数字摄影机动态范围的测试方法

2023-07-24

确定数字摄影机动态范围的方法主要有两大类：一类是使用传感器和图像处理器中基本电路的相关信息计算得出，另一类是使用灰阶测试卡和实验仪器来采集和分析图像，并测量影像级别。第一类计算的方法得到的是传感器动态范围的理论极限值，和实际使用值还有一定的差距，第二类更能反映数字摄影机的实际记录能力。

在传统胶片摄影时，曝光控制的实质是控制亮暗分布，合理地将景物亮度范围放到胶片特性曲线上。数字摄影机感光原理不同，但是不管是CCD还是CMOS，也都有相应的特性曲线。利用数字摄影机进行拍摄时，曝光控制的基本原理相同。由于不同的摄影机感光特性不同，就和不同型号的胶片生产出来之后，其特性曲线不同一样。因此需要在之前对数字摄影机的特性曲线进行测定。

胶片时代，胶片的特性曲线通过感光测定测得。首先，将测试胶片在感光仪内曝光，之后将曝光后的胶片按照标准洗印工艺冲洗，利用密度计测量密度，绘制亮度级数和密度之间的关系曲线，即该胶片的感光特性曲线。

通常所用感光仪的亮度等级为21级。感光仪光源照度均匀，前面放有21级亮度均匀变化的光楔，一般为石墨涂层，保证涂层均匀、极差固定并且为中性灰，并且曝光时间精确，能准确计算出胶片的感光度。

由于数字摄影机的特点，感光测定不再需要在类似于感光仪的暗盒中进行。利用下图所示的亮度灰阶：20档的动态范围，形成21级灰阶，只有相当于第一级灰阶的2的20次方即1048576分之一的光通过第21级灰阶。该亮度灰阶采用全封闭的调压光源、光密设计、快门系统允许逐级测量与评估。木琴形状，越亮级别的灰块越窄，最大可能地减少较亮级别光对较暗级别光的影响。

我们在实际测试时，均采用高质量的蔡司MP定焦距镜头。镜头焦距均为35mm标准镜头。借助专用后焦调整装置SharpMax精确调整镜头后焦，然后借助拉皮尺和利用高清监视器监看来监视聚焦情况，保证焦点清晰。从拍摄得到的灰阶影像主观判断，分析数字摄影机动态范围。