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“工程师说” 探秘图像一致性技术语言和典型应用(十)

发布时间:2026-02-05 11:38:56

  欢迎回来,本文是伽马介绍的第三部分,将继续介绍索尼的伽马体系,包括Hyper Gamma, 黑伽马的功能定义,参数调整带来的图像变化。

  在SDR制作环境下,为了捕捉更大动态范围,甚至带有电影感的图像效果,索尼部分摄像机中(FX2/FX3,部分新闻摄像机,系统摄像机)配置有Hyper Gamma(简写为HG)。Hyper Gamma可视为Log曲线的先驱,它采用独特的非线性曲线设计,既保留了标准伽马曲线的易用性,又能在不启用拐点功能(Knee)的情况下,还原从中间调至高光区域的信号,在高对比度场景中呈现自然色调,实现明暗细节的平滑过渡,避免因高光压缩导致的画面断层,以平缓的对比度充分还原传感器的宽动态范围。

  日常电视拍摄多使用标准伽马,讲究完全符合电视标准校准。Hyper Gamma也可用于电视拍摄,更多用在一些高反差场景中,能有效保留高光细节。

  ① 色彩还原与动态范围的平衡:相较于标准伽马,Hyper Gamma的色彩还原精度略低于广播级标准,但在动态范围与操作便捷性的平衡上表现突出,适合无需后期调色、需快速交付的高反差拍摄场景(如剧场表演、剧情片、电视广告片等);

  ② 无需拐点实现宽动态范围:无需手动设置拐点(Knee)和斜率参数,可自动平滑压缩白切割电平,简化操作流程;

  ③ 自然的色彩与影调再现:中间调观感接近ITU-R BT.709标准,色彩感知(色相)不会随拐点变化,而是随亮度自然过渡,监看效果友好,便于现场判断画面质量;

  ④ 低噪声与明亮中间调:在暗场景拍摄中,能实现比“主增益”更低的噪点水平,减少布光工作量,同时保证中间调图像明亮清晰;

  ⑤ 高光细节保护:高亮度区域被自然压缩,有效避免过曝,同时最大限度保留高光细节;

  ⑥ 对比度适度降低:由于摄像机展现的动态范围扩大,屏幕对比度会略有降低,这是为保留更多细节而做出的合理权衡;

  ⑦ 灵活的后期适配性:可直接用于最终成片(无需复杂后期处理),同时因其保留了一定的动态范围,也适合计划进行专业调色的拍摄项目。

  ① Hyper Gamma的满配版本包含8种选项,目前常用的是前4种,后4项逐步被对数伽马和HLG伽马取代。命名规则:HG + 3个动态范围值数字 + 1个 白色上限数字 + G + 视频输出(18%灰)。有时候会在HG后增加1个数字序号。109%意味着超白,100% 是安全的白色上限范围。

  用户可根据拍摄需求选择不同的动态范围(325%、460%、800%):选择较宽的动态范围(如800%)可实现高亮度区域的细腻颜色阶调再现,但中间阶调的亮度会相应降低。以下是HG曲线图,其中也包含ITU-709 STD GAMMA和S-LOG 曲线。

  ② 广电摄像机常用HG的1~4选项,参见下图:1/3 和2/4的暗部曲线 适用于弱光场景拍摄,可更好地还原暗部区域的色调,有摄像机还使用-3 dB增益以进一步降噪。2和4 适用于从弱光到高对比度的场景拍摄。

  Cine1 HG4 4609G33的描述是柔化图像暗部区域的对比度,同时强调亮部区域的阶调变化,整体呈现出一种含蓄、内敛的影调。该伽马曲线% 的灰卡拍摄时,若将曝光调整至视频输出为 33%,可获得 460% 的动态范围;视频输出的最大值为 109%。使用此伽马曲线拍摄的画面可直接用于成片,无需调色;同时,由于其具备平滑的阶调特性,也适用于在后期制作中进行调色并最终定稿。

  Cine2效果与 Cine1 相近,但针对视频信号上限为 100% 的编辑流程进行了优化(等效于HG2 4600G30)。该伽马曲线% 的灰卡拍摄时,若将曝光调整至视频输出为 30%,可获得 460% 的动态范围;视频输出的最大值为 100%。④ HDC1000系列和HDC2000系列HD摄像机 选择Hyper Gamma 4时,视为HDR兼容摄像机

