本文一共涉及了这些名词：宽容度、密度、动态范围、色深、位数(bit数)。解释中还要用到其他一些名词。

暴光量：
摄影冲洗条件确定后，得到的底片影象密度大小和被摄景物明暗有关系。即乳剂层所受到的照度大小决定于暴光时间长短。两者的乘积就是暴光量，公式如下：
      H=E*t
E为乳剂层所受的照度，单位为勒克司（Lx)，每平方米面积上光通量为1流明时，照度值即为1勒克司；t为暴光时间单位为秒，H为暴光量，单位为勒克司*秒（Lx*S)
                           
密度：
感光材料暴光后，可以得到金属银的影象，根据各个部分所受照度不同，导致各个部位变黑的程度不同，如何定量的表示变黑程度，需要引入密度的概念。
当光线照射一个透光体时，透过光量（F）和投射光的总量（Fo)的比值叫做透光率(T)，公式如下：
T=F/Fo,
透光率的倒数就是阻光率（O），即O=1/T=Fo/F
物体的透光率总是小于1的，因为没有完全透明的物体。而阻光率会很大，如透光率为1%那么阻光率为100。为了方便作图，一般用阻光率的对数作为一个参量，即密度值（D），公式为：
D=lgO可以看出密度每增加0.3，阻光率和透光率以1倍的数量增加和减少。
用一句话来描述密度的概念就是“感光材料变黑的程度”。密度数值近似地与产生银或染料的数量成正比，也更符合人眼睛的响应近似为对数的习惯。

以密度值为纵坐标，以暴光量为横坐标，可以获得下图所示的胶片感光曲线。但更常用的是以密度值为纵坐标，以10为底的暴光量的对数为横坐标的关系曲线。这种曲线成为H&D曲线。(Phtobug图）HD曲线显示了在任意给定时间和特定显影剂的情况下各种暴光度对乳剂的影响。H&D曲线是研究感光材料特性的最重要的手段之一。
详细的关于H&D曲线的资料，可以参考本论坛Fotobug曾经写过一篇文章：解读胶片特性曲线
  
宽容度：
宽容度指的是H&D曲线上直线部分在横坐标上的投影范围，即宽容度定义为感光材料在摄影过程中按正比关系记录景物亮度反差的暴光量范围。这段投影范围没有包括趾部和肩部部分。
宽容度可以用差额来表示：
L=lgH2-lgH1；

也可以用比值来表示：
L=H1:H2
例如Kodak Tri-X胶片的宽容度为9档光圈，那么因为每开大一档光圈，通光量就增加了一倍。按比值表示就是：
L=1：2^9=1：512
即Tri-X胶片可以记录最大亮度为最小亮度的512倍。

暴光宽容度（Exposure Latitude)：
暴光宽容度可以理解成胶片对错误暴光的容耐范围，主要取决于被摄物体的亮度范围，对于高反差景物宽容度会低，而对于低反差景物反差会高一些。
普通物体的对数亮度范围都小于胶片的有用对数亮度范围，暴光宽容度都较大。但如果物体的对数亮度范围等于胶片的有用对数亮度范围，则没有宽容度，即只有一种暴光量。对于对数亮度范围大于胶片有用对数暴光量范围的场景，无论如何暴光都会损失一些细节。
如果一个感光材料的宽容度为7档光圈，而被摄景物亮度只有5档的光圈范围，那么暴光宽容度为2档。

宽容度和密度的区别
对于反转片来说，宽容度小于负片但密度大于负片，从H&D曲线上来看，反转片有着比较高的斜率。可以理解成反转片的输入动态范围比较小，但输出动态范围比较大。在使用底扫或使用投影的时候，反转片可以提供更大的输出动态范围。

动态范围：
动态范围最早是信号系统的概念，一个信号系统的动态范围被定义成最大不失真电平和噪声电平的差。而在实际用途中，多用对数和比值来表示一个信号系统的动态范围，比如在音频工程中，一个放大器的动态范围可以表示为：
D = log（Power_max / Power_min）×10；

