数码相机教程笔记

数码相机工作原理

传感器

• 8位图像每个像素可存储0-255的数值代表明暗，0为black，255为white
• the Bayer array 红色：蓝色：绿色= 1：1：2 人眼对绿色更敏感 马赛克阵列
• 去马赛克算法 田字格 损失分辨率 因此采用叠加复算 同一个色块被4个田字格重复使用 最边上的像素不要了
• 摩尔纹 线条干涉 与阵列排布模式有关
• 传感器阵列存在不感光区域与间隔区 用微棱镜引导间隔区的光

曝光三要素

• 光圈控景深
  • 大光圈 浅景深 同一点进光过多 焦外背景模糊
  • 小光圈 深景深 小孔衍射模糊
  • 考虑拍摄主题
• 快门控动态模糊
  • 1-30+ 夜晚与低光环境
  • 2-½ 流水 大景深景观
  • ½-1/30 移动物体的动态模糊 手持需稳定
  • 1/50-1/100 典型环境
  • 1/250-1/500 运动与动作 望远摄影
  • 1/1000-1/4000 凝固瞬间
• ISO控噪点
  • 胶片50-200
  • 数码50-800
• 曝光三角形 各要素副作用记好 组合效果保证曝光准确
• 档位
  • auto 全自动
  • p iso固定
  • a 固定光圈ISO
  • s 固定快门速度ISO
  • m 全手动
  • b 固定光圈 手控快门
  • 肖像 最大光圈 最小景深
  • 景观 最小光圈 最大景深
  • 运动 1/250或更小的快门速度 最大光圈 高iso
  • 夜晚 慢速快门 高速iso 前景闪光
• 依赖相机测光

测光

• 反射光 白色总显示为18度灰
• 白增黑减 -全白场景还原为18度灰 直方图正态化 增曝可显示白色 -暗色环境还原后偏亮 减曝可显示黑色
• 曝光模式 -点测光 平均测光 -18度灰板测光 -逆光肖像 特殊光源 用点测
• 曝光演绎 正确区分光源 防止高光溢出 了解相机曝光失误

景深

• 前景后景均模糊
• 模糊圈 用来确定景深 与传感器大小有关
• 焦外成像区 模糊效果 不一定是圈 可能是5-8边形
• 由光圈与对焦距离决定 大光圈小景深
• 跟焦距没关系
  • 长焦望远放大 焦平面前后景深基本一致 视角小 焦外成像更模糊 使用主体突出特写 存在瞳孔放大效应
  • 广角贴近 焦平面前景深小 后景深大 适用于风景
• 对焦深度 大光圈小深度 小光圈大深度 深度指传感器可移动的范围

镜头

• 镜头导致的问题包括低对比度 色差 光晕 变形 模糊
• 焦距主要问题就是视角
• 透视效果严格讲与焦距无关 只与站的位置有关 但实际随焦距变化
  • <21mm 超广角 建筑摄影
  • 21-35mm 广角 风景
  • 35-70mm 正常 街道 纪实
  • 70-135mm 中度望远 肖像
  • 135-300+mm 望远 运动 鸟 野生动物
• 焦距与手持摄影 长焦曝光时间短防止摇晃 安全快门与焦距（35mm）等同
• 定焦与变焦 注意跟对焦的关系 一般最大光圈小一档或两档成像质量会好一些

白平衡

• 色温 不同温度下的光谱 高温偏低波长 低温偏高波长 -1000-2000K 烛光 -2500-3500K 白炽灯 -3000-4000K 日出 日落 -4000-5000K 荧光灯 -5000-5500K 闪光灯 -5000-6500K 晴天 -6500-8000K 阴天 -9000-10000K 阴影或阴霾天
• 绿-品红转换 调整人工光源 营造特殊氛围
• 使用RAW 通过参考物质还原场景
• 自动白平衡判断的是光源光 如果拍摄物体本身偏暖或冷 背景物会偏冷或暖 就需要手动调节 自动白平衡在有白色物体的画面中更准确
• 混合光下自动白平衡会分区对待 手动则为单一色调 可能失真

自动对焦

• 自动对焦传感器 检测对比度 可通过直方图理解 对比度最大对焦最锐
  • 对焦系统轻微改变对焦距离
  • 读取传感器对比度看变化如何
  • 根据上步结果调整对焦距离
  • 重复上面步骤
• 影响因素
  • 光亮度
  • 物体对比度
  • 物体动态
  • 选择对比度强 低动态 高亮度的物体对焦
• 对焦点
  • +表示二维对比度检测 更准 在中心
  • -表示一维对比度检测
• 自动对焦模式
  • 连续对焦&伺服对焦 移动物体对焦 耗电池
  • 一次对焦
  • 自动对焦辅助光 对比度小的静物比较适合
• 对焦位置
  • 人像对焦眼睛 对比度高
  • 偏离中心物体用中心对焦要偏后
  • 在条纹场景注意对焦方向

