反差、何謂反差？動態範圍與反差的關係
反差、何謂反差？動態範圍與反差的關係
初學拍照時，常常拍得的照片亮度分布與肉眼所看的不同，明明眼睛看到是均勻的明亮，但是照片拍出來的，不是天空太亮就是地面太暗，其實造成這個問題的原因就是反差。反差的主要原因在於，人眼可以感受的亮度的範圍遠大於相機可以記錄的範圍。
反差
因為人眼對光線的感受容度遠大於相機可以容納的寬容度！相機雖然是摹擬人眼的視覺，但是相機能捕捉到的光線和人眼有極大的差距。
相機的LCD或是電腦螢幕顯示的是JPEG照片，JPEG所可以顯示的光線範圍大約是8EV（光線明暗8格），所以如果拍攝的物體反差範圍超過相機能捕捉的動態範圍，就會拍到暗部全黑或是亮部過曝變白的相片。
暗部全黑或是亮部過曝變白都是感光元件失去訊號無法捕捉的範圍，如果我們把人眼可以感受的亮度用灰階來表示如下：
相機往暗處拍攝時亮部會超過寬容度而過曝；相機往亮處拍攝時暗部會缺少光線而過暗失去細節。而使用黑卡技術控制光線進入相機進行曝光，或使用漸層減光鏡來減低明暗光比，藉以減少反差、讓光線符合相機動態範圍而拍攝出與人眼所見類似的照片。
動態範圍
我們先了解一下什麼是動態範圍，動態範圍又稱動態寬容度，簡單來說，動態範圍就是這個影像所能分辨的最暗與最亮的範圍，在攝影裡，大多以EV（曝光值／Exposure Value）的級數來表示，每降低一個EV，曝光量是減為原來的一半，曝光值是一個倍增或倍減的函數。
一個晴天的戶外，動態範圍約為17EV，一個24bits色階(RGB各8bits)的標準螢幕是8EV，就連相機提供的JPEG檔也是僅有8EV的動態範圍，而大多數的數位相機能紀錄的動態約在10EV到12EV之間，.......................當今最高寬容度的14.8EV來看，還是低於17EV。
而晨昏時光線昏暗的微光時刻，人眼的動態範圍約為20EV，現今最新的相機的動態範圍14.8EV，也是還遠低於晨昏攝影20EV的需求，而且這14.8EV指的是RAW檔，不是JPEG檔。
＂動態範圍＂大家有一個的誤解：（感光元件的動態範圍）等於（影像的動態範圍），其實感光元件的動態範圍範圍並不等於最後影像的動態範圍。
而晨昏時光線昏暗的微光時刻，人眼的動態範圍約為20EV，現今最新的相機的動態範圍14.8EV，也是還遠低於晨昏攝影20EV的需求，而且這14.8EV指的是RAW檔，不是JPEG檔。
＂動態範圍＂大家有一個的誤解：（感光元件的動態範圍）等於（影像的動態範圍），其實感光元件的動態範圍範圍並不等於最後影像的動態範圍。
感光元件的動態寬容度，只能幫最後的影像提供20%的幫助，影像照片動態範圍最主要的80%完全取決於測光系統的使用與曝光技巧的輔助。
晨昏攝影裡相機拍攝所得與人眼所見不同的原因，大部分都是組成構圖與拍照環境裡每個小部分光線亮度不一樣的問題，相機的感光元件動態寬容度不足以反映環境裡亮度的差異就是反差。
以反差最大、最難拍攝的合歡山高山日出做為測試來說明：
我們都知道：亮部過曝死白就失去細節，而晨昏時刻最亮的地方就是天空，所以我拍攝這張照片時對天空點測光拍攝，由這張照片看來，晨昏這個時刻對亮部測光所拍攝的照片，只有天空的亮度與顏色符合在照片的動態範圍裡面，地景完全黑暗。
雖然這張JPEG如此，但是拍攝時我是設定RAW+JPEG，這張JPEG原始的的RAW檔裡，漆黑的暗部實際卻隱藏著東西......
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利用上一張照片的RAW檔，經過LIGHTROOM加EV調整亮度，就發現其實有拍攝到暗部，只是暗部的實際亮度不足顯示，而且畫質不佳！
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| RAW檔 EV+5 再把高光亮度 -100 |
再利用LIGHTROOM把EV+5後過曝的天空高光亮度降低拉回，這時候！這張照片的動態寬容度就同時擴展到天空與地面了。這時候，您應該發現一個問題，LCD看到拍攝的JPEG檔是暗部全黑的，但是RAW檔裡有紀錄到暗部的資訊，只是JPEG無法顯示（當然畫質也還不夠好）
LIGHTROOM調整明暗過程：
照片雖然同時顯示了亮部與暗部，可以看出原本全黑的區塊雖然可以看到地景，但是還是有很多黑色的部分與不清晰的畫質。照片如下圖：
或與有人會問：那如果增加曝光時間是不是可以讓地景變亮？答案：地景會變亮....但是....天空會過曝！
答案：地景會變亮而且不會有嚴重的雜訊.......但是天空會過曝慘白失去細節！請看當時的直方圖（下圖右上）
如果有開高光警告，照片會如下圖
紅色亮起部分，代表高光溢出（過曝、無任何紀錄），直方圖放大如下：
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直方圖顯示：左方離開圖框代表無全黑區域，但是最右邊高起貼合圖框，代表高光區域過曝。既然剛剛亮部測光所拍的RAW檔可以 +EV來看暗部，那麼這張暗部測光的RAW檔也試試用 -EV來看亮部。於是我們發現了有趣的事情，這張RAW檔EV-5以後，地景全暗了，但是天空剛剛亮起的高光警告區，依然過過曝慘白到毫無修復的可能。
以上說明了晨昏攝影裡的＂其中＂一個曝光原則：在保留高光的前提下，儘可能的保留暗部細節的道理「向右曝光」！（注意：這只是其中一個曝光原則，其餘的原則改天再寫）。所以！我打算在進行拍攝下一張照片時，我用了反向漸層鏡幫天空的亮部減光.....
