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科普:RAW 照片色彩深度越高画质就越好?

2019/9/25 11:01:41来源:爱活网作者:Napoleon责编:骑士评论:

最近网络上泄露了疑似尼康 Z8 说明书截图,截图指出新相机支持 16bit 深度的 RAW 格式照片,假若成真 Z8 将会成为首款支持 16bit RAW 的全幅相机。色彩深度(depth,单位 bit / 位)是 RAW 照片一个重要指标,其数值越高,理论上色彩越丰富、动态范围越宽广,那色彩深度能否与画质画等号?

疑似 Z8 说明书,新相机支持 16bit RAW 和 60-80% 高压缩率 RAW

要了解深度对 RAW 画质影响必须从数码相机成像原理说起,当光线穿越镜头后,会被 CMOS 传感器上的光电二极管转换为电信号,接下来电信号会被放大,在 ADC(模数转换器)上进行模数转换,变成数字信号,经历第一次 “bit”。

采样精度(单位 bit)是 ADC 的重要参数,其数值越高性能越好,我们常说的传感器多少 bit 输出正是指 ADC 采样精度。在 CMOS 传感器上采样精度决定了色彩数量与理论动态范围,假若采用拜尔阵列,12bit 的 ADC 支持 68.68 亿种颜色以及 12 档动态范围,在精度提高到 14bit 后,支持 4.39 万亿种颜色以及 14 档动态范围。以今天显示设备与打印水平,12bit 足以满足使用,更高的精度是为了扩展动态范围。要注意的是,决定一块传感器动态范围是光电二极管的信号与噪声比值,ADC 好比一扇门,动态范围是身高,身高是多少人所决定的,ADC 只能起到限高的作用,为了方便同行我们会把门做得比人更高,相机同理。

在今天,中画幅相机已用上 16bit ADC,全幅、APS-C 画幅相机普遍使用 14bit ADC,M43、1 英寸大多使用 12bit ADC。ADC 的精度不是恒定的,在输出视频时往往会将 14bit 降低 12bit 甚至是 10bit,以提高输出速度,因此同一台相机的视频动态范围往往不如照片。在 CMOS 传感器输出数字信号后会进入 DSP 处理,经历第二次 “bit“,一般来说处理器的处理精度与 ADC 精度相同,这样不影响画质,也有助于控制 DSP 成本,避免浪费性能。

在经过 DSP 去拜尔、白平衡调整、去摩尔纹一系列处理后,数字信号会被封装成 RAW 或 JPG 格式照片。JPG 格式经过高度压缩、锐化,深度只有 8bit,完全经不起后期处理,高 “bit“指的 RAW 才能展示相机的画质。相信摄影爱好者都知道 RAW 是一种未经处理、未经压缩的照片储存格式,它有多种封装格式,比如 Adobe 的 DNG,尼康 NEF,佳能 CRW。事实是相机 RAW 照片都经过了处理,比如说去热噪声,在经过压缩后 RAW 照片的动态不再受到色彩深度限制,最典型的例子莫过于 ARRI Alexa 系列与松下 GH5S。

DNG 是 Adobe 推广的 RAW 格式

Alexa 使用的是 ALEV III CMOS 传感器,在成像时两组 14bit ADC 分别以高增益、低增益方式同时输出信号,两个信号会被机内精度高达 16bit 的数字处理器进行 HDR 合并、猜色,输出动态范围超过 15 档的图像,最后储存在色彩深度只有 12bit 的 ARRIRAW 当中。而 GH5S 的 RW2(松下的 RAW 格式)色彩深度达到了 14bit,可限于 12bit 的传感器,照片动态范围只有 12 档左右。

Alexa 的是 ALEV III CMOS 传感器

可见 RAW 照片的色彩深度与画质没有绝对关系,色彩深度数值越高(bit 值越高)只代表动态范围可能越高,但色彩深度过低一定会降低画质,同样道理也适用于视频 Log。而且随着相机连拍速度、像素数量飞速增加,储存压力变得空前巨大,近乎无损画质又能减小照片尺寸的压缩 RAW 技术变得极为重要,16bit RAW 照片固然是好,可 RAW 压缩技术同样重要。

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关键词:RAW照片

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