01、相机的探测上限

照片中最亮的区域是白色。现实世界中，如果有一束光非常亮，亮度超过了相机探测上限，那么在照片上就会变成白色。

探测上限越高越好。如果上限太低，可能遇到一个路灯，就过曝了（变成白色）。而探测上限非常高，直接拍太阳可能也会保留很多细节。

02、满阱容量

相机的探测上限由满阱容量决定。

光线照射到相机的传感器（如 CMOS）后，光子被转化成电子，电子在像素阱内积累。一个像素最多能装下的电子数，就是这个像素的满阱容量。

假如，一个像素的满阱容是 5 万个电子，那么相机就会设定 5 万个电子所转换成的灰度值为白色。如果像素的满阱容是 3 万个电子，那么相机就会设定 3 万个电子转换成的灰度值为白色。

03、相机的探测下限

相机本身存在一些固有噪声，即使没有任何光线，噪声也依然存在。影响最大的就是读出噪声，由相机工作过程中产生的电子所引发。

如果一束光非常暗，光线激发出的电子数没有超过读出噪声引发的电子数，那么这束光就被淹没在噪点中了，无法在照片中分辨。

读出噪声决定了相机的探测下限，低于探测下限的光线，将无法被分辨。* 如果是长时间曝光，还要考虑热效应导致的暗电流噪声的影响。

04、动态范围（DR）

探测上限与下限的比值，就是动态范围，在公式中一般用满阱容量除以读出噪声表示。

假如，单个像素的满阱容量是 5 万个电子，相机的读出噪声是 1 个电子，那么动态范围就是 50000:1=50000。还可以将其转换成更常用的单位，分别是 94DB，或者是 15.6EV。

EV（档）是比较常用的单位，假如探测下限是 1 个电子；升高一档就是提高两倍，变为 2 个电子；升高两档就变为 4 个电子；升高三档就变为 8 个电子…… 升高 15.6 档就接近 5 万个电子了。

05、提升动态范围

动态范围越大越好，提高动态范围可以从两个方向入手：提升满阱容量；降低读出噪声。

* 注意，只有拉开两者的差距，才算是提高了动态范围。如果满阱容上升了，读出噪声也跟着上升了，动态范围可能会保持不变。

1.提升满阱容量

提升满阱容量，可以保证高光不过曝。这属于提升上限。

增加像素尺寸：最简单的方法就是增加单个像素的尺寸。相机传感器的单个像素大小可以达到 3 微米，手机传感器单个像素大小可能只有 1 微米。

相同尺寸的传感器，像素数越低，单个像素的面积越大，不仅动态范围高，信噪比也高。所以厂商不会一味提高像素。

2.降低读出噪声

降低读出噪声，可以捕捉到更微弱的信号。这属于拓展下限。

降低读出噪声的占比：常见的是双 ISO 设计，只提升信号的亮度，不提升噪点的亮度，减小了噪点的占比。

图像合并：将多个像素合并为一个像素，或将多张照片做平均值堆栈处理，降低了读出噪声。

3.曝光合成

通过调整光圈与快门时间，改变进光量。针对强光部分，减小进光量，避免达到满阱容量。针对弱光部分，增加进光量，让弱光信号高于读出噪声。（不建议调整 ISO 进行曝光合成，因为 ISO 不会改变进光量）

06、ISO 对动态范围的影响

提高 ISO，会降低动态范围，主要是因为高 ISO 降低了像素的满阱容量（或者说提高了读出噪声）。

假如像素满阱容量是 3 万个电子，在基准 ISO 时装满 3 万个电子才会在成片呈现白色。如果把 ISO 提高一档，1.5 万个电子就会呈现白色，虽然像素还能装下 3 万个电子，但 1.5 万以上都没有意义了。

* 双 ISO 会在第二档基准 ISO 的位置减小读出噪声的灰度值，因此动态范围暂时有所回升。

本文来自微信公众号：摄影研修社（ID：shoujiPhotography）