相机捕获中可检测到的光强度

介绍

相机与我们的眼睛非常相似，因为它将光子流转换为包含信息的图像。相机中的成像传感器包含一个像素网格。其中每个像素都对在读取阶段或曝光过程中接收的光子进行计数，并输出强度分数。

相机的动态范围定义了从黑色到白色的最小和最大可测量光强度之间的比率，是摄影中的一个基本属性。

成像传感器中的光强度

对于单张图像的捕获，成像传感器可以测量每个像素的特定范围的光强度。典型的传感器可以分辨出256到4096个不同级别或8-12位的入射光强度。

为了方便说明，请看下面的图片，该图显示了一个典型的信号，该信号由一个幅度不断增大的正弦波和热噪声组成。

最低可测量强度受噪声（通常是读取和量化噪声）的限制。击中像素的光强度必须大于此基噪声才能被检测到。见上图和下图的最左边。显示低和高SNR的中间区域位于信号可量化的范围内。随着信号的增大和光强度的提高，像素变得饱和。饱和会导致裁剪和其它伪像，从而导致信息丢失。看到最右边的这个区域。传感器可以分辨的最低强度值到最高强度值的范围称为*动态范围* (DR)。源自我们感兴趣点的入射光与加入的噪声之间的比率称为*信噪比* (SNR)。下图描述了信号幅度、噪声和光强度之间的关系。

成像传感器往往无法捕获到场景的完整动态范围，其结果即为一种称为裁剪的光学现象。裁剪是发生在某个区域的强度超出传感器可以表示的最小和最大强度时一种现象。它会发生在高对比度场景中，场景中同时存在非常亮和非常暗的区域。

调整曝光

相机的读数上限和下限在光子计数方面大致固定。但是我们可以通过调整相机的曝光来改变进入相机并撞击像素及被读取的光子数量。两个不同的曝光值，EV，需要不同数量的光子撞击一个像素，才能以相同的读出强度或对比度值检测到。本质上而言，我们的目的是通过改变从目标区域到达相机的光子数量，来使成像传感器在信噪比处于令人满意的健康的工作区间内工作。 拍摄深色物体时需要较高的曝光量来增加输出值，明亮的物体则需要较低的曝光量来减少的输出值。

进一步阅读

要了解有关曝光的更多信息，我们建议您阅读我们的下一篇文章 Stops（曝光级数）简介。