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佳能DUAL-ISO照片格式通解

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发表于 2014-11-5 17:12:55 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 jessica 于 2014-11-5 17:24 编辑

什么是”DUAL-ISO”照片?                                                                                                                                                                         
      DUAL-ISO照片格式顾名思义就是在一张照片里保存了两种ISO值的像素信息,一行像素用基本ISO值取样保存,另一行像素用辅助ISO值取样保存。看到这,有的朋友可能就会笑了,保存两种曝光值,这不就是HDR变种吗?嘿,您还先别笑,这个真就和HDR是两码事。您接着往下看。

DUAL-ISO不是HDR!
                                                                                                                                                                                   
      HDR是用不同曝光值的多张(一般为三张)照片合成为一张,目的是保留大光比环境的细节。但是HDR合成后的照片并没有扩充保存信息的容量,还是原来的瓶子,那如何装下三瓶水呢? HDR的办法是只挑选有用的信息拼接,具体如下图:



      当然上图只是个原理示意图,但是从这张图我们了解到,由于要把大动态的数据装进原封不动的瓶子,整体色调的比例需要破坏性的压缩才能够实现。这就是我们常把HDR称作鬼片的原因,由于数据遭到了破坏,缺失了原始信息,所以如果后期想改回真实的样子,已经不可能了。


典型的HDR照片,鬼气森森,色调比例极不真实

而DUAL-ISO实实在在的加大了瓶子的容量,DUAL-ISO不是拼接,而是扩容,见下图:


      从这个图大家可以看出,DUAL-ISO解码后,文件位深拓展到了16Bit,整体动态范围扩大到了13.7EV,所以不会损失任何真实的色调比例,随然在高光和暗影的部分损失了一半的像素,但是由于细节最丰富的中间范围没有任何损失,所以无论是印刷冲洗还是显示器浏览,都不会有任何细节的问题。
DUAL-ISO有效的降低了暗影部分的噪点,这不由又让人想起了另一个新技术“多帧降噪”技术,他们的用处和效果一样吗?答案是,无论从效果还是用处,他们依然是两种完全不相干的技术。

DUAL-ISO不是多帧降噪!      
                                                                        
      “多帧降噪主要用于降低高ISO下画面的整体噪点,他通过拍摄多张照片(通常多达6)进行比较鉴别,找出噪点信息并消除,主要原理是基于噪点的无规律性的特点,具体如下:
      噪点是由电子元器件的自由电子引起的热噪声,这个在目前的技术水平下还无法完全杜绝,而ISO越高,则运放的放大倍率越高,不但放大了像素的感光电子也同时放大了热噪声。由于是自由电子引起,所以任何两张照片的噪点都不会重合,而像素却是重合的,所以,只要参照的照片足够多(SONY需要6),我们就可以根据每个照片相同位置的像素是否相似,来判断这个像素是噪点还是真实的感光数据,从而为消除噪点提供了可能性。
      但多帧降噪最大的问题是,这种基于概率和统计学的除燥算法,归根结底是猜出来的,而这个的准确率也不可能做到100%,这是概率学决定的,所以归根结底“多帧降噪”技术是有损技术,最直接的后果是降低了整体画面的锐度和色彩真实度。


这张多帧降噪片可以看出由于色彩细节的损失整张照片显得极为生硬

      “多帧降噪是在已经被损坏的画面的基础上通过算法修复画面,而DUAL-ISO则恰恰相反,他是利用电子元器件的非线性特点,通过破解,尽量的从硬件中压榨更多的宽容度。如果说”DHR”技术和多帧降噪技术是为了画质的可用性而妥协,那DUAL-ISO则是为了得到相机所能达到的最好画质而奋斗。由此我们可以说:

DUAL-ISO是画质驱动的  
                                                                                 
      DUAL-ISO为了画质决不妥协,它必须工作于你相机画质最好的状态(ISO 100 + RAW)。DUAL-ISO不是为了易用性和适用性而生,它的目的是通过破解,压榨出比你相机最好的画质还要好的画质!为了更好的理解DUAL-ISO的压榨原理,我们先看看下面的测试。