数码照片的品质

数码存储

• 图片用像素存储 像素用RGB存储 RGB用01存储 8位00000000-11111111 256阶
• 因为有三个通道 所以有2^8*3种颜色 真彩色 32位多一个alpha灰度通道
• 人眼可分辨1000w种颜色 24位图像可存储1600w颜色 但更多色阶有利于后期处理
• JPEG跟TIFF文件每个通道只能分别存8位与16位

锐利度

• 描述图像清晰度 由锐度与分辨率决定
  • 锐度描述边缘清晰状况
  • 分辨率描述相邻单元的区分度 传感器决定
• 锐度受颗粒度影响 低颗粒度更柔 高颗粒度更锐
• 远近 稳定性均影响锐度

图像噪声

• 信噪比
• iso 高的噪音高
• 类型
  • 固定模式噪声 长曝光跟温度影响
  • 随机噪声 受高iso跟曝光时长影响
  • 波段噪声 受传感器影响 跟白平衡有关
• 模式
  • 黑色高白色低 胶片相反
  • 曝光不足噪声高 过曝噪声低
• 影响因素
  • 颜色波动
  • 亮斑
• 频率 高频噪点比低频更易接受 振幅也有影响 可通过RGB直方图标准偏差判断
• 通道影响 Bayer排列 -蓝通道噪音最高 -绿通道噪音最低
• 像素高底小噪音高 跟电子降噪技术也有关系

动态范围

• 最大最小的明暗范围
• 强反射与不平衡的直射光场景需要较大的动态范围
• 照度与亮度相关 光质决定
• 感光元件决定单个像素的容忍度 更大的像素尺寸容忍度更高
• 有些相机低ISO是通过抛弃高光部分实现的
• 低ISO层次更强
• 2的n次方表示几档的光变比
• 相机 扫描仪 显示器 打印机的动态范围不一致
• 人眼24档的动态范围 相机6-8档左右 红色低蓝色高
• A/D转换 模拟信号转为数字信号 相机使用10-14位A/D转换信号 但一般就能转化出5-9档
• 记录动态范围与展示动态范围是要去别对待的

高级概念

传感器尺寸

• 尺寸
  • 全画幅 35mm胶片尺寸
  • 中画幅
  • 大画幅
  • APS-C
  • 43系统
• 切割因子是对角线距离跟35mm对焦线的比值
• 镜头的中心部分成像质量好 存在边缘模糊 越大光线使用率越高
  • 传感器尺寸越大 相同视角焦距越小 越小越广角 边缘成像越差
  • APS-C 23mm焦距相当于35mm 转换倍数1.5
  • 传感器越小 需要镜头越轻便
  • 传感器越大 镜头越沉 成像质量越好
• 景深影响
  • 传感器越大 景深越浅
  • 大传感器需要靠近且长焦 所以景深浅
  • 大传感器人像 虚化背景 因为降噪好 拍风景可考虑高ISO 小光圈
  • 小传感器风景 景深大
• 干涉
  • 大传感器小光圈干涉少
  • 干涉影响分辨率 锐度
• 大传感器 像素尺寸大 噪点少 动态范围宽
• 同样尺寸 同样噪点 噪点一般为高频 像素越多 高频影响越小 成像越干净
• 生产上大块传感器质量要求更高 更贵
• 有些镜头配特定传感器
• 相同景深 大传感器分辨率不占优势
• 同样敏感度 大传感器曝光时间更长
• 像素越大 动态范围大 噪点低

干涉

• 艾里斑 2D干涉
• 影响分辨率
• 颜色影响 波长越小 干扰越小
• 同样面积像素越多 干涉越大
• 有些像素矩形 所以会向一个方向偏
• 间隔中干涉要考虑微棱镜
• 干涉并不总是圆形 有时5-8边形
• APS-C在F16会有明显干涉
• 小光圈虽然有模糊 但可表现动态模糊与长曝光流水
• 分辨率
  • 绝对分辨率
  • 人眼分辨率

相机vs人眼

• 可视角度 40-60度 50mm标准镜头
• 焦距对比
  • 眼睛是曲面
  • 中间视场比边缘视场细节更多
• 分辨率与细节
  • 人眼60度 分辨率大概500w-1500w
  • 人眼识别特定模式 如脸 引起注意
  • 不对称 视线下方比上方更引起注意
  • 低光下眼睛识别单色 边缘更引起注意
  • 人眼在识别某些模式上放大后缺失 跟相机最大不同 反直觉
• 敏感度与动态范围
  • 人眼动态范围一般10-14档
  • 相机5-11档
  • 灵敏度人眼星空适应后晚上500-1000 白天1
  • 低光环境人眼灵敏度好一些

