ISO 从胶片相机到数码相机
从胶片相机到数码相机
胶片相机
胶片构造
REF：
- 胶片
- <电影胶片工艺基础知识>-book
胶片是由感光乳剂涂布在片基上而制成的，它的剖面结构如图所示。在一般电影胶片品种中，片基的厚度为0.135毫米，约相当于普通头发丝直径的两倍。乳剂层的厚度则随胶片品种的不同而有较大的差异，一般在5～25微米范围内（1微米等于千分之一毫米），比最薄的印刷用纸还要薄些。虽然乳剂层的厚度通常只占胶片总厚度的十分之一左右，但整个照相过程中的曝光、显影以及影像的最后生成都是在这薄薄的乳剂层中进行的。
胶片之所以能对光发生作用并记录下被拍摄景物的影象，就是因为乳剂层中有这些卤化银颗粒存在的缘故。当暴露在光线下时，胶片所含有卤化银中的银离子（Ag+）会逐渐还原为金属银（Ag），乳剂因而逐渐变黑。除了明胶和卤化银颗粒之外，在乳剂层中还往往含有一些微量的补加化学药品，这些药品在乳剂中虽然含量很少，但却能对胶片的照相性能发生极大的影响。
卤化银是氯化银、溴化银和碘化银的总称。因为氯，溴碘等元素具有相似的化学性能，在化学上被统称为卤素，所以这些元素和银的化合物就被统称为卤化银。
乳剂层虽然具备了特定的照相性能，但它本身却缺乏必要的机械强度，所以必须有一个依附的支持体。胶片中的片基就是起着乳剂层支持体的作用，以加强其物理机械强度。片基本身是一种具有透明、柔软特性和一定机械强度的塑料薄膜，它的特性构成了胶片的主要物理机械性能。目前胶片工业中应用最广泛的是三醋酸纤维素片基，而在一些特殊用途的片种（如航空摄影、卫星摄影及染印法彩色胶片等）中，则要求应用涤纶片基，因为这种片基具有更好的物理机械强度和几何尺寸稳定性。
为了适应涂布乳剂的要求，在片基的正面必须预先涂上一层能和乳剂层粘接得很好的明胶底层作为结合层，而在片基的背面则涂上一层能防静电和防卷曲的涂层。彩色片用的片基，除了上述涂层外，还需在片基的背面涂上一层为保证彩色画面清晰度所必须的防光晕层。一般清况下，彩色胶片的防光晕层呈绿色或黑色。这些带色涂层在胶片的显影加工过程中都应能很容易地洗去，以保证彩色胶片的透明性。从图1—2中可以看到一般黑白片和彩色片片基的不同外观特征。
正片和底片
胶片根据用途和特性的不同，可以分正片和底片两大类型。
底片是用来直接拍摄景物，它经过曝光和显影加工以后，在胶片上所生咸影象的黑白亮度正好和原景物黑白亮度相反，这种影象常被称为负象，所以有时也称底片为负片。正片通常是被用来从底片的负象复制正象用的，正片上所生成的影象正好和底片的黑白亮度相反，这样就获得了正好与原景物黑白亮度一致的正象了。
- 正片乳剂层
正片乳剂层中的卤化银颗粒细小均匀，一般尺寸只有o．2微米左右，这种乳剂总的来说对光线作用的敏感度较低，特别是它主要是对可见光中的兰光发生作用，而对绿光和红光则很不敏感，所以也称这种乳剂为色盲乳剂。
- 底片乳剂层
底片乳剂层中的卤化银颗粒大小很不均匀，总的来看远较正片卤化银颗粒为大，最大颗粒的直径可达1—2微米左右(见图1—4)。底片乳剂层对光线作用的敏感程度远较正片为高，它不仅对兰紫光敏感，同时由于在乳剂中加入了一种称之为光学增感剂的有机化合物，使乳剂对可见光中的绿光和红光也同样十分敏感，所以也称底片乳剂为全色性乳剂。
| 正片 | 底片/负片 | |
|---|---|---|
| 颜色感光 | 对蓝光敏感(色盲乳剂) | 全色性乳剂 |
| 整体感光 | 底 | 高 |
| 颗粒大小 | 小 | 大 |
从图1—3中还可以看到，在电影底片的结构中还多了一层保护膜，这是不含卤化银的纯明胶涂层，它起着保护乳剂层的作用。因为底片的敏感程度高，在胶片的生产和使用过程中，其乳剂层受到摩擦作用的影响而极易产生所谓的“摩擦灰雾”，而直接影响胶片的质量。保护膜的作用就是在胶片生产和使用过程中，避免乳剂层和外界物体的直接接触，以防止这种弊病的产生。在电影底片中还应用了灰色的片基，这种带色的片基能吸收透过乳剂层的光线，不使这部分光线反射回乳剂层中去，可减少“光晕”现象，有利于提高影象的清晰度。电影正片由于是直接用于银幕放映的，所以必须采用不带色的高度透明的片基，以免影响放映效果。
