理解拐点(Knee).docx

前天讲了伽马,今天说说拐点(knee)。在一些高级摄像机的菜单里,有一个叫knee的项目,中文译作拐点。在拐点的菜单里还有若干子项目,它们都是用来调什么的呢?我们先来看一幅画面。这个画面中的景物亮度很高,有些地方是过曝的,高亮部分呈现全白没有任何细节,也就是说这部分的进来的光太亮了。我们知道,摄像机有其动态范围。所谓动态范围,就是摄像机所能成像的最小亮度到最大亮度之间的幅度。低于最小亮度(动态范围下限),画面就呈现全黑,高出最大亮度(动态范围上限),画面就呈现全白。在实际情况中,摄像机是不会把其动态范围全部用完的,上下都保持一些余量,以便在画面调整的时候使用。假如一台摄像机的标称动态范围上限为100%,那么它的余量可能到达110%,就是说,在110%的亮度范围内,摄像机仍然可以成像。而超过110%的部分,就会显示全白,就像上面那幅图中花瓣的样子。这个110%的上限,就称作白切割点(whiteclippoint),意思就是,超过这个亮度值,就是全白。如果白切割点设在105%,那么超过105%的高亮部分就是全白。但是,D作为一个接收光信号的器件,它依然记录了超过摄像机动态范围的光线,只是摄像机的动态范围无法把它们呈现出来罢了。通常,一个2/D所记录的光线的动态范围大约是摄像机系统动态范围的6倍,即600%。那么这些超过摄像机白切割的超标亮度怎么处理呢?很简单,直接咔嚓掉,直接全白,反正留着也是多余。这就是一般摄像机处理动态范围之外高亮部分的方式。而一些高级摄像机,能通过“某些方法”,把超标的高亮数据“弄进”摄像机的动态范围内。这个“某些方法”就是拐点功能。上图就是拐点功能的原理。D是线性成像物件,那么它对光线的反应必然是条直线。图中横坐标是入射光线,D的动态范围;纵坐标是摄像机的动态范围。这条直线往上走,超过白切割的部分必然就被咔嚓掉了。但如果能把接近动态范围上限的直线部分给掰弯一点,那么更多的亮度不就被“弄进”摄像机的动态范围里了吗?于是,为了能呈现更多超标高亮的画面,摄像机就有了“掰线”功能。掰线的过程酱紫:首先,在接近标称动态范围的某个位置,比如80%,设一个“开掰点”。然后,抓着开掰点上面的部分往下掰,掰得越斜,进入摄像机动态范围的线段自然就越多。这样,摄像机画面中,超过标称亮度的细节就能被呈现出来。这个掰线的过程就是所谓的拐点功能。上图中,线段被调整的“开掰点”就是拐点(kneepoint),意思就是线从这点开始拐了。把上面的线掰多斜,就是所谓的斜率(kneeslope),斜率越大,线被掰得越斜,进入摄像机动态范围的高亮部分就越多。而这个“掰线”的过程,是对高亮部分进行“压缩”,也就是对YUV中的Y(亮度信号)进行一定的削减,让其能进入摄像机的处理范围内,从而能让高亮细节呈现出来。一句话,拐点就是用来调节画面高光部分细节的。下图就是经过拐点调整后,画面中的高亮细节呈现的情况。拐点调整实际上就是对高亮部分的亮度信号(Y)的一种消减。但如果斜率(kneeslope)设得偏大,Y必然被消减得多。我们知道,最终画面像素是有YUV构成的,Y减得太多,像素的色彩饱和度就受影响。因此,在knee菜单里,还有个拐点饱和度(kneesaturation)的设置。这个设置,就是为了在压缩高光时,专门用来弥补高光饱和度损失的。所以,在调整斜率的时候,