進行下一張照片拍攝以前，預先在鏡頭前的濾鏡架裝上反向R0.9與反向R0.6（共計R1.5）漸層減光鏡，藉而減少天空的進光量而增加曝光時間，天空亮度因漸層鏡降低也拉近與地面的方差進行拍攝。由拍攝的原始照片就能清楚看出地貌已經清晰可見，而且天空亮部沒有過曝，拍攝原圖如下圖：
最後！把上圖的RAW檔經由LIGHTROOM微調曝光，調整過程如以下影片：
LR的調整參數如下：
最後！轉存照片
如此！就是降低反差與擴展動態範圍的完整過程
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| 拍攝前的前置工作加上適當的曝光最後加上微調處理，是一張照片形成的過程 |
由剛剛一開始針對天空亮部測光拍的第一張照片可以看出，動態寬容只滿足於天空亮部的顯示。
加上反向1.5 （R0.6+R0.9）漸層減光鏡減少天空的進光量，藉以拉近與地面的反差進行曝光而增加地面的曝光值；曝光後，地面已經由一片全黑轉為清晰可見，動態範圍已經由天空擴展到地面。
最後RAW檔由LIGHTROOM軟體微調輸出。
這些全部的過程是不是就如剛剛所提到的＂感光元件的動態寬容度，只能幫最後的影像提供20%的幫助，最主要的80%完全取決於測光系統與曝光技巧的幫助。＂
順便附上日出時，使用反向GND 0.9直接拍攝的照片，光圈優先，高速快門。此時陽光已經照耀大地，天空經過反向0.9減光以後與地面已幾乎沒有反差，這張照片就沒有再經LR多做微調，而且拍攝時沒有使用黑卡，所以沒有黑卡線的疑慮！
如果是晨昏的微光時刻人眼可看到的亮度約20EV，雖然現今最新所測試的COMS寬容度達14.8EV，20EV與這14.8EV還是有很大的差距。何況這14.8EV指的是拍攝的RAW檔，並不是JPEG，下面的影片是拍攝時已經加上反向漸層減光鏡，降低天空與地面地的反差，RAW檔再經由LIGHTROOM調整後輸出為JPEG。這樣的明暗就接近人眼所見！
微調以後即可快速出圖，其實為了讓大家可以明顯看出差異，調整時刻意移動一些參數，扣除那些動作的步驟，15秒即可以完成影像調整、快速出圖。
降低反差獲得最大寬容度
拍攝時前置降低反差的方法很多：黑卡技術、漸層鏡+鏡架與改變構圖讓畫面裡的明暗接近都算降低反差的方法。
這樣說大家可能會嚇一跳，其實原理不難理解，謹記＂高光優先＂的重點。數位相機的影像紀錄編碼原則為由全黑到全白，我們也就此明白一個道理：欠曝全黑、過曝死白。數位相機的RAW檔格式是固定的大小，為了符合光線原則，光線一進入相機就開始記錄。通常一個畫面裏面的高光區的光線優先記錄到相機裡面，這個動作也佔用最多的細節紀錄；光線持續進入相機就持續記錄，一直到過曝就全白到無細節，這個全黑到白的變化就是光線再相機編碼的刻錄過程。
這樣說大家可能會嚇一跳，其實原理不難理解，謹記＂高光優先＂的重點。數位相機的影像紀錄編碼原則為由全黑到全白，我們也就此明白一個道理：欠曝全黑、過曝死白。數位相機的RAW檔格式是固定的大小，為了符合光線原則，光線一進入相機就開始記錄。通常一個畫面裏面的高光區的光線優先記錄到相機裡面，這個動作也佔用最多的細節紀錄；光線持續進入相機就持續記錄，一直到過曝就全白到無細節，這個全黑到白的變化就是光線再相機編碼的刻錄過程。
下列的圖片，您可以注意看JPEG的大小，您會發現：［同一個場景當記錄的細節越多時JPEG的檔案就愈大］
把這張照片的JPEG與Raw檔分別打開，看其大小：JPEG 18.9MB、RAW 110MB
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| 欠曝全黑、過曝死白。數位相機的RAW檔格式是固定的大小，為了符合光線原則，光線一進入相機就開始記錄。通常一個畫面裏面的高光區的光線優先記錄到相機裡面，這個動作也佔用最多的細節紀錄；光線持續進入相機就持續記錄，一直到過曝就全白到無細節，這個全黑到白的變化就是光線再相機編碼的刻錄過程。 |
多紀錄一些細節JPEG檔案就會變大，但是與Raw檔不變，看其大小：JPEG 19.3MB、RAW 110MB