黑白胶片和彩色胶片
黑白胶片和彩色胶片在性能上有很大的区别，反映在胶片结构上也有很大的不同，黑白胶片都属于单层结构类型，而彩色胶片则是属于多层结构类型。这些胶片的不同结构特点可以举例说明如下。
黑白电影正片和黑白电影底片的剖面结构大致相同，一般都由单层乳剂和片基所组成。但这两种胶片的照相性能却绝然不同，这不仅是由于乳剂层厚度不同引起的，更主要是乳剂本身性能引起的. 详见上一小节.黑白胶片通常只含有一层感光层。曝光后的卤化银晶体显影时，银离子被还原为金属银，阻挡光线而表现为负片胶片中的黑色部分。
至于彩色胶片的结构，远较黑白胶片为复杂。在一般彩色胶片中，最少得有三层不同感光性能的乳剂层，同时每一层在拍摄、显影加工后所生咸的影象颜色也各不相同。一种彩色正片的结构图典型的彩色正片的结构如图1—5所示。而在一些彩色底片的结构中，乳剂涂层共有5—6层，再加上乳剂涂层间的明胶隔层及保护层等辅助涂层，全部涂层数可达9—10层之多。
彩色胶片至少含有三层感光层，并结合了不同组合的增感染料。通常，蓝光感光层位于最上方，随后是黄色滤光层，以阻止任何剩余蓝光影响随后的感光层，其下分别是绿光-蓝光感光层和红光-蓝光感光层，分别记录绿色和蓝色图像。
减色法多层彩色胶片是目前彩色摄影过程中应用最普遍的彩色照相材料。采用多层胶片的目的，就是要以一条彩色底片来代替加色法摄影时所使用的三条胶片，并以一条彩色正片来代替放映时所要求叠合减色的三条单色正片。因此，这种多层彩色胶片必须能满足两个基本要求，
第一，它至少得有三个乳剂层，而其每一乳剂层应分别只感红、绿、兰三种色光中的一种色光，以同时在一条胶片的三层乳剂层中获得三个分色影象代替以三条胶片分别加上红、绿、兰滤色镜进行拍摄的目的；
第二，根据减色法彩色成象原理，在三层乳剂层中所得到的影象，应分别是青、品红、黄色的单色影象，因为只有这三种“减色”的影象叠合在一起分别减去白光中的红、绿、兰光，才能得到相应的彩色影象。
胶片成像流程
REF:
胶片总体的成像过程如下图所示，下面将说明每一步的作用
STEP1: 曝光过程
- 感光: 暴露在光线下时，胶片所含有卤化银晶体的结构会被破坏,中的银离子会逐渐还原为金属银，乳剂因而逐渐变黑(有光->变黑)。这个时候析出的银还不是很多，所以肉眼无法直接观察到
反应的过程如下图所示，三角形代表一个溴化银颗粒。左端第一个三角形中 两个小黑点代表溴化银晶格中的各种可能出现的杂质、扭曲、错位和点阵缺陷。它们是晶格中的薄弱环节，在遇到光线照射时，最先被感光，故称之为感光中心。感光后的溴化银颗粒 从感光中心开始析出银离子，即右侧有略微扩大点的三角新。这种被感光激活的溴化银颗粒会在随后的显影过程中进一步扩大形成比感光中心大的 金属银斑点（显影中心）。
- 潜影:由于光解银的量很少,肉眼观察不到,称为潜影. 越亮,光越多, 银愈多,胶片上越黑
STEP2: 化学处理过程（Chemical process）：暗箱内完成，需完全黑暗
-
显影:Developer bath（显影液处理）,胶片浸入 “化合物混合液（显影液）”，显影中心在遇到显影液后使全部 银离子析出，整个颗粒还原成为金属银颗粒。已曝光的卤化银(部分还原为银)进一步还原为金属银（metallic silver），潜影变成可见的 “银影像”；未曝光的卤化银暂不反应。
-
停影:Stop bath（停显液处理）：用 “醋酸（acetic acid）” 溶液停止显影液的反应，防止显影过度，控制影像对比度。
-
