RAW的bit数与宽容度的关系

宽容度是从胶片引入的概念，特指胶片的感光密度与曝光量的对数能保持线性的范围。到了数码，照相机能记录的所有亮度范围应该叫动态范围，既然现在大家都习惯用“宽容度”来代替数码的动态范围，入乡随俗，也无不可。

我在“非专业的用好E- 510（七），RAW到JPG的转换规律”里曾经讨论过RAW的bit数与宽容度的关系，但讲的简单了一点，估计有不少人没有明白，在这里再一次掰开来、揉碎了，仔细说说，先看一个图。

选一组景物亮度，从4烛光/平方米，到32768烛光/平方米，它对应的BV值为0到13。有人对BV可能不太熟悉，指定ISO100，就可以把BV换算成EV值，EV值为5到18。

然后，通过指定曝光，可以得出亮度与数码照片的影调关系，这里我们选用EV13的曝光组合（上图中间的黄条），1024烛光/平方米的亮度就是影调V，当然你可以指定其他EV值。

CCD的输出信号与亮度成正比，假定这块CCD做得非常好，从EV5到EV18都能输出完美的信号，为了获得最大的宽容度，我们希望保留从影调X到O的所有影调，对CCD 输出信号的量化极限就是EV18，超过EV18的信号当成溢出了，这样，把EV18当做最大值，CCD的信号电平归一化后就如上图所列，从0.001到1.000。

如果用12bit的RAW记录CCD信号，AD转换后的数据就是0到4095，如上图所列。

下面是关键的问题，RAW记录的数据与亮度是线性关系，但JPG数据是符合人眼特性的对数规律，所以，从RAW数据到JPG数据要做对数压缩！

12bit的RAW数据0到4095做对数压缩，归一化后的数据如上图7列所示。把这个数据按最大255分配给8bit的JPG数据，就是上图8列所示。

现在出现了两个严重的问题，第一，影调V应该对应JPG数据的128（中级灰），现在偏移到了149；第二，从影调II到影调III，12bit的RAW数据是16到32，32-16=16，而JPG的数据是85-106，106-85=21，说明JPG在85-106这一段有许多值是空白，这就是色调分离。

为了解决上面的问题，实际上，对12bit的RAW数据转换并非采用简单的对数运算，而是根据照相机的特性，做出一条转换曲线进行转换。这个转换曲线模仿胶片的密度曲线，优先保证影调V附近的重要影调能基本满足对数规律，高光、阴影则比较马马虎虎。这样用曲线修正后的数据看起来就像上图中的最后一列。

我们前面做过一个重要的假定，“假定这块CCD做得非常好，从EV5到EV18都能输出完美的信号”，实际上，这一点任何厂商也无法做到。按照上面的转换方法，在影调II、甚至影调III，RAW数据一个bit的量化误差，就会对JPG数据产生十几、甚至几十的影响，这是非常恐怖的事情，会严重破坏阴影的图像细节！

但是这个问题是量化规律产生的，是无法真正解决的。唯一的解决办法，就是降低量化时的最大值，就是不以EV18为最大标准，而是以EV17为最大标准，凡是超过EV17的亮度都溢出，也就是牺牲高光部分的宽容度。

如果按EV17，影调IX作为最大值，计算出的数据如下图所示。

现在的数据就好多了，牺牲影调X换来的是阴影影调的极大改善。实际上几乎所有12bit的RAW的照相机都是这样处理的。

如果是14bit的会怎么样呢？下图给出了14bit的RAW，用影调X做量化上限的情况。

显然，在保留影调X的情况下，与12bit的数据差不多，所以，14bit比12bit理论上能多出一个影调X。实际上，佳能的400D是12bit的RAW，结果就和所有12bit的照相机一样。但是450D采用了14bit的RAW，佳能还就是按照上图那样，用了影调X。

14bit用了影调X就一定好吗？影调X真的有那么大用处吗？我相信佳能的设计人员比我水平高，比我懂得多，因为，到了550D，它又重新用回了影调IX，不再追求影调X 了，为什么？因为，14bit的RAW，如果按最大影调IX量化，能带来阴影部分画质的极大改善。不相信可以自己算算。