动态范围描述的是最大对比度,是没有移除最暗和最亮的信号可以被数码相机捕捉到的。动态范围是图像接收传感器的基础特征指标,但是会受到相机系统中使用的镜头和图像处理的影响。
有两种方法可以得到相机的OECF(光电转换函数):通过“焦平面”或“场景基准”。两种方法都是从传感器的不同曝光得到的OECF。为了计算动态范围,必须要确定第一个有用的信号及导致裁剪的曝光。
焦平面
为了使用焦平面的方法,相机的镜头必须移除,这样传感器可以直接用光源照射曝光。光源的强度会慢慢的增强,并且在不同的曝光时拍照。这样就可以通过绘制曝光值的对数与平均值的关系获得OECF。
场景基准
如果你不能把相机系统的镜头移除(或许你不想而是想测试整个系统),你可以使用场景基准这个方法获得OECF,例如TE241(图1)。这个图像中有着中心对称的图块,并且根据ISO14524计算好的密度。通过拍摄这张图卡,并且通过每个图块的平均值和相应的亮度对数值绘出OECF。这种方法的主要区别就是镜头会对动态范围有一定的影响。
用已知的OECF就可以计算出动态范围了。因此你必须决定亮度/曝光值,就是在多少时SNR等于1,及在亮度/曝光值多少时裁剪会发生(ISO15739)。如果你已经得到了亮度在SNR的界限是4cd/m?,并且裁剪发生在1100 cd/m?(见图2),那么对比度就是:
这个相机就可以拍摄对比度是1:275的场景。动态范围就是:
如果你既用焦平面方法,又用场景基准方法,那么这两种的动态范围结果是不同的。原因就是通过镜头的杂散光的存在。对比度会比没有杂散光是低。杂散光的总量会被添加到曝光中,如下公式:
如果Hmax是1000lxs,Hmin是1lxs,如果把杂散光加上,对比度就是如图3中的函数。在没有杂散光时动态范围是9.96 f-stops。如果杂散光增加,曝光是1lxs,动态范围就会降到8.97 f-stops。
列出两种方法的优缺点对比。如下图所示:
结论
一些图像传感器可以获得很高的动态范围,但是如果使用的镜头不能够完全传输场景的对比度,那么就会有一定的损失。如果必须要只得到传感器的动态范围,那么就应该使用焦平面这个方法,但是这个值是非常的抽象,因为你需要一个光学系统来获得图像。但不是所有的相机在没有镜头的时候都可以拍照,所以大多还是采用第二种方法。
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