RAW檔的大小始終沒改變，只有JPEG會改變大小
多紀錄一些細節JPEG檔案就會變大，JPEG 24.9MB
多紀錄一些細節JPEG檔案就會變大，JPEG 34.3MB
而光線的亮度如果降低1EV，其形成的曝光量就會減為原來的一半。由此可以知道，畫面裡的最亮區域因為光的優先進入，會先佔用可以儲存的色階位置，並隨著時間開始累積，高光的區域是紀錄最多的，佔了總儲存色階數的一半，如果以12bits色階來記錄照片，那共計4096色階，而畫面裡最亮的部分總儲存色階數的一半2048 色階
這個區域光線優先進入，色階數就會佔用2048色階（其餘的區域佔2048色階）；
只要這個區域降低1 EV，色階數就會降為1024色階（其餘的區域佔3072色階）；
只要這個區域再降1 EV，色階數就會只佔 512色階（其餘的區域佔3582色階）；256、128、64、32...以此類推。
因此一個使用錯誤曝光技巧或曝光不良的照片，就會降低照片的動態範圍，如果你真的很關心照片的畫質，買了再高動態範圍的相機，也一樣要專注在測光與曝光的關係上，善用各種＂前置＂的反差控制的技巧，一個高寬容度的感光元件，並無法真正滿足各種環境狀況或光線的動態範圍，照片的動態範圍的真的增加，歸功於測光的運用與曝光技巧的互相搭配與工作。拍攝時！讓最多的資訊寫入相機，最後加上RAW調控工作與完整輸出影像。
這個區域光線優先進入，色階數就會佔用2048色階（其餘的區域佔2048色階）；
只要這個區域降低1 EV，色階數就會降為1024色階（其餘的區域佔3072色階）；
只要這個區域再降1 EV，色階數就會只佔 512色階（其餘的區域佔3582色階）；256、128、64、32...以此類推。
因此一個使用錯誤曝光技巧或曝光不良的照片，就會降低照片的動態範圍，如果你真的很關心照片的畫質，買了再高動態範圍的相機，也一樣要專注在測光與曝光的關係上，善用各種＂前置＂的反差控制的技巧，一個高寬容度的感光元件，並無法真正滿足各種環境狀況或光線的動態範圍，照片的動態範圍的真的增加，歸功於測光的運用與曝光技巧的互相搭配與工作。拍攝時！讓最多的資訊寫入相機，最後加上RAW調控工作與完整輸出影像。
甚至於包圍曝光、ＨＤＲ、疊圖處理或是灰度蒙版，無論是那種軟體後製技巧也都要注意拍攝時的曝光值與曝光分區，反差控制與動態範圍的延展對這些後製軟體有益無害。
高動態範圍的感光元件固然可以提供曝光時的一點幫助，但是！增加更多動態範圍的擴展最重要的學習方向，是在於如何降低反差的觀念與技巧，而非侷限於感光元件的有限寬容度。
對攝影與動態範圍的誤解，會將寬容度的問題限制於相機硬體的性能。其實無論換什麼感光元件與相機器材，目前為止最高的寬容度的攝影器材還無法完整應付環境裡可能出現的動態範圍。
熟悉與了解你自己手中相機的高光特性與暗部細節，「根據各家CMOS硬體規格與演算法的差異，Nikon的優勢在於暗部細節的豐富性，而Canon則強調亮部細節的保留，如同底片時代負片與正片的相反調性」。至於！您的機身高光可以過曝到哪？暗部可以拉亮多少？就算同廠牌、不同機型的相機都不一樣，這都要靠您自己拍攝RAW檔去調控與了解。
如果您拍攝的是JPEG那上面所談的都是空談。但是就算只拍攝JPEG！一個對攝影有正確認知的人，一樣要注意並主動去處理的還是高光過曝問題，在構圖時注意畫面裡面可能的過曝區域，試著去避開它(或利用它)，如果無法避開，則必須保留主題主體的正確曝光，犧牲過曝區域；或是選擇把曝光值降低以求消除過曝，這之間取捨也是寬容度的運用。
正確的觀念引導拍照的思考再加上適當的技巧，動態範圍不只侷限於你的機身，學習光線的觀察、練習構圖的運用、透過測光與輔助器材的幫忙，會讓你手中最好最新的相機更好，甚至讓你老舊的相機跟最新的相機一樣好！
延伸閱讀：
相機CMOS動態範圍參考網站：DxOMark以上照片採用 Higrace 投入式鏡架與磁吸式鏡片系統 拍攝
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