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亚明专栏
SDR摄像机的伽玛特性与理论值有什么 与理论值略有不同。
从图8和图9可以看到，S D R摄像机分配给高亮度部分的
差别？ 电平资源只有10%左右，由于显示伽玛的非线性指数特性，位
于高电平端的10%电平对应的亮度资源大于10%，但对于100-
理论上，用百分比计量视频信号电平时，100%电平代表 600%的亮度动态范围来说亮度资源仍然非常有限。在实际的产
100% S D R动态范围。S D R时代并未定义测试摄像机动态范 品上不同摄像机厂商对拐点和斜率的处理并不相同，很多型号
围使用的测试卡类型，行业惯例是拍摄包括90%反射率白在 的摄像机允许用户对拐点和斜率在一定范围内进行调整，所以
内的灰阶卡，调整曝光量使90%反射率白的输出电平为100% 10%电平只是个大致的范围。
（700mV ），对应亮度信号的100%动态范围，在监视器上显 综上所述，SDR电视必须用大部分电平和亮度资源再现人
示100尼特峰值白亮度。这就意味着如果完全按理论值处理， 脸面部或拍摄对象主体，用拐点和斜率给高亮度区域分配较少
SDR摄像机的动态范围只有100%，没有电平和亮度资源表现超 的电平和亮度资源，实际上胶片电影对画面中高亮度部分的处
过100%动态范围的高光。 理也是这样的。
对传输来说电平是资源，100%电平是上限，对显示来说亮
度是资源，100尼特是上限，100%电平对应100尼特亮度。电视
只能再现100%动态范围当然是不够的，比照胶片电影，在有限
的电平和亮度资源范围内，电视系统希望能够再现的动态范围是
300-600%，即能够再现超过测试白卡3至6倍亮度的灰度层次。
受限于电视信号的幅度和显像管亮度，只能在这个有限的
图10 柯达底片与放映拷贝感光特性
范围内再现大于100%的动态范围。SDR电视处理这个问题的方
法是拐点和斜率，即用90%左右的大部分信号电平表现100%动 图10是柯达底片和放映拷贝的感光特性，分别对应拍摄和
态范围以内的灰度层次以正确再现人脸面部或拍摄对象主体， 显示。因为图中水平轴是对数坐标，而且胶片密度与显示亮度
剩余10%左右的少量电平表现100-600%动态范围的高光层次， 是倒数关系，所以曲线形状看起来与电视的伽玛不太一样。尽
使其被拐点和斜率压缩在很小的电平和亮度范围内。 管如此从右图仍然可以看到，放映拷贝在高亮度区域对动态范
模拟电视发射机对信号电平有严格要求，电视信号电平不 围的压缩处理与摄像机的拐点和斜率几乎是一样的，只不过胶
允许超过1V ，否则发射机就会面临过载的风险。为了在输出 片电影是在放映拷贝上对高亮度区域进行了压缩，而电视是在
电平不超限的情况下提高动态范围，摄像机都采用了这种伽玛 拍摄时处理。
+拐点的处理方式。因此，在模拟电视时代摄像机的伽玛特性 电视技术从模拟过渡到数字后在很长时间内两种信号形
态是并存的，因此必须考虑模拟与数字信号互转时的误差问
题。电视行业制定技术标准时量化电平采用了有限域（Limited
range，或称为窄域Narrow range），为用数字信息表达模拟
电视信号电平保留了适当的余量。有限域为“比黑还黑”的低
电平预留了7%余量，为“比白还白”的高电平预留了9%余量，
实际可用的电平范围是-7%至109%，如图11所示。
图8 SDR摄像机的实际伽玛特性 数字传输不存在信号电平超限引起的电视发射机过载问
题，因此进入数字时代后超过100%的电平资源是可用的。由于
显示技术的发展，高于100尼特的亮度资源也是可用的。在实际
图9 SDR摄像机伽玛对亮度动态范围的压缩和扩展 图11 量化值与电平的关系
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