，則只有選用手動控制工作方式。
採用手動控制方式時，則不需要設置自動包圍曝光拍攝參數，只需要架好三腳架，固定好照相機，預先設置好ISO參數，取景構圖，然後再對不同亮度區域進行測光，並分別記錄下不同亮度區域的正確曝光參數值，確定好要拍攝的照片張數，以及每張照片正確曝光的光圈、快門參數值，最後，手工分別設置每張照片的曝光參數，依次手控完成所有照片的拍攝工作。
需要注意，不論採用手動還是自動控制方式，我們建議採用「光圈優先」模式，以免所拍的分段曝光照片景深發生變化；另外，建議採用手動對焦方式以避免自動對焦產生誤差；最後建議採用快門線方式啟動快門，進一步減少抖動現象發生。
2．後期曝光分離法
「後期曝光分離」主要是指攝影師在現場工作時沒有採用「前期包圍曝光」法拍攝分段曝光照片的情況下，而利用後期加減曝光方法來獲取分段曝光照片的技術。
這種方法是對沒有採用「前期包圍曝光」法的一種補充。採用「後期曝光分離」方法時，建議選用RAW文件格式拍攝照片，理由是RAW文件格式在後期處理時，其曝光參數的可調整範圍較大，而且，還可以對其明暗對比、飽和度、銳度等等參數進行調整，以得到儘可能好的效果。
對RAW文件格式照片做「後期曝光分離」處理時，需要使用相關的RAW文件解碼輸出軟體。這類軟體包括Photoshop、Lightroom 、Capture NX、Digital Photo Professional、Capture one、SILKYPIX Pro、Bibble Pro、DxO Optics Pro等等。
不論採用哪一種RAW解碼軟體，基本工作流程都是先解碼輸出一張原始曝光的照片，然後再根據照片高光和暗部區域的影調細節需求進行加曝和減曝的包圍曝光參數調節，並分別輸出照片。
具體操作：一是根據照片畫面暗部區域的具體情況，提高曝光值後輸出保存所調整的結果照片；二是根據照片畫面高光區域的具體情況，降低曝光值以加強高光區域的紋理層次效果，然後也將調整結果照片輸出備用。這樣，就可以獲得與「前期包圍曝光」相似的三張分段曝光照片供HDR合成使用。當然，在RAW解碼軟體中同樣可以根據需要，調整輸出三張以上的分段曝光照片，而且，還可以選擇JPG或TIF圖像格式滿足不同的輸出需求。
採用「後期曝光分離」方法的特點是後期可調參數較多，拍攝工作相對簡單，只需要在現場拍攝一張以中等明度為曝光基準的照片即可；缺陷是照片的光比受到現場拍攝那一張基準照片寬容度的限制，特別是損失的高光細節可能無法找回，同時，也受到所用RAW解碼軟體的曝光可調參數範圍的限制。另外，當我們提高原始照片的曝光值，使暗區亮度增加時，會將畫面中的暗部「噪點」顯示出來，這對於合成後的高寬容度照片質量會有影響。
由此可知，如果要想得到很高質量的、無「噪點」的、影像紋理層次很豐富的「高寬容度」合成照片，有條件時，應該盡量採用「前期包圍曝光」加手動控制拍攝方法為好。
四 數碼照片的高寬容度化處理方式
HDR高寬容度化合成處理方法是目前解決數碼照片寬容度問題的基本途徑，在準備好多級分段曝光原始數碼照片的基礎上，可以選用通用的或專業的HDR處理軟體來完成最終的高寬容度數碼照片的合成工作。這些軟體包括Photoshop、Photomatix Pro、Dynamic Photo HDR、Artizen HDR、Lucis Art等多種。
1． Photoshop高寬容度合成處理
Photoshop屬於一款通用的，具有高寬容度HDR合成處理功能的數碼圖像處理軟體。該軟體在其 「文件」菜單下的「自動」子菜單中提供了HDR合成工作窗口。
在這個工作窗口中，可以通過其「瀏覽」按鈕，選取並導入前面處理完成的多級分段曝光照片文件來完成HDR合併工作。HDR合成處理完成後，還可以根據需要選擇色彩通道的處理位數調控照片精度，其中的「位深度」值越大，照片的細節越多，反之則越少。
使用Photoshop軟體做高寬容度HDR合成工作比較簡單方便，但是，由於目前Photoshop軟體版本不支持由單張數碼照片通過「後期曝光分離」技術獲取的分段曝光照片，所以，在工作時必須採用「前期包圍曝光法」獲取原始多級分段曝光數碼照片。
2． 高寬容度專業軟體應用特點
在利用高寬容度數碼圖像技術做高寬容度化的處理工作中，採用專業的HDR軟體，與採用通用的Photoshop高寬容度合成技術相比較，專業化的HDR軟體功能更為強大和方便，對原始素材照片的限制也更少，比如，在Photoshop軟體中不能處理的採用「後期曝光分離」技術獲取的素材照片，在Photomatix Pro、Dynamic Photo HDR這些專業化的HDR軟體中，都可以輕鬆方便的完成合成處理工作。
Photomatix Pro、Dynamic Photo HDR這類專業軟體的工作特點，大都採用「生成HDR圖像」和「色調映射」處理兩步工作法，即先直接合成HDR基礎圖像，然後再進行色調映射調整處理輸出最終照片。
而且，專業化的HDR軟體提供了「色調映射」、「曝光合成」、「批處理HDR合 成」、「色調映射細節增強」、 「色調映射壓縮」 、「高光和陰影區域自動融合」、「高光和陰影區域可調整融合」、「高光和陰影區域密度調整融合」等多種具體的圖像合成處理方法，可以調控的參數比較多，效 果變化也大，至於選用哪一種方法，我們完全可以根據實際的合成效果來最後定奪。
使用專業化的HDR軟體的特點是效率高、功能多、完成的高寬容度數碼照片質量較高，風格多變，完全可以解決目前數碼照片所面臨的寬容度問題。
綜上所述，對於數碼相機本身技術原因所產生的寬容度問題，解決的根本辦法是改進其硬體和軟體技術，但是，在目前未能解決根本問題時，只有採用後期高寬容度化處理技術來解決所面臨的具體問題。
作者簡介：芶雁（1956-），男，成都大學美術學院副教授。
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