定影:Fixer bath（定影液处理）：用 “硫代硫酸铵（ammonium thiosulfate）” 溶液溶解并去除未曝光的卤化银，只保留显影出的金属银影像，使胶片不再对光敏感，影像得以固定。影后，金属银颗粒保持不变，而没曝光的溴化银颗粒则被溶解在定影液中，并经水洗后脱离，胶片上只留下经曝光和还原（显影 +定影）后的银影像。
STEP3: 精修过程（Refinement process）：可在有光环境下进行
- Washing（水洗）：用 “水 + 湿润剂” 冲洗胶片，去除残留的定影液和硬水痕迹，避免化学物质长期腐蚀胶片。将胶片在流动的清水中彻底清洗，去除残留的定影液和其它化学药剂。水洗不充分可能会导致底片腐蚀或出现斑点。
- Drying（干燥）：在 “无尘环境” 下干燥胶片，最终得到永久且耐光的负片（negative）—— 影像与实际景物明暗相反（如亮部成暗部、暗部成亮部），可用于后续放大洗印照片。
黑白负片被曝光和冲洗后，形成由金属银组成的黑白影像。影像的影调与原景物相反。底片印制拷贝时，光线 是透过底片再到达生胶片上的。胶片黑度大的地方透过的光少，黑度小的地方透过的光多，这样底片成像过程中颠倒过来的景物亮度又还原成与原景物亮度一致的影像。
感光测定学 The Sensitometry
REF:
经过感光、显影、停影、定影、冲洗、干燥，胶片最终把现实中的像固定下来。在一系列过程中，感光是直接获取现实中的像，感光材料对亮度的敏感程度，很大程度上影响了最终刻蚀在胶片上的像，比如亮度，对比度，动态范围等。
为了阐释胶片与相纸的特性，感光测定由此产生，它是测量感光材料敏感度的科学，通过绘制图像密度随不同曝光量及处理条件变化的曲线来实现。
感光效率和标准演进
REF：
用于感光的卤化银 有 AgCl AgBr AgI. 他们的感光效率依次递增, 其中 反应中等的AgBr 用的最为广泛. 加上不用的辅料,就可以影响感光性能.
为了描述胶片或者感光材料的感光能力,不同国家引入了评价标准, 德标 美标 苏标. 但是标准过多导致混乱,于是ISO国际标准化组织在1987年协定了胶片感光度标准. 一开始是美标ASA/德标DIN同时显示,后来仅保留美标, 即现在在用的ISO ( ISO 看似是 index sensity of optics 的缩写,其实就是沿用了ISO 国际标准化组织这个组织的名字)
ASA 转DIN的公式如下 (二者其实等价,只要保留一个即可)
$$
S^o=10logS+1
$$
ISO组织给出了感光度的测定原理, 方法和标准,以及标注形式. 后面会提到
测量量基本概念
在引入测量方法前，先介绍几个概念
光密度OD(optical density)
光密度（OD）是描述介质对光吸收程度的物理量，定义为入射光强度与透射光强度比值的常用对数值，计算公式为OD=lg(I₀/I)，具有无单位的特性。根据国家标准GB3102.6—1993，光密度与吸光度为同一概念，广泛应用于溶液浓度检测及材料透光性分析等领域. 颗粒越密,吸光越多,OD 越大
透射密度(Transmission Density, Dt)
REF: 理解胶片：第二部分——解读胶片特性曲线
透射密度(Transmission Density, Dt)是光线通过胶片乳剂的银颗粒或染料被阻档的量，通常用10的对数值计算，如果Po是入射光，Pt是透过的光，那么Dt = lg Po/Pt 。 颗粒越密,吸光越多,Dt 越大
透射密度的测量有两种方式：漫射密度(Totally Diffuse Density)和单向密度(Specular Density)。如果将集光器紧靠被测胶片，集光器接受所有透射的光线，这就是漫射密度。如果用单向光束照射胶片，集光器离开胶片一段距离，只测定透射后非散射部分光线得到的密度，称为单向密度。
单向密度与漫射密度在彩色胶片几乎是相等的，因为彩色感光材料的影像是由染料组成，光线可以穿透染料，差不多没有散射。黑白片的单向密度和漫射密度可以相近，也可以差异很大，视银颗粒巨细而定，一般而言，高感光度的黑白片两个密度差异大于低感光度的黑白片，原因是高感光度的乳剂银颗粒较粗。