对于一个底片扫描仪，动态范围是扫描仪能记录原稿的色调范围。即原稿最暗点的密度（Dmax）和最量处密度值(Dmin)的差值。
我们已经知道对于一个胶片的密度公式为D = Log（Io/I）。 那么假设有一张胶片，扫描仪向其投射了1000单位的光，最后在共有96%的光通过胶片的明亮（银盐较薄）部分，而在胶片的较厚的部分只通过了大约4%的光。那么前者的密度为：
Dmin=log（1000/960）= 0.02；
后者的密度为：
Dmax=log（1000/40）= 1.40
那么我们说动态范围为：D=Dmax-Dmin=1.40-0.02=1.38。

只要是扫描仪的动态范围能够大于胶片的动态范围，就可以真实的表现原稿上的信息，包括真实的反映出一些细微的暗部细节。
实际上扫描仪和胶片不同，可以把扫描仪看作一个完整的信号系统，包含输入、DSP、输出多个部分。那么最后的动态范围大小由其中最小值的的单元来决定。这时就需要提位数概念。

位数：
位数是决定数字图象系统的一个重要指标,很多人容易把A/D的位数和色深的位数弄混。对于一个数字图象系统，如扫描仪或DLSR，信息的存储最终是以数字的方式来进行的。所以该系统中必定有一个模拟/数字转换器（A/D Converter）。而A/D转换器的一个重要指标就是A/D的位数。
对于3位2进制来说，可以表达的最大值是2的3次方即8。8位2进制可以表达的数值范围是0-255，16位的范围是0-65535等等。那么什么是A/D转换器的动态范围呢？

对于一个8位的A/D，它可以记录的最小信号是1，最大信号是255，那么它的动态范围就是log(255/1)=2.4。这个值显然是不大的，甚至不如负片的动态范围。但是注意这里不要把8位的A/D和8位的色深搞混了。在彩色系统里一共有3个通道，这里的8位是指的每个通道的位数。对于彩色来讲就是24位，也就是我们常说的真彩色。
实际上对于8位的JPG文件来说，能表达的亮度信息也就是这么多。这就是数字和模拟系统的不同之处。但实际上为了保留更大的余量和采用更好的输出方法，基本上各个厂商都采用14bit甚至16bit的A/D转换器。
对于数字系统，位数和动态范围的对应关系如下：数字相机的动态范围：
数字相机DSLR、DC等等的动态范围表示方法目前似乎并没有统一的约束，各个厂家也只是在他们的宣传内容上提到了“大的动态范围”之类的话，并未给出具体的指标。所以有时我们用比值来描述DSLR的动态范围，或者换算成光圈数，而较少用到密度值概念。
因为数字相机也可以看作一个信号系统，所以动态范围可以分为2个部分，即光学动态范围和输出动态范围。

光学动态范围（DR_Optical）= 饱和暴光量 / 噪声暴光量（暗电流）

数字相机的光学动态范围主要是由CCD/CMOS等感应器决定的。其中饱和暴光量指的是CCD达到势井的饱和容量时的暴光量，即无论再怎样增加暴光也无法接受更多的电子了。噪声暴光量相当于在全黑环境时CCD仅仅有本身暗电流时的暴光量。可以看出这个概念和CCD Sensor动态范围定义是不同的，CCD的动态范围定义公式如下：

动态范围(db) = 20*log(全电荷容量/暗电流容量）

CCD的动态范围定义的是CCD（电荷转移器件）最大蓄积电荷和最小噪声电荷的倍数关系。而数字相机的（光学）动态范围指的是其传感器达到这两种状态下对应的暴光量的倍数关系。

数字相机的输出最后仍然以数字量形式，所以输出动态范围主要由A/D位数决定。

根据目前看到的一些测试，DSLR的光学动态范围基本上和负片相近，超过反转片。

动态范围的扩展和压缩：
在音频工程中，人们利用压缩/扩展器件来达到动态范围压缩或扩张的目的，而可以将120dB的CD唱片灌到65dB动态范围的磁带中而不削定或失真。主要原理是采用了可变增益放大器的原理。而如何提高成像系统的动态范围一直是研究者的目标，采用两幅图片叠加的方法来提高DSLR的动态范围，这种技巧很多人都已经了解。目前已经有采用WDR技术（Wide Dynamic Range）的芯片出现，而富士的S3 Pro相机据说采用的高动态范围有可能就是类似的技术。WDR就是采用的两次暴光原理来将来张暴光时间不同的图象合成一幅，以此来提高动态范围。详情另文再描述。