      上图的左侧部分是用ISO100拍摄的,右侧使用ISO1600拍摄的,使用了相同的光圈和快门速度。如果我们把ISO100的照片提亮到ISO1600的曝光程度(+4EV),我们会发现一个有趣的现象,ISO100暗部的画面质量比ISO1600同样位置的画面质量差了很多。很多朋友的第一反应是,“这不科学!!”,ISO100的噪点怎么会输过ISO1600!其实这就是运放噪点的非线性特点造成的,不管在任何放大系数下,相对的低电平的画质都是呈指数下降,损失非常厉害,在相同的通光量下(快门和光圈不变),ISO100放大系数下的相对低值电平在ISO1600下就变成了相对中值电平,所以ISO100下的相对低电平(已经进入非线性下降通道)的画质,就比不上ISO1600对同样数据放大后的表现了。

注:此图只是为了辅助说明如何通过运放影响画质的非线性特点,并不是实际数据,只是个原理图

      当然在中值和高光部分,ISO100的画质依然好于ISO1600,这是毋庸置疑的。到这时您可能已经明白了,高光和中值的部分我们仍然使用ISO100的数据,而低光暗影的部分,我们就使用ISO1600压光到ISO100曝光水平的数据。但是,这个ISO1600的压光数据毕竟比ISO100多了+4EV的动态,所以需要扩充文件的容量来存放这多出的数据。但有必要+4EV都存吗?当然没必要,因为对于ISO1600来说的相对低电平画质更差,这一部分我们就可以抛弃不用了。

注:此图只是为了辅助说明压光ISO1600后得到的效果,并不是实际数据,只是个原理
  

看过了上边的叙述,大家应该基本了解了,DUAL-ISO不是去修复已经受损的数据,而是通过破解,将不同ISO中画质的最好的无损数据组合在了一起,并提供了一个大容量的容器来容下这来之不易的福利。DUAL-ISO照片与D800的照片一样,14EV的动态在我们普通的显示器上(10EV的动态)并无法看到显著的优势,因为并没有压缩和改变色调比例,但是如果你希望后期把暗影拉高,那DUAL-ISOD800的高宽容度优势会立刻显现。



      说到这,有的朋友会突然冒出一个想法,“好吧,原理我都懂了,但你能不能告诉我DUAL-ISO到底是提升了动态?还是宽容度?还是高感?”。呃……,好吧,这个真不怨您,但说清楚了,真是要费些口舌,我们讨论一下吧。

UAL-ISO到底是提升了动态?还是宽容度?还是高感?   
                                                      
