【内容概要】
一、人眼与传感器
二、线性Gamma
三、不要被LCD欺骗了你的眼睛
四、对曝光的指导意义
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一、人眼与传感器
“假如在一杯咖啡里放了两勺糖而不是一勺糖，你并不会感觉甜了一倍；如果你把音量加大一倍，但并不会感觉音响加了一倍……”（引自B R U C E_F R A S E R，《R e a l_w o r l d_c a m e r a_r a w_w i t h_A d o b e_P h o t o s h o p_C s》）。对于我们的眼睛而言，当有原来的两倍光线进入我们的眼睛时，我们并不会感觉到比原来亮了一倍，而是觉得更亮了。人的眼睛能够对光线进行压缩，自动的适应各种不同环境下的光线，并对此环境下的颜色作出解释，也就是说人眼对光线的反应是非线性的。也籍于人眼的这种机能，使得当我们从一间黑暗无比的房子突然走出到一个晴天烈日下时，不至于令我们的眼睛着火（想象一下自己是否有过这样的经历，先是觉得非常耀眼，然后眼睛会慢慢适应）。而胶片也有类似于人眼的这种对光线的非线性的反应。但对传感器而言，可就缺乏了人眼的这种机能，它对光线的反应是线性的，只用线性方式去计算进入的光子数量。所以，对于数码摄影来说，很多东西都改变了，其中包括我们拍摄时的曝光。如果继续沿用胶片摄影的曝光方式的话，极可能导致两个巨大的危险：一是丢失大量的高光细节；二是暗部出现严重的燥点。并且对于相机的Bits（位深）是一种巨大的浪费。为什么会这样？那就让我们一起来了解一下关于传感器的线性Gamma。

二、线性Gamma
我们先来看两幅图：
图1

图2

图1是直接作线性转换（Gamma 1.0）出16 bits/channel后的图；图2时经过Curve作Gamma校正后的结果。为什么会出现图1的情形呢？这是缘于Sensor只是记录到达其上的光子数量，然后根据其数量作了一个正比例变换（如f(x)=2x），将得到的数据进行Gamma编码。传感器的这种对光线的线性反映被称为Gamma1.0，而人眼对光线的非线性反映通常在Gamma2.0到3.0之间。目前的DSLR大多数位深只有12 Bits，专业机型可达到14 Bits。据说目前还没有真正的16 Bits的传感器。如下图3，我们以12 Bits的传感器为例：
图3

传感器采用12 Bits，即2^12=4096个levels来对采集到的数据进行编码。当有能够另到Sensor溢出的光亮进入时，这时该Sensor上的电荷之上升到第4096的level，也就是说第4096的level就表示光线刚好溢出；当进光量减少一半，即降低一档，这时另到Sensor上的电荷之上升到第4096的一半位置，即第2048的level处，因此第2048的level就表示比过曝-1档的光量。而在过曝-1档到过曝之间的光量就被记录在2049~4096之间（共有2^11=2048个不同的感应级别）；当光量再减低一档时，产生的电荷只达到第1024 level的水平，因此第1024 level就代表过曝-2档的光量，而介于过曝-2档与过曝-1档之间的光量就被记录在1024~2048之间（共有2^10=1024个不同的感应级别）……以此类推，不断的递减，过曝-6档的光量只用剩下的64个levels来记录。因此，假如对某张照片而言，过曝-3档是“正确”的曝光的话，那么整个图像中的大部分信息都被记录在512~1024的levels中，阴影区的信息记录在0~512之间，高光和过曝的信息记录在1024~4096之间。（到这里先喘口气，消化完了再接着下去）

接下来分两种情形：

1）16 bits/channel的输出。由于16 bits/channel每个通道有65536个亮度层次，而PS基于不知名的原因只使用0~32768共32769个亮度层次来处理16 bits/channel的图像。但这也关系不大。由于DSLR只有12 Bits的位深，即只有4096个亮度级别，因此Raw数据如果不经Gamma校正（或线性转换）直出的话，那么正如下面的动画所示那样，所有数据被搬到0（黑）~65536（白），并对齐0起点。因此直方图中大量的数据集中在前1/3处。这就是Sensor所看到的样子（图1）。而图2时经过Gamma校正后适合我们观看的“正常”的样子。
图4

2）8 bits/channel的输出。由于8 bits/channel每个通道只有256个亮度层次，因此将4096个levels数出成256个levels的时候，必然要将4096个亮度级别进行压缩（2^12-->2^8）。所以在这过程中造成的是几何级数的信息损失。并且，由于数据被压缩后，能够充满整个0~255的区间，所以只转8 bits/channel的图像不会像转16 bits/channel世出现那么暗的现象，看起来是“正常的”。
图5


三、不要被LCD欺骗了你的眼睛
按照前面的说法，为何我们在DSLR上的LCD看到的图案却不会偏暗，而且直方图也很正常呢？
图6