  配备 Hyper Gamma 功能的HDC1000 系列和 HDC2000 系列摄像机,可以选择 Hyper Gamma 4,作为兼容 HDR 的摄像机进行操作。

  由于标准摄像机设置通常会使用“细节(Detail)”功能,增强高亮度轮廓,因此建议将摄像机上的细节功能“混合比率(Mix Ratio)”值调低,或者将细节功能设置为“关闭(OFF)”。

  建议调整光圈及其它控制参数,使得输出的 HyperGamma 4 图像中的白电平设置为 74%。

  选择好Hyper Gamma后,在波形监视器上观察反射率为 18% 的灰卡所对应的视频输出电平,调整光圈,使该电平和上述伽马选项表格中最后一列“视频输出”所示的数值一致。需注意的是,尽管Hyper Gamma提供了更大的动态范围广,但曝光容度实际上更小,精准控制曝光重要,尤其对于人脸和肤色的拍摄。以下操作建议(非正式建议)供参考:

  画面亮度控制:让画面看起来比ITU709图像暗10%~15%,这并非“曝光不足”,而是适配Hyper Gamma曲线的正确曝光方式;

  曝光参数参考:若在ITU709标准下,人脸亮度落在约70%,切换至Hyper Gamma后,可将同一张人脸的曝光控制在58%左右。此时,光圈值可能保持不变(实际进光量未变),画面看起来稍暗是由于伽马曲线的亮度映射方式不同;

  后期调整提示:部分素材在后期可能需要轻微提升亮度或对比度以达到最佳观感,这属于正常微调,而非纠正曝光错误;

  避免过度曝光:注意不要过度曝光人脸(如让肤色亮度达到70%或更高),否则会将关键的肤色信息推入伽马曲线的压缩区域(高光滚降起始段),导致肤色丧失对比度、显得平淡发灰,给后期调色带来困难。

  Hyper Gamma是SDR 拍摄中“监看友好”与“后期可用”的平衡之选。中间调图像接近 ITU-R BT.709 标准,能在普通视频监视器上能呈现自然、准确的观感。可直接用于SDR的成片(无需复杂后期),同时也因其保留了足够的动态范围,适合进行调色。

  具有更大的动态范围,主要用于HDR拍摄,需要后期制作。整体画面呈现低对比度、低饱和度,看起来“灰平”,目的是最大化动态范围,记录从阴影到高光的尽可能多的信息。需要转换LUT实现在普通709监视器监看画面,专为后期制作设计。

  部分索尼摄像机中,搭载了黑伽马功能,专门用于优化图像暗部区域的呈现效果,以下将结合实际案例、功能定义、操作方法及易混淆点进行详细说明(1)实际应用案例:纪录片拍摄中的黑伽马调整

  ① 基本情况和问题分析在拍摄纪录片时,常出现画面暗部区域色彩饱和度无法恰当还原的问题。如“设置前”的图像所示,房间背景的暗部区域细节未能充分呈现,画面色彩显得暗淡。这一问题的根源在于,暗部区域的信号输出未能达到理想的暗度或色调层次,导致暗部细节丢失、色彩表现力不足。

  如“设置后”的图像所示,将黑伽马电平调至最低(-99),暗部区域呈现出更深邃的黑色和更饱满的色彩,书桌后方白色橱柜的色调层次以及台灯的色彩都得到了更充分的展现。反之,提高黑伽马电平(设置为正值),可增强画面暗部区域的对比度,让整个图像看起来更明亮,但可能导致暗部色彩变淡

  功能开启:将黑伽马(BLACK GAMMA)设置为开启(ON)状态(默认设置)。

  在FX2/FX3菜单中,调整范围是-7至+7。设置为负值(-)会加深黑调并丰富色彩;设置为正值(+)会增强黑域的对比度,但会使色彩变淡。

  噪点控制:将黑伽马调节为正值(+)会增加噪点。为将噪点降至最低,建议配合使用锐化(CRISPENING)功能。

  在实测案例中(右侧45度单灯照耀下的两盆花,花盆间存在遮挡),将BLACK GAMMA-LEVEL-【M】的参数从-99调整到99,可观察到:在中高光区域的花瓣未出现曝光变化的情况下,左侧原本漆黑的花篮部分逐渐呈现出丰富细节。

  基于实测结果,给出以下操作建议:当画面暗部细节明显缺失时,建议提升BLACK GAMMA的LEVEL值;