      无数人纠结于“动态范围”,“宽容度”,“高感度”这三个词,说心里话,我也纠结。为什么呢?因为这三个词在不同专业人的心里,其所代表的含义是不同的。例如在摄影师心里和电气工程师心里,对“相机感光动态范围”的理解就不同。电器工程师认为,对于相机的输出,动态范围是由可记录的最高电平和最低电平决定的,这只是一串数字。而对于摄影师来讲,动态范围是在画质保证的前提下来讨论的,动态范围再大如果有一半的画面质量不可用,这又有什么用呢?
      电子工业有一个不成文的行规,低端货玩指标,高端货玩口碑。音响、摄影、摄像皆是如此,你不信可以试着关注一下,很多低端产品的电器指标与高端产品没啥区别,这里的关键就在于对“可用”二字的标准不同,而差距这么大之所以能相安无事,完全是因为目标客户群的要求不同,低端产品的客户是不会按照高端产品的要求去纠结这些指标的,或者说低端产品用户根本不了解高端产品好在哪?这些好有什么用。
      所以我觉得,非要把这些术语加以区别,那就按照行业习惯来吧。电器工程师很少说宽容度这个词,因为他们觉得不够严谨,那好吧,就把“动态范围”这个词给他们用吧,暂且认为“动态范围”就是指的是保存信号的能力,也就是用Bit来衡量的指标。
      既然“动态范围”给了工程师,那只好把“宽容度”给摄影师啦,我们暂且认为,“宽容度”是指在画质保证前提下的可用“动态范围”,根据这个说法“宽容度”的范围肯定小于等于“动态范围”。
      那“高感”呢?这个词是最折磨人的(真不知道是哪位仙人的创意)。一般来说,“高感”指的是相机高ISO下的画质表现,而且没有指标,如果我们用噪声水平来作为指标,那请问颜色损失怎么描述,还有所有相机随着ISO的提高,都会大幅损失“宽容度”,而且宽容度指标越大的相机,高ISO的“宽容度”损失幅度就越大,例如D800。所以,我请问当初发明了“高感”这个词的大仙,这些个怎么解?
      好了,言归正传,大家看了我上边对三个词的吐槽和定义,大概也能明白了。DUAL-ISO首先对所谓的“高感”肯定是没有任何帮助,DUAL-ISO的目标是极限提高宽容度,而高ISO损失的恰恰是“宽容度”,这个怎么可能被接受呢。您可能还不甘心,那D800呢?好吧,没有D800的具体数据,但是我们可以推测一下。5DIIIISO100下的宽容度是10.97EV, 而ISO提高到1600后,宽容度降到了9.94EV。D800使用ISO100,宽容度是14EV以上,而D800ISO1600的画质表现却输给了5DIII也就是说,D800ISO1600的宽容度至少不会高于9.94EV,这个下降幅度够可怕的吧。
      所以DUAL-IOS严格的说,首先提高了“动态范围”,因为文件编码从14Bit扩充到了16Bit,增加了4倍。其次,DUAL-ISO提高了“宽容度”,也就是使可用画质的动态范围提高了2EV - 3EV。而对于“高感”…..,算了吧,用高ISO照生活照的大叔大婶们,你们放过DUAL-ISO吧,也放过D8005DIII吧,100D足够你们用的,买个好镜头比啥都强,真的。
      说到这,大家对佳能相机安装DUAL-ISO后与尼康高端系列PK“宽容度”的决心和能力应该没有怀疑了吧。但我相信很多技术大牛对DUAL-ISO的一个瑕疵仍然耿耿于怀,就是DUAL-ISO在提升暗部画质的同时,也使暗部画面的分辨率降低了一半,您可能说,难道就不能像传统HDR一样,照两张再处理吗?嘿嘿,不能!因为DUAL-ISO对自身还有一个高要求,就是…….

UAL-ISO不惧怕活动物体      
                                                                           
      “HDR”之所以用的场景少,很大一个原因就是HDR没办法拍摄活动物体,要是拍摄开动的汽车,汽车在几张照片中的位置完全不一样,处理过后的效果就是连续的鬼影。
      而DUAL-ISO不采用HDR的连拍方式,就是为了解决拍摄移动物体的问题。DUAL-ISO通过破解,从一次曝光中获得所有需要的信息,在拍摄运动物体方面与普通照片的拍摄没有任何区别。



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发表于 2014-11-5 17:49:00 | 只看该作者
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发表于 2014-11-6 11:12:04 | 只看该作者
这图似乎是HDR的原理:

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地板
发表于 2014-11-6 13:29:28 | 只看该作者
真是好帖!說的又專業又詳細易懂
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非常感谢,学习了~
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发表于 2014-11-6 17:56:07 | 只看该作者
非常专业,谢谢!!!
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发表于 2014-11-6 18:18:20 | 只看该作者
讲得太好了,谢谢!
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发表于 2014-11-7 12:35:08 | 只看该作者
谢谢分享,学习了
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QQ
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发表于 2014-11-7 18:05:08 | 只看该作者
文章非常好,很专业。但是还有疑惑,就是丢掉ISO800的高光溢出部分,那么成像是间隔的,那空出的间隔是上下ISO100的像素点参与计算后去填补的,是这样吗?同样低光部分丢掉ISO100的像素,也是同样道理了,是这样吗?中间部分虽然都有细节,但是两种感光度亮度相差大,也需要混合计算,这样同样也降低了分辨率,感觉整体会损失一半像素的分辨能力。对Dual ISO到底怎么解码的,还不明白。
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发表于 2014-11-7 18:57:56 | 只看该作者
非常好贴!
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