理解超焦距

• 在超焦距上对焦可获得从超焦距一半距离到无穷远都清晰的图片
• 为了照顾前景中景与背景
• 无穷远景深最近的一点
• 跟光圈有关（景深）23mm F5.6 5m
• 经验对焦在场景的1/3处
• 超焦距要注意构图及主题
• 注意相机的景深标尺

相机种类与配件

单反 vs DC

• 单反特征
  • 取景器
  • 可换镜 -可用特殊镜头 -画质好 -光圈大
  • 传感器

三脚架

• 使用时机 安全快门 焦距的倒数
• 全景 合成HDR 动画 合成场景 运动场景
• 选购三脚架
  • 稳定性好
  • 重量
  • 个人负担
  • 支架数
  • 最大高度 越矮越稳
  • 收缩长度
• 云台 vs 滚轴头
  • 云台可单独控制两个方向
  • 滚轴头可一次控制 但不一定稳
  • 强度重量比
  • 气泡水平仪
• 三脚镜头支架
• 桌面三脚架 视线越低出图好
• 铝 碳纤维三脚架（湿环境用）
• 独脚架 运动场景 轴线平面动态模糊

闪光灯

• 闪光灯的使用要不留痕迹
• 自然光 人造光
• 光线决定对比度 软光 硬光
• 反光伞反光后柔光 光照度下降
• 半透明塑料板 室外没用 室内有用
• 过分散的光没有对比度 二维化 相机自带闪光灯有这个问题
• 离机闪光灯背对物体效果会好
• 闪光支架效果会好 可消除红眼
• 辅助闪光灯 消除暗影区 减少对比度 耗电多
• 红眼 闪光瞳孔放大 眼底血管尽显 拍照时不要看闪光灯 事先闪光 离远一点
• 电子去红眼效果不一定好
• 闪光白平衡 矫正闪光带来的白平衡失真
• 闪光曝光流程
  • 自然光与闪光两个曝光 有个预闪光评价自然光
  • 闪光时间短于快门 属于曝光阶段中的一部份
• 闪光比
  • 闪光与环境光的比例
  • 总光与闪光的比例
  • 1:8-1:2 效果好 弱闪光 长曝光 作为补光
• 闪光曝光模式
  • 自动 测光快门低于1/60s启动闪光 快门固定1/60 闪光强度取决于明暗程度的测光
  • 程序 一直开闪光 作为补光 低于1/60s同自动模式
  • 光圈优先 闪光比不超过1:1进而延长曝光时间
  • 快门优先 最大光圈不够用时启用闪光
  • 手动 自己调
  • 不能用会闪烁
• 闪光曝光补偿
  • 每一档表示一倍
  • 曝光补偿同时影响自然光与闪光
  • 保持或改变闪光比要先调闪光曝光补偿 然后计算曝光补偿 1/3一档调整
  • 提高闪光比需要增闪光补偿一档 减曝光补偿-½–2/3档
  • 降低闪光比需要减闪光补偿一档 增曝光补偿1/3-1/2档
• 闪光测光
  • 环境光测量 反射直射不分 婚礼摄影黑白对比高 更容易出错
  • 闪光测量 距离影响最大 近亮远暗
  • 使用闪光曝光锁定而不是自动曝光
  • 不同机器要事先熟悉
• 一次二次曝光同步
  • 处理动态模糊 闪光在前 模糊在后会导致逆向运动
  • 二次曝光会增强动态模糊效果

镜头

广角镜的使用

• 概述
  • 焦距小于35mm 视角大于55
  • 超广角 小于20-24mm
  • 用于贴近 容纳更多景物
• 广角透视
  • 近大远小
  • 变形夸张
• 汇聚光线 调整汇聚点在地平线位置 上下会产生不同的倾斜效果
• 引导线效果 建筑会夸张高度
• 内部或封闭空间 广角包容性
• 偏振滤镜 广角用偏振会导致饱和度不均
• 广角控光 不均的光环镜 渐变中灰密度镜
• 广角镜与景深 与长焦镜景深一致 与使用习惯有关
• 使用
  • 离前景近一些
  • 远近景搭配
  • 透视效果 引导线
  • 边缘失真

长焦镜的使用

• 概述
  • 中度长焦70mm 全长焦135mm 视角小于15
  • 长焦会压扁 使物体扁平化 距离压缩
• 远物近化 测不准原理 小视角画框 强化雾气影响
• 浅景深对焦
• 长焦需要短曝光来缩短机身摇晃