从定义上看 Dt 和OD 差不太多
不透明度Opacity
Opacity 不透明度。 指底片乳剂中的银沉积物阻挡光线的能力。可以通过透射密度计测定。 [0,1], 越接近1, 越黑,光基本被吸收
| 物理量 | 公式 | 范围 |
|---|---|---|
| 光密度OD(optical density) | $OD=lg(I_{int}/I_{out})$ | 0-∞ |
| 透射密度(Transmission Density, Dt) | $Dt= lg(I_{int}/I_{out})t$ | 0-∞ |
| 不透明度Opacity | $O=1-I_{out}/I_{in}$ | 0-1 |
感光特性曲线
REF:
HD curve
感光材料的乳剂层经曝光和显影加工后，它的透明程度会由于金属银的淀积而降低。乳剂层的透明度的降低与许多因素有关，在冲洗过程标准化的前提下，曝光量(H)就成了影响透明度最重要的因素。在不同曝光量下得到不同的OD值，就可以绘制一条曲线，即HD curve。
HD曲线也称为胶片特性曲线、感光测定曲线或密度测定曲线,感光特性曲线((exposure characteristic curves)),Hurter–Driffield curve, H-D curve, HD curve, H&D curve, D-logE curve or D-logH curve,是测量摄影胶卷感光性的感光曲线，以两位摄影科学家费迪南·赫尔特 Hurter与维罗·查尔斯·德里菲尔德 Driffield为名。
为了寻找乳剂层透明程度与曝光量之间的关系的数学模式，19世纪90年代英国两位学者—化学家H-Hurter和工程师V-Driffield用了约十年的业余时间，终于找到乳剂层中沉淀银的密度与曝光量及适当条件下的显影程度之间的比例关系。1890s，二人首次在Photographic Sensitometry（摄影感光度测量学）中，提出Characteristic Curves 特性曲线 (或 Hurter–Driffield Curves，简称HD曲线，或 曝光量—密度曲线，许多文章也直接叫作密度曲线(Density Curve))。该曲线用于描述曝光量与成像密度之间的关系，并建议用曝光量的对数和阻光率的对数(即密度)作为横纵坐标来表述它们之间的关系，将感光测定及密度测定之科学实践带入摄影胶卷，应用包括光学在内等领域。并研发一种称为光化仪的摄影测光表。1
由于曝光量通常用H表示，特性曲线的横标就是lgH，所以H-D曲线实际是一语双关，既是指Hurter-Driffield曲线，也可以理解为曝光量(H)—密度(D)曲线。
实际上，特性曲线描述的就是胶片显影后不同曝光量与相应银原子密度的关系。密度值来源于一系列胶片试条，这些试条经精确较正的感光计(Sensitometer)曝光，然后严格标准化的冲洗。每个试条上的照度(E，单位是勒克斯lux)乘以曝光时间(t，单位是秒sec)得到曝光量(H)，即，H等于乳剂层上所受光的照度(E)和照射时间(t)的乘积(H=E*t)，单位是勒克斯-秒(lux-sec)，也就是单位面积乳剂层上接受的总的光量。
这个H计算比较简化，更具体的,H 按照如下计算：（ref.Film_sensitivity_and_grain）
$$
H=\frac{qLt}{N^2}
$$
where L is the luminance of the scene (in candela per m²), t is the exposure time (in seconds), N is the aperture f-number, and q
$$
q = \frac{\pi}{4} T v(\theta) \cos^4 \theta
