动态范围的底层原理

现实世界中的光线进入相机，会激发传感器产生电子。

相机传感器每个像素能容纳的电子是有限的，超过一定数量后就装不下了。所以说，现实世界的光线产生的电子数太多，就超出相机的记录范围了，也就是过曝。

相机本身有读出噪声，可以用等效电子数来衡量。举个例子，假如相机的读出噪声相当于 3 个电子产生的信号波动，那么现实光线入射相机后产生的电子数超过 3 个，才能不被噪声淹没，才能看得见。

ISO 对动态范围的影响

我们用一张图来演示：假设一个像素的满阱容量是 3 万个电子，读出噪声等效为 3 个电子，拍摄两张曝光相同但 ISO 不同的照片。

我们看左图，ISO100 时，光圈为 F2、快门为 2 秒。这个进光量下，最亮的地方产生了 30000 个电子，刚好能被记录下来。能产生 3 个电子的地方也能刚好能被记录下来，这个范围内的光线刚好能被相机记录。

动态范围是 30000:3=10000（相当于 13.3EV）

我们看右图，ISO 200 时，光圈 F2、快门为 1 秒。进光量减少了一半，所以最亮的地方只能产生 15000 个电子，产生的信号被 ISO 放大后，等效于 30000 个电子，刚好能被记录下来。

原本产生 3 个电子的地方，现在只能产生 1.5 个电子了，被 ISO 放大后等效 3 个电子。但是，读出噪声也被 ISO 放大到等效 6 个电子的水平了，所以这个地方无法被有效记录了。反而能产生 3 个电子的地方，可以被 ISO 放大到 6 个电子的水平，可以刚好被记录。

动态范围是 30000:6=15000:3=5000（相当于 12.3EV）

提高 ISO 后，暗部的读出噪声影响变大，原来能记录的暗部细节丢失了，动态范围被压缩。理论上，每提高 1 档 ISO，动态范围就会减小 1 档。

直观理解

在保证照片曝光参数（光圈、快门、ISO 组合）相同的情况下，提高 ISO 就会减少进光量，从而导致信噪比下降，而最暗的地方会最先受到影响，所以暗部细节丢失，高光部分不变。

若保证进光量（光圈、快门组合）相同，提高 ISO，读出噪声虽然被放大，但是信号也被放大，所以暗部的细节不会减少。但是高光部分被放大后，原本还没过曝的地方就先过曝了，所以高光细节丢失。

简而言之，高光和暗部必会损失一个，从而导致整体的范围缩小。

本文来自微信公众号：摄影研修社（ID：shoujiPhotography）