本文主要是针对几个容易混爻的概念试图做一些说明和探讨，因为写的匆忙（一个上午），所以可能有遗漏或错误的地方请大家指正。

参考资料：
《The United Kingdom The Course Of Phtography》，2002年版
《英国皇家艺术学院基础摄影教程》
《感光材料应用基础》
《Theory and Applications of Digital Image Processing》
“Dynamic Range”，Phto_net
《现代成像系统》

[ahhui 编辑于 2004-09-16 11:01]

全部看完一遍，最后个人结论：
1。楼主关于正负片动态范围的结论是肯定错误的，毫无疑问，反转片的动态范围大于负片！
   而宽容度（输入或者说曝光）则是负片大于反转片。
2。楼主混淆了色彩与动态范围的概念，事实上对色彩记录来说，负片优于反转片，他们是两个有一定关联但并不完全牵制的概念。
3。楼主应该虚心一些，对一些细节不严谨和错误的地方加以改正，并且我觉得应该感谢ymzheng.qing同学所指出问题的所在，其实楼主所谓的修改不清楚的地方实质上是修改错误，而不是补充说明，勇于承认自己的错误才能更好的进步。

最重要的，毫无疑问，楼主做了一件很好的事情，是应该得到鼓励和赞赏的，但是也应该看到自己的不足，尤其是对那些不太确定的概念或者自己下出的结论应该注明是个人见解，以免误导初学者。

[haila 编辑于 2005-03-06 12:10]

Viking，其实我想说的是，DC并不是按以上所设想的技术路线实现的。加大AD位数是治标不治本的办法。AD位数增加再快，又怎能赶得上量化噪声的指数上升呢？更何况还有其它问题。

这个问题我请教过一个同事，他曾在EPSON扫描仪部门工作。实际的解决方案是先对模拟信号做对数运算（模拟变换），然后才作AD。通常还要做一个校正（同系统有关）才能得到RGB，但这已经不是那么戏剧化了，只是微调而已。顺便还要再说一句：密度范围同AD位数是无关的。如果我说要用4位AD测0--5V电压，一定不会有异议；那如果我说要用4位AD测0--5的密度，为什么就不行呢？

楼下的争论我不懂，但希望大家以最大的善意看待不同意见。网上讨论很容易误解的，对此我深有体会。我在本贴中的话完了，谢谢大家。

在音频工程中，人们利用压缩/扩展器件来达到动态范围压缩或扩张的目的，而可以将120dB的CD唱片灌到65dB动态范围的磁带中而不削定或失真
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请你解释一下无线电类中的失真的定义，可以吗？

那些是你的错误论点，不是我的，请明白。我已清楚说明的若你看不明白没关系，你可以想当然。
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银盐本身有大约10亿倍的放大作用
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又是满口跑火车的想当然。

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也许你的这句话留给你自己思考更合适：

（或者你应该把你看到的那些杂乱的知识综合一下）

你觉得你自己的心态适合于知识交流吗？不再回你的帖了，不合适。

[ymzheng.qing 编辑于 2004-09-16 18:17]

[2004-09-16 19:33 补充如下]

这片主帖的主要内容是抄书拼合，如果不加上楼主自己的那些少量主观东西的话那抄书也可看做好事，毕竟对一些摄影爱好者来说也是有好处的。可以作为知识性的帖来交流。

但是，加上了楼主自己的某些所谓的“论点”就有些问题存在了，这究竟是谁的东西呢？涉摄影不深的还容易被误导。这也是我向楼主进言的原因之一，科学技术的东西是要不得水分的。

算了我也不想就这个话题讨论下去了，只觉和你争论得挺累的，有点想扔砖又找不到靶子的感觉，我甚至不知道你的论点是什么。

如果你有论点就举出论据，不要轻描淡写的胡乱批驳一通。如果你认为我哪一条不对，那就告诉我你认为什么是对的。也许你认为只有“你”以前在书上或网上看到过的是对的，那遗憾的告诉你这是个新领域，很多知识需要自己去总结。

