我要五彩斑斓的黑!简单聊聊摄影成像色彩

写这篇文章的起意是一条私信,主要问的是索尼的出片色彩不太好,RAW文件后期是否可以挽回:

我要五彩斑斓的黑!简单聊聊摄影成像色彩

针对这些问题写一篇吧,不会太长。

首先,对于有无损压损编码的索尼机身来说,14bit RAW色彩调整空间是比较大的,在其动态范围以内的灰度和色调基本都能找回;其次,拜耳色彩滤镜阵列传感器的色彩是在处理器端插值估算出来的,所以对直出影响最大的是机内解马赛克和白平衡算法,在完全相同的拍摄对象、拍摄光源环境和拍摄设置,以及不超过动态范围和光谱响应范围,却同工艺同尺寸的传感器在低感光度下,可以通过RAW后期实现非常近似、肉眼不可辨识差别的色彩输出。

所以,如果是JPG直出,机身算法和白平衡基本框定了照片色彩的范围,这是索尼目前做得不算很好的地方。但如果是RAW,在后期给力的前提下完全有一战的资本。

此前我曾专门聊过镜头色彩的构成要素(最主要是色散),但同时也强调过数字时代算法为王,不过在传感器硬件端,好的设计对于好的色彩呈现也非常有必要,简单来说就是传感器的像素设计,以及各个波段光谱响应。

目前来看,像素设计主要是马赛克式的单像素对应单波长光谱滤镜,比如RGBG的拜耳阵列,和单像素全波长接收的Foveon X3(当然以前还有3CCD,但现在已经基本被淘汰了)。

我要五彩斑斓的黑!简单聊聊摄影成像色彩

单像素单波长光谱滤镜的设计优势就是硬件相对简单(商品市场,成本大于天),除了拜耳之外还能衍生出诸多组合,比如RGBE、CYYM、CYGM、RCCC、RCCB、X-Trans等等,但共同点是必须通过猜色才能输出正常的彩色照片。

我要五彩斑斓的黑!简单聊聊摄影成像色彩

而Foveon X3不同,它直接由上至下堆叠了对应蓝、绿、红三原色波长的硅基光电二极管,一个像素实现全部颜色的接收,所以不需要插值猜色,也先天就不需要低通滤波,每个像素都能获得充分的全波长信号,而不像拜耳阵列那样,一个像素只能接收与其色彩滤镜对应那一部分波长的信号,因此在低感光度下X3传感器的分辨率和锐度是相当惊人的,拍风光可轻松数毛。

但X3这种堆叠式的设计依赖的是光波在硅基内的渗透能力,波长最长的红色穿透性最强,所以被安排在最底部,但问题是越靠底部的色彩层就越容易被串扰,所以它的红色色准相对要低不少(尤其是4:1:1的Quattro),这就会造成一、红色信息不可避免的丢失;二、RAW域文件存在偏色,需要比较繁琐的机内矩阵化处理来还原到符合标准色域的范畴内,但色域转换的过程又会带来额外的色彩噪声,因此一直以来高感表现都不是X3传感器的强项。

最重要的是,三层结构的X3传感器的RAW数据量大,对速度要求很高,但这方面恰恰又是它的短板,这也导致它对焦慢、响应慢且很难做视频功能(SD Quattro其实有改进,这个机器我也有,回头做一次分享测试吧),再加上目前马赛克式设计在高像素前提下也能通过缩图的方式来获取非常高的信噪比,所以X3虽然在色彩表现上听起来很不错,但实际操作明显更复杂。但它的优势是在低感光度下,有比较出色的直出高分辨率和高锐度,这让它尤其适合拍摄风光、静物,这些在后续SD Quattro的解析+测试+体验文章里会深入讨论,在这里就不继续延伸了。

我要五彩斑斓的黑!简单聊聊摄影成像色彩

除了传感器的结构之外,另外几个影响出片色彩的硬件要素分别是各波长光谱的量子效率和动态范围。所谓量子效率也就是光电二极管光子变电子的效率,不同的传感器对不同波长有不同灵敏度,这需要有目的的进行调整。在工艺相同的情况下,黑白传感器的量子效率高于彩色传感器,这是因为黑白像素无需铺设色彩滤镜,可以充分获取全波长光子信息,这也是为什么黑白传感器动态范围和信噪比更高的原因之一,而背照式设计可有效提升量子效率。

我要五彩斑斓的黑!简单聊聊摄影成像色彩

拜耳阵列三原色的量子效率从高到低一般是绿红蓝,当在白炽光下拍摄时,红色波长很多,这时候就需要白平衡放大蓝绿两色来均衡,实现中性色调,所以白平衡算法跟传感器各波长光谱量子效率有着直接的关系,这个硬软件结合做得不好就很容易在色彩上出问题,RAW理论上可以解决,但也要具体问题具体分析,有时候工程量也是一点儿也不轻松。

我要五彩斑斓的黑!简单聊聊摄影成像色彩

如上图所示,动态范围对色彩的影响也是显而易见的,尤其是在大光比的环境下高动态就有更丰富的灰度细节,同时在强拉暗部亮度时噪声也会更少(最重要的是降低某些传感器独有的底噪,比如佳能5D3/6D2的紫色底噪),细节的色彩表现也会更好。但这又提出了一个新的问题:当镜头、传感器、算法都足够好的前提下,你的显示器跟得上么?

想要真正让照片好看,高动态、高对比、高色域覆盖的显示器是必需品,这三点在为设计而优化显示器上并不难凑齐,但如果你是想用笔记本电脑来修图或展示你的摄影作品,那就要稍微注意一点了,笔记本的整体出货量虽然已经超越了台式机,性能方面处理器、显卡、SSD、内存都已经渐渐跟了上来,但屏幕却一直远远落后,HDR目前在笔记本上还基本上没影,原生8bit就已经可以当主卖点使劲儿吹,色域更是不知道被哪个鸡贼的品牌弄成了以NTSC为标准……但问题是色域是与应用直接挂钩的,NTSC并非图像后期的标准色域,这方面还得是sRGB和Adobe RGB(MacOS就还要带上P3)。

我要五彩斑斓的黑!简单聊聊摄影成像色彩

72% NTSC是广大笔记本品牌在宣传屏幕时的主要卖点,也有不少媒体在误传72% NTSC=100% sRGB,但我们知道色域可以理解成一个圈地游戏,72% NTSC圈出来的面积是跟100% sRGB一样大没错,但它俩一定圈的是同一块区域么?那可太不一定了,完整的NTSC和sRGB色域只重叠89.97%的部分,更何况还是不完整的NTSC,部分标称72% NTSC色域面板的笔记本实际只能覆盖不到60%的sRGB色域和不到40%的Adobe RGB,好一点的可以到90%和60%左右。没有和sRGB或Adobe RGB重叠的部分不但起不了作用还可能坏事。

同时大多笔记本显示屏的Delta E彩色色准也大多在4~5之间,色彩表现跟外置专业显示器差别非常明显,用这种屏幕来做色彩方面的工作几乎一定会出问题,所以如果想在后期色彩上做到高水准,一台好显示器是很关键的。

今天主要就是单纯从传感器到显示输出做了一个简单的解构,其实还有一些细节,比如显卡输出的色彩位宽等等可以说,但这个就比较细,属于比较偏技术而非摄影实用的部分,就没有展开了。


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