摄像头图像质量基准测试-曝光/色调/动态范围
6.1 曝光和色调
从某种意义上说，色调再现被视为相机相对于图像所有区域的整体信号电平渲染的能力。均衡的色调再现意味着可以区分原始场景中的高光和阴影以及两者之间的所有中间色调的细节。实际上，由于艺术方面的考虑或其他原因，这并非在所有情况下都是可取的。例如，如果场景包含镜面反射高光，则尝试调整曝光和色调以防止它们过曝可能没有任何用处。因此，曝光将取决于场景，即具有相同平均亮度的两个不同场景可能需要完全不同的曝光水平以获得满意的图像。出于这个原因，在过去几年中人们开发了多种不同的曝光方法，例如重点曝光、点测光、基于矩阵的方法等。有了数码摄影，摄影师可以使用更多的工具，例如实时直方图分析，但即便如此，基本概念并没有因为从化学摄影到数码摄影的转变而改变。
6.1.1 曝光指数和 ISO 感光度
由于可以将相机输出电平与输入亮度相关联，因此可以帮助相机用户调整相机设置以获得合理准确的曝光。ISO 12232 ISO感光度标准的目的是通过推荐曝光指数 (REI:recommended exposure index) 和标准输出感光度 (SOS:standard output sensitivity) (ISO, 2006) 以及与噪声和饱和度相关的 ISO感光度来提供此类帮助 .
从技术上讲，曝光是指相机焦平面上每单位面积的光能量。因此，曝光以勒克斯秒为单位表示。曝光指数反应影响曝光的各参数之间的联系，表示为
其中是 f 数， 是曝光时间， 是场景平均亮度， 是曝光指数， 是校准常数。 因此，对于恒定的场景亮度，可以得到：
这为摄影师提供了为特定场景选择*合适的参数组合的自由。 例如，在体育摄影中，瞬间运动捕捉通常很重要，这需要较短的曝光时间。为了保持正确的曝光，如果曝光时间减少，则必须降低 f 数或增加曝光指数。
ISO 12232 中曝光指数定义为
其中 是获得正确曝光所需的焦平面曝光。这是使用标准感光度或 ISO 速度的基本量。根据不同的条件可以确定相机的 ISO速度，例如达到饱和所需的曝光，或达到特定输出值所需的曝光，甚至达到特定信噪比所需的曝光。 这些标准在 ISO12232标准中进行了描述，从而有许多不同的方法来计算 ISO 感光度。
在基于饱和度的 ISO速度定义中，曝光指数是针对略低于图像传感器饱和度的焦平面曝光计算的。因此，典型场景中的图像高光将略低于可能的相机信号电平，所以会产生的图像噪声。
曝光指数可以通过改变图像传感器的增益来改变。 调整增益会改变输出信号，从而补偿焦平面曝光不足。例如，如果当前曝光仅填充像素达到全部阱容量的一半，而 ADC 仅使用其范围的一半，则将增益增加两倍将提供刚好使传感器 ADC饱和的信号， 有效地将暴露指数提高了两倍。 当然，这会降低信噪比。