或者你应该把你看到的那些杂乱的知识综合一下。

photobug，CCD的动态范围计算是这样的：
动态范围(db) = 20*log(全电荷容量/暗电流容量）.把db除与20得出的就是密度。

ymzheng.qing，对于DSLR输出那段话原来我写的含义不够清楚，已改动。
对于胶片和DSLR动态范围的差异，我觉得你还是没明白我的意思。反转片密度范围很大，决定了其可以再输出时有很大的动态范围，但其宽容度很小，能容受的暴光量范围较窄。我们比较DSLR和胶片的区别时，主要指的是输入部分，即记录色调范围的能力。在这点反转片是无论如何比不上DSLR的，而DSLR现在和负片的指标差不多。

根据我手头的一些资料，DSLR的宽容度大约有7-8级光圈，一些3线CCD甚至可以达到10档光圈（1：1000）。

VikingII和JK_x老兄，对于数字相机动态范围那一段，原来写的不够准确和清楚，现在已经修改了一下，请参阅。

仔细看了全文后，发现有几处错误或不妥，有空慢慢谈吧。

Viking, 有关系的。如果是对密度成线性，那么动态范围就应该是最大值减最小值，而不是除。比如最大密度是3.0，最小密度是0.1，那么动态范围就是2.9，而不是30。

不错的基本理论篇，很久没人讨论这类话题了。
对摄影范畴的感光元件来说，输入照度变化的有效范围一般称宽容度，输出密度变化有效范围一般称动态范围。楼上在争论的应该就是这两者称呼上不同造成的混乱吧？

不同意楼主这点，暗电流是电信号，不存在输入光线噪声，所以这里说的也不是光学输入动态范围，而是感光元件本身的输出动态范围：
感光元件输出动态范围 = 饱和输出振幅/暗电流
电路输出动态范围 = 饱和输出振幅/模拟电路噪声
数字相机动态输出范围 = 饱和输出振幅/(暗电流+模拟电路噪声)

请问隔壁是哪里？吵什么了？

DSLR的光学动态范围基本上和负片相近，超过反转片
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因为数码相机没有输出动态范围，所以我拿胶片和DSLR比较的时候讨论的其实是输入的动态范围，即宽容度。所以负片是高于反转片的。

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ahhui：这两个说法有错误及不正确，原因下面我已说了。还是建议你把主帖中的下面这段话删除更好些：

（对于数字相机，因为其最终还是以数字量输出，所以输出动态范围公式并不适用。我们提到的动态范围主要指的是输入部分的动态范围，也就相当于胶片的宽容度。
根据目前看到的一些测试，DSLR的光学动态范围基本上和负片相近，超过反转片。）

ahhui，分贝换算成密度的公式或常数有吗？在贴子里给出如何？谢谢。

ymzheng.qing，

＞＞宽容度与光学密度是两个不同的数据。

支持。

ymzheng.qing，因为数码相机没有输出动态范围，所以我拿胶片和DSLR比较的时候讨论的其实是输入的动态范围，即宽容度。所以负片是高于反转片的。

fotobug，那个PDF上在第3页上右下方提到了动态范围——Linear Dynamic Range，就是这个Sensor的动态范围指标，不过用的是db表示，换成密度大约是3.6。对于CCD这个73db已经很不错了。本来CCD就不容易如CMOS做的大的。

fotobug：你好，PDF左下角有页码。第3、10页上都有。

AirforceOne ：我没有和试试争啊，你仔细看看就明白了。

CCD的动态范围在各生产商的网站都可以查到，没什么好怀疑的。看看下面这个就知道。

http://www_kodak_com/global/plugins/acrobat/en/digital/ccd/products/fullframe/KAF-22000CELongSpec.pdf

写得很不错，基本上另一个吵架帖子里的诸位可以不要吵了。

ymzheng你和试试的争论其实就在这里，你强调的是光学动态范围，而试试却在说输出动态范围。当然试试的前提大概是CCD的光学动态范围已经足够，因此量化位数成了影响数码照片动态范围的主要因素，对此我没有研究，不过和你一样持怀疑态度。