$$is a factor depending on the transmittance T of the lens, the vignetting factor v(θ), and the angle θ relative to the axis of the lens. A typical value is q = 0.65, based on θ = 10°, T = 0.9, and v = 0.98.[80]
**勒克斯(Lux)**指的是一支标准蜡烛(烛光)在一米距离产生的照度。如果胶片在距离标准蜡烛一米曝光一秒钟，那么胶片接受的曝光就是 1 lux-sec的曝光量。
用密度计测度每个试条上的透光率(Transmittance，T)，即透过胶片的光通量Qt与投射到材料上的光通量(入射光)Qo之比(Qt/Qo)，计算出阻光率(Opacity，O)。阻光率O等于透光率的倒数，即O = 1/T，也就是Qo/Qt。
胶片依沉积银颗粒的多少，光线穿透率可以从100%、50%、25%、10%……0.01%，相对的透光率是 1.0、0.5、0.25、0.1……0.0001，相应地，阻光率是1、2、4、10……10,000，这样巨大的数字在制作曲线时很不方便，标尺过小造成不够精确，故取阻光率O以10为底的对数，称为密度(Density，D)，即D = lgO = lg(Qo/Qt)，上述数值对应的D就是0.0、0.3、0.6、1.0……4.0。
阻光率就是（Dt, OD,D), 数值越低, 表示光线越接近100% 透过, 数值越大,表示越接近0%透过
将H取以10为底的对数(即lgH)绘制横坐标，以密度(D)绘制纵坐标得到的曲线即为测试胶片的特性曲线(图)。
4.0一般是胶片所能达到的最高密度（OD），所以纵坐标的最高值一般不大于4.0。横坐标上，曝光量每增加一倍，lgH增加0.3单位。(log2=0.3010299956639811952137388947244)
代表特性曲线(Representative Characteristic Curve)是对某产品大量批次测试后的平均结果制作的曲线。通常出现在产品Data Sheet上的都是代表特性曲线。
相对特性曲线(Relative Characteristic Curve)是没经较正的感光计曝光试条得到的曲线。一般是冲印车间为冲洗质控所采用的方式。
彩色胶片
黑白胶片有一条曲线，那么彩色胶片一般有三条曲线，分别代表红色(在彩负胶片是青色)、绿色(在彩负胶片是品红色)和兰色(在彩负胶片是黄色)染料层，方向也是从左到右由低到高(图3)。
彩色反转片也是三条曲线，但因为获得的是正像，曲线的走向与负片相反，从左到右由高到低(图4)。
分解特性曲线
REF:
从HD曲线中可以看到，线条不是理想的直线，存在各种分段
分区
不管什么胶片类型，所有特性曲线都可以分为五区：最低密度区(D-min)、趾区(The Toe)、直线区(Straight line)、肩区(The Soulder)和最高密度区(D-max)。
1．最低密度区 (D-min), O-A
又称无响应区，是胶片片基的密度和未曝光的卤化银显影后得到的密度，这个区的密度是衡定的，是特定胶片的特有性状。
对于黑白片，这个区也被称为灰雾(Fog)，指的是未经曝光而显影产生的净密度。灰雾可以因为延长显影时间或提供显影温度而密度增加，显影剂的成份和pH值也会改变灰雾密度。
在彩片只称为最低密度(D-min)，而不称之为灰雾。反转片的最低密度被定义胶片充分曝光和充分显影后的密度，因此位于曲线的右侧。
2．趾区 A-C
又称欠曝光区、曝光不足区。这个区曲线的斜率随等量增加的曝光而逐渐增加，换句话，当曝光量以等量增加时，密度的增量却是逐渐增加的，增加的幅度与曝光量增加不同步。如果影像出现在这个区，那么影像的密度对比不能正确得到再现，导致影调失真，层次也因为对比小而表现为平淡，暗部缺乏细节。
3．直线区 C-D
