Линейность сенсора

Сенсоры являются устройствами с линейной характеристикой. Если вы удвоите количество света, сенсор выдаст вдвое большее значение, если только пиксели не переполнены (*). Когда пиксель достигнем предела своей емкости, он будет выдавать «обрезанное» максимальное значение. Человеческое зрение нелинейно, как объясняется в статье про динамический диапазон. Удвоение света при слабой освещенности дает гораздо больший эффект, чем его удвоение на ярком свету. Наше зрение усиливает свет в тенях и ослабляет яркий свет.

Сенсоры реагируют на свет линейно (*), тогда как человеческое зрение реагирует нелинейно, что часто описывается степенной кривой со степенью около 0.45. Таким образом, замеренной сенсором значение "127" воспринимается глазом как "186".
Если мы будем экспонировать этот сенсор до тех пор, пока пиксели не заполнятся, то самые яркие пиксели будут иметь значение 254 (255 будет обрезано). Если мы вдвое уменьшим количество света, что самые яркие пиксели примут значение 127. Это значит, что самое яркое место кадра использует лишь половину и 255 доступных оттенков; человеческое зрение тут менее чувствительно. Для описания темных мест (к которым глаз более восприимчив) останется совсем мало полутонов. Из-за этого линейное RAW-изображение будет слишком темным, а его гистограмма будет смещена влево.
Сенсоры (красная кривая) реагируют на свет линейно, тогда как человеческое зрение (зеленая кривая) реагирует нелинейно, что часто обозначается кривой гаммы 1/2.2. То, что сенсор измеряет как "127", наш глаз воспринимает как "186" (или "2047" воспринимается как "2988", как показано на диаграмме для 12 бит). Синяя кривая является типичной тональной кривой, применяемой к линейным данным для компенсации человеческого зрения и для компрессии динамического диапазона в более узкий динамический диапазон монитора или принтера таким образом, чтобы изображение было приятным для глаз.
Таким образом, цифровая камера применяет к линейным необработанным данным тональную кривую, чтобы картинка выглядела приятнее на экране и на печати. Применение коррекции гаммы 1/2.2=0.45 позволяет выделить больше полутонов теням и меньше полутонов ярким участкам, что соответствует особенностям нашего зрения. При работе в цветовом пространстве с гаммой 2.2 типа sRGB или Adobe RGBизображения лучше воспринимаются на мониторе и на печати, а также избегается постеризация (полосатость).
В реальной жизни камеры и конверторы RAW применяют немного больше коррекции гаммы, использую более изогнутую логарифмическую кривую, чтобы "сжать" большой динамический диапазон до размеров, подходящих для монитора или принтера, и чтобы изображение было приятным для глаз.

(*) На практике имеется некоторая нелинейность в глубокой тени и на самых ярких участках. Кроме того, некоторые камеры типа Nikon D2X обрабатывают полученные с сенсора данные до АЦП.

Back to top