原始文件转换与曝光设置为+5.0在Adobe相机Raw

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光子拍摄噪声(光的随机性质)意味着捕获的图像总是有噪声的，但是少量的噪声对构成图像阴影区域的弱信号的影响要比对构成高光的强信号的影响大得多。

在第一部分我们研究了动态范围是什么，差异在哪里，以及为什么它不能真正代表整体图像质量。在第二部分中，我们将着眼于影响动态范围的因素，以及为什么我们不倾向于在评论中引用DR数字。

正如我们在第一部分中讨论的那样，动态范围的下限是噪声在阴影中压倒图像的点。为了理解动态范围，你需要理解噪声。

噪音的来源是什么?

噪声是指信号与其期望值的变化程度。有很多因素会导致图像中的噪点，但为了简单起见，我们将它们分为两大类:读噪音，相机中所有电子噪声源的综合影响，以及光子散粒噪声这种变化来自于光以随机间隔到达表面的事实，作为一系列量化包。

第二个噪声源更难想象，因为我们的眼睛和大脑已经进化到可以补偿它，所以它不是很直观。但在你拍摄的大多数照片的大多数色调中，光子噪声是主要的噪声来源。你可以阅读我们的入门但要点是，你的信号越多，噪音就越不明显。

为什么信噪比如此重要?

从数字上讲，与直觉相反，高光比阴影的差异程度更大，但我们认为阴影是图像中嘈杂的部分。

这是因为噪音的程度并不是你认为的噪音，而是的关系信号和噪音之间的区别很重要。少量的噪声对构成图像阴影区域的微弱信号的影响要比对构成高光的强信号的影响大得多。

一些例子

让我们看看这两种噪声源——电子读取噪声和光子发射噪声的影响。第一张图显示了一台能够保留多达40,000个光电子的相机的理论信号(蓝线，左边的比例)。右边的刻度绘制了我们通常期望的光子射击噪声(橙色线)和读取噪声(绿色线)的数量，从最暗的可记录色调(底部刻度，0%亮度)到剪裁(100%亮度)。

要认识到的一个关键问题是，即使是一个虚构的相机，在它的图像中完全没有添加电子噪音，仍然会有嘈杂的阴影。光子散点噪声(光的随机性)意味着捕获的图像总是有噪声的。但为了弄清楚为什么这种噪音通常出现在阴影区域，我们将把橙色的线分解成蓝色的线，并看到结果的信噪比。

下图显示了图像中不同亮度级别的信噪比。他们展示了信噪比是如何随着亮度(信号)的增加而增加的。(坐标轴以对数尺度绘制，因此每次划分表示亮度或信噪比增加一倍或减半。在这张图上，底部的刻度停止在切点以下，而不是百分比。您可以将鼠标移到“正常”比例按钮上，以查看使用与上图匹配的比例绘制的相同数据。)

对数刻度(停止)

正常的范围

重要的一点是，即使完全没有电子读取噪声，当你看向图像中较暗的色调时，信噪比也会下降(噪声增加)，在图表的左边。即使有一个完美的传感器没有添加噪声，你的动态范围最终也会受到光子噪声的限制。

电子噪声

然而，现代相机中的传感器并不完美:在捕捉光线的过程中会增加少量的电子噪声，在读出过程中会增加更多的噪声，直到信号被相机的模数转换器编码成数字。

这种电子/“读取”噪声的来源有很多，包括传感器变暖时的热噪声。但在现代的传感器上，直到长时间曝光，它们往往控制得很好。

如果我们将读取噪声的影响添加到我们的图表中，您可以看到它们对整体信噪比响应曲线的影响。尽管原始图上的绿线看起来微不足道，但你可以看到它已经显著地改变了曲线的形状。

正如你所看到的，读取噪声使信噪比曲线的底部从我们看到的光子发射噪声的直线上下降。再一次，尽管读取噪声总量相对较小，但在信号较弱的区域，即阴影区域，仍然会产生重大影响。读取噪声的微小差异会对这些深阴影的可用性产生很大影响。

在这个例子中，我们假设有5个电子的读取噪声(按照现代标准，这是很高的)。这在高光中几乎没有影响(削波时信噪比降低了0.04EV)，但足以将测量的工程动态范围从15.3EV左右降低到12.3EV。

相同的DR数字，不同的图像质量

这并不令人惊讶，但想想这对DR测量意味着什么:具有低读取噪声的相机将比具有高读取噪声的相机具有更大的动态范围。在极端情况下，这可能意味着相机在图像的其他地方具有出色的图像质量，但高水平的读取噪声与质量较低的相机具有更好的读取噪声控制以获得更清晰的阴影提供相同的DR数。

在这里，我们增加了第二个摄像头，它的电子容量更小(例如，一个更小的传感器)，但读取噪声也更小。您将看到它们在同一点越过SNR=1噪声阈值，因此将测量捕获约12.3EV的动态范围。

然而，在大多数范围内，相机1产生的图像更清晰，信噪比更好，在光圈4附近的图像质量几乎好了一个光圈，这通常是许多相机使用的中间灰度。

这是我们偶尔会看到的，当比较旧的佳能传感器和较新的低读取噪声芯片时，人们会错误地认为匹配的DR数字意味着两个相机将具有相当的图像质量。这不是真的。

这就是为什么我们通常不引用动态范围数字在DPReview.com:因为虽然他们是一个完美的有效的方式来描述一个传感器的单一属性，我们经常看到他们讨论，好像他们意味着更多的。相反，我们的动态范围测试试图直观地展示不同相机的深阴影响应，其中存在动态范围的差异，同时也向您展示深阴影上方的色调看起来像什么。

这并不是说我们的DR测试是完美的，但我们希望它们能提供一个更清晰的印象，说明相机之间的视觉差异，而不仅仅是提供一个单一的数字。

所以动态范围值得关注吗?我们将在第三部分讨论这个问题，以及对数字成像未来的影响。