噪声和动态范围

概述

图像质量中，动态范围决定画面明暗细节的容纳能力，噪声是破坏画面纯净度的随机干扰，二者共同影响图像的细节还原度和视觉观感。

详细介绍

图像质量中，动态范围决定画面明暗细节的容纳能力，噪声是破坏画面纯净度的随机干扰，二者共同影响图像的细节还原度和视觉观感。

图像动态范围

（1）定义：相机传感器或图像系统能记录的最亮高光区域与最暗暗部区域的亮度差值，常用曝光值（EV）或分贝（dB）量化。

（2）核心作用：动态范围越高，越能避免 “高光过曝（惨白无细节）” 和 “暗部欠曝（漆黑无层次）”。比如拍摄大光比场景（如日出逆光、室内窗边人像）时，天空、主体、阴影的细节能同时清晰呈现。

（2）关键影响：主要依赖传感器尺寸、像素结构和技术（如背照式、堆栈式传感器），后期 HDR 合成可扩展动态范围，但无法超越原始素材的物理上限。

图像噪声

（1）定义：画面中出现的随机杂色斑点或颗粒感，本质是传感器接收光线时的电子干扰信号。

（2）主要来源：低光环境、高 ISO 感光度设置、长曝光拍摄，以及传感器本身的工艺局限（如小尺寸传感器噪声更明显）。

（3）核心影响：噪声会掩盖画面细腻细节（如皮肤纹理、暗部纹理），让图像显得粗糙、不纯净，严重时还会导致色彩失真。

（4）与动态范围的关联：高噪声会压缩 “有效动态范围”，尤其暗部区域，噪声会淹没原本可识别的弱光细节，让动态范围的实际表现大打折扣。

其常用单位如下：
（1）分贝（dB）：专业设备参数首选，公式为： $D R_{d B} = 20 l o g_{10} (\frac{L_{m a x}}{L_{m i n}})$ ，其中， $L_{m a x}$ 为可辨最亮亮度， $L_{m i n}$ 为可辨最暗亮度。
（2）曝光值（EV）或档（f-Stops）：在摄影实践中常用来形象地描述动态范围的大小，1EV即代表亮度增加一倍或减少一半。

注意：
（1）动态范围≠对比度：动态范围是 “亮度跨度”（即从暗到亮的范围），对比度是 “明暗差异强度”（即亮区与暗区的比值）；高动态范围是 “保留亮暗细节的同时兼顾对比度”的基础，而非直接等于高对比度。
（2）数值越大≠画质越好：需结合 “细节保留能力”，若动态范围高但图像画面伴随严重噪点或色彩失真，实际画质反而较差；
（3）“可区分细节” 是前提：若亮区过曝（细节丢失）或暗区欠曝（无纹理），即使计算出的 “亮度比值” 再大，也不是有效动态范围。