移轴镜的使用

• 概述
  • 移轴可使视角变宽 倾斜可改变焦平面位置进而改变景深角度
  • 镜头成像圈大 等焦距画质好
  • 中度望远镜移轴形成全景 扩大视角
  • 移轴镜优化边缘成像质量
  • 相比同等光圈焦距 移轴镜更重且成像质量更好
• 透视控制
  • 远点在地平线上 所有线都垂直地面
  • 移轴会削弱垂直透视效果 使建筑更高耸 更突出 对焦点在地平线之上
  • 普通相机可考虑剪裁或ps
  • 移轴镜头优于数码移轴
  • 全景拼接上移轴拼接用的更少 传感器小更易移轴拼接
  • 视角控制上移轴等效焦距会更小
• 景深控制
  • 沙姆定律 传感器平面 焦平面 影像平面汇聚到一点可得到全面清晰的图像
  • 倾斜可使景深成条带状
  • 对焦采用试错的方法

微距镜的使用

• 放大率 传感器与真实物体大小
  • 焦距 长焦
  • 对焦距离 近
  • 严格讲1：1 不严格可放宽到1：10以下
  • 传感器越小 像素越高 对小物体放大效果越好
• 对焦长度与有效光圈
  • 越是放大 镜头离传感器就越远
  • 进光少 有效光圈越小 景深变大
  • 1：1放大比有效光圈缩小两档 曝光时间要延长
  • 影响自动对焦与取景
• 微距景深
  • 独立于焦距
• 微距衍射
  • 平衡处理
• 工作距离与焦距
  • 焦距越大 工作距离就可以远
  • 不干扰被摄物
• 外接管
  • 用于长焦镜
• 闭合滤镜
  • 用在镜头前 屈光镜
• 其他方法
  • 望远倍率镜
  • 波纹管
  • 反接镜头环
  • 裁剪照片

棱镜耀斑

• 长相 5-8边形 降低对比度
• 产生原因 快门形状与棱镜间反光 视角外强光源
• 遮光罩
  • 花瓣型优于圈型 考虑感光元件
  • 可调波纹管
• 棱镜类型影响
  • 定焦好于变焦
  • 广角镜设计会考虑并添加涂层
• 消除方法
  • 纳入光源
  • 引入遮挡物
  • 减少镜片数

镜头MTF、分辨率与对比度

• MTF表示固定分辨率下降随距离镜头中心距离的变化
• 线粗细表示对比度大小
• 线颜色表示光圈大小
• 线型表示散光方向
• 一般f8分辨率较好
• 不同品牌计算方法不一样

滤镜

• 偏光镜
  • 减少炫光与反射，天更蓝
  • 减光，相当于减少2-3档光圈
  • 线性或圆形偏光镜，圆形适用单反，线性不适合
  • 广角镜中使用有极化现象
  • 日落与彩虹可能因偏光而消失
  • 不平玻璃出现偏光彩虹，飞机上出现
• 中灰密度镜
  • 平滑水流
  • 强光下大景深
  • 减少干涉
  • 让流动物体模糊
  • 增加动态模糊
  • 必要时用，减光很强烈
  • 提高动态范围与本地对比度
• 渐变中灰密度镜
  • 使用明暗变化剧烈场景，如日出日落
  • 考虑光暗变化的剧烈程度
  • 拍摄时考虑位置，强度与透明度
• 雾镜或UV镜
  • 胶片年代UV影响对比度
  • 数码时代主要起保护或保值作用
• 冷暖镜
  • 转换白平衡
  • 数码时代不太需要

关心相机与照片

• 传感器灰尘
• 存储照片 DNG格式？
• 光盘5-10年或50-100年
• 硬盘磁头可能损坏
• 磁带便宜可用，适合大数据量，也会去磁去电
• 不断复制会失真，需要RAID保存，校检与修复过程
• 保护版权
  • 隐藏层
  • 分片段
  • 锁右键
  • 用flash展示
  • 水印
  • Digimarc
  • 数码相框
  • 版权协议
  • 相似图片搜索

数码照片后期处理流程

概述

• 白平衡
  • 色温
  • 偏色
• 曝光补偿与恢复
  • 图像柱形图
  • 远看容易判断曝光
  • 极端色调
  • 限制 如低光噪点
• 噪点还原
  • 高ISO使用
  • 具有专门除噪点软件
• 镜头矫正
  • 光晕
  • 变形
  • 色散
• 细节
  • 锐化
  • 局部对比度
• 对比度
  • 强光会降低对比度
  • 过高会导致不真实，颜色过饱和
• 矫正剪切
  • 拉伸
  • 剪切
• 精细化
  • 色彩
  • 选择增强
• 缩放
  • 不同用途不同缩放
  • 保留原始样本
• 外放增强
  • 选择性优化输出图片

• 其他

  • 存储
  • 显示器矫正

• gimp colors-levels 手动寻找白点，灰点，黑点或自动，可以按照各个通道调节色阶分布，使三原色向中间靠拢，整体就不会显得偏色

  • gimp colors-color balance 调节颜色平衡
  • gimp Color Temperature Plugin 调节色温值
  • 网络教程