  当画面光线平淡、缺乏视觉冲击力时,建议降低BLACK GAMMA的LEVEL值

  探寻伽马曲线的“曲线之美”,要从伽马校正的本源说起。摄像机依据光电转换的不同特性需求,演化出多条伽马曲线,这些曲线构成了图像效果处理的基础电路。深入研究伽马曲线便会发现,影像学的核心要义,本质上就是对曲线的精准调控与艺术化运用。让我们一同走进伽马曲线的世界,探寻其独特的技术魅力,一起来发现曲线)伽马曲线的演进

  不断发展:伽马曲线的发展,是一部从“功能适配”到“价值升级”的演进史。从最初为解决显示失真而生的伽马校正出发,产生了0.45的SDR 伽马曲线,然后逐渐产生了各种SDR 伽马曲线、HDR曲线、数量众多的Log对数曲线。这一历程,标志着伽马技术从单纯的“还原真实显示”,向“精准信息记录”与“高动态范围融合”的多元方向跨越,呈现出技术形态多元化、应用场景精细化的鲜明特征。

  解决关键矛盾:虽然这些曲线看起来形态各异,但它们解决的关键矛盾是一致的:如何用有限的数据空间(如 8bit 或 10bit),精准匹配人眼与图像传感器感知真实世界的方式,实现“有限资源”与“无限光影”的平衡。(2)伽马曲线的精妙内核,技术和美学的共生

  这是所有伽马曲线的核心基石,这一设计源于人眼感知光影的天然特性对暗部亮度变化极度敏感,对亮部变化则相对迟钝。因此,所有伽马曲线都并非生硬的直线,而是贴合人眼感知规律的“优美弧线”。它们通过精准的数学公式(幂函数或对数函数),将传感器捕捉的线性光信号,转化为符合人眼感知习惯的电信号,让光影呈现更自然、更符合视觉美学。

  在数字图像系统中,我们可调用的数值资源是有限的(例如8bit对应的0-255数值范围)。若将这些数值平均分配给全亮度范围,亮部区域会因数值不足而出现色彩断层(色带),破坏画面的细腻感。伽马曲线的精妙之处,就在于通过调整曲线斜率,实现“资源的精准倾斜”,将更多数字空间分配给人眼敏感的暗部与中间调区域,细致还原光影层次;同时适度压缩人眼不敏感的极高光区域,在不影响视觉体验的前提下,实现有限数据资源的最大化利用。

  无论是SDR还是Log曲线,核心使命之一都是管理图像“最亮”与“最暗”的光影跨度。通过调控曲线的高光端形态,可精准决定高光区域的呈现方式:是“硬切”(超出范围直接呈现为死白,舍弃细节),还是“软压”(平缓压缩高光信号,保留云层纹理、灯光轮廓等细节)。这种对光影边界的细腻掌控,正是伽马曲线赋予图像的“美学调控权”。

  Log对数伽马曲线堪称“曲线之美”的典型代表。它跳出了“直接适配观看”的传统思维,以“后期还原优化”为核心目标,用精妙的曲线设计实现了光影信息的极致保留。

  从数学原理与实际效果来看,Log曲线巧妙利用了对数函数log(x)的特性:当光线强度递增时,曲线输出值的增长速度逐渐放缓。这种设计如同“压缩弹簧”一般,将传感器捕捉到的大光比(如正午阳光与阴影的亮度差),平稳压缩到有限的记录空间内,实现了光影信息的“无损级”收纳。

  曲线形态极度平缓。即便面对太阳、强灯光等极高光场景,记录的数值也仅缓慢增长,从而完整保留云层纹理、窗户外景等极易丢失的高光细节,尽管直出画面呈“灰平”状态,但所有光影数据都被完整留存。

  曲线通常有较陡的起始段(或可通过Lift参数调整)。这相当于在记录阶段就为暗部“提亮赋能”,让阴影中的纹理、轮廓等细节在噪点允许的范围内被充分捕捉,避免暗部出现“死黑”或断层。

  曲线设计得线性且细腻。中间调是人像肤色、物体质感的核心呈现区域,这种设计确保后期色彩分级时,中间调过渡平滑自然,不会出现色彩断层,从而模拟出电影胶片特有的“油润”质感,赋予图像浓郁的艺术氛围。

  伽马不只是伽马校正,而是能直接影响图像效果的幕后大师。下一期开始探究直接影响色彩的矩阵,继续探索专业影像制作的奥秘。敬请期待!