又称曝光正常区。这个区曲线的斜率是相对恒定的，密度随曝光量对数值增大而等速增加。这个区可以正确地反映影像的影调、细节、层次，因此，为了获得最佳影像效果，图像中所有重要的信息和细节都应放在这个区。
4．肩区 D-F
又称过度曝光区。这个区随曝光量增加，曲线的斜率逐渐减小，再增加曝光，密度不再增加，达到胶片的最大密度(D-max)。影像出现在这个区也会因为对比小而影调失真。这个区通常是由景物的高光区造成，所以往往造成高光部分没有细节。曝光过度也造成颗粒变粗。
5．最大密度区 F-G
这个区所有卤化银或者染料都已曝光，再增加曝光并不增加密度，这是一种胶片所能达到最大的密度，对于胶片，D-max一般不会超过4.0。
在黑白片中，极端过度曝光区,极度过曝会使密度减少，也就是所谓的负感现象(Solarization)，在安嫂-亚当斯的作品中，有一幅“黑太阳”，本该惨白的太阳在胶片记录成了黑太阳。彩片中是否也有负感现象不知道。
直线段比例越大越好；
左右跨度表明此胶片的Dynamic Range 动态范围（当时称为Exposure Scale），也就是容纳明暗的能力
上下跨度表明此种胶片的density scale密度范围 曲线越陡，说明反差越高
大家以后看胶卷特性曲线的时候希望有所帮助。
伽马
伽马（Gamma）是特性曲线直线段斜率的名称，通常以希腊字母γ表示，数学上为直线与水平线夹角的正切值。为便于计算与视觉估算，通常密度与对数曝光（log E）采用等长单位。此时，可将曲线直线段向下延伸至零密度线以确定惯性点。向右测量1.0 log E单位，作垂线与D-log E曲线相交，再从该点向左平行于log E轴延伸至密度轴，该处读数即为特性曲线的伽马值。伽马也可通过透明伽马计直接计算直线斜率正切值确定。
直线段伽马是衡量负片影调再现的指标。当γ=1时，负片影调近似原始场景的亮度关系；γ<1时，影调范围在负片上被压缩；γ>1时，影调范围被扩展。显影时通过调整γ可补偿场景反差不足（如γ>1增强低反差场景）或抑制高反差（如γ<1柔化强光）。伽马虽反映场景反差，但并非其唯一决定因素：曝光范围同样影响整体对比。
显影时间因素
由于显影时间会影响单质银沉淀的数量,随之特性曲线也会不同,图2显示Kodak T-MAX 100 黑白胶片不同显影时间的特性曲线。
同一感光材料在不同显影时间下会生成具有不同伽马值的特性曲线族。短时间显影时伽马快速上升，而长时间显影时伽马增速减缓，最终达到极限值，即伽马无穷大（γ∞）。，我们通过绘制显影时间-伽马关系曲线可直观显示此变化规律，通常显示为显影初期伽马陡升，后期趋近极限值。胶片制造商通常提供多种显影液的时间-伽马曲线，但需注意这些曲线可能为理想化平均值，与实际批次存在差异，精准摄影需个人基于实际自行测试。
最佳伽马范围
通过实践验证，不同摄影场景存在最佳伽马范围：
- **0.5-0.7：**适用于黑白业余摄影及室内人像；
- **≥1.0：**印刷制版常用，需要更高的反差。
反差指数
伽马（Gamma）是衡量显影程度的有用指标，但在实践中可能难以精确测量。现代乳剂特性曲线形态复杂化，会出现如无直线段、中部凸起、两侧具有不同斜率等问题。此类问题可能源于混合乳剂或使用补偿显影液（在低曝光区产生密度，同时抑制高曝光区密度）。同时，具有极陡斜率的曲线伽马值极高，测量中的微小误差可能导致伽马值显著偏差。同时，极短或过长的趾部形态的感光乳剂难以通过伽马选择显影时间。高质量底片常需曝光同时覆盖特性曲线趾部与直线段。为使用同一款相纸放大，负片密度范围需要较为一致。
伽马的不足促使人们尝试通过特性曲线上任意两点间的梯度来定义参数。选择非直线段的最低曝光点可量化趾部密度对最终底片影调的贡献，而梯度测定的高点位于直线段以避免肩部高密度与低影调分离。一般来说，连接曲线上两点的直线斜率值小于曲线伽马值。实践中，对具有不同趾部形态与长度的乳剂进行梯度测量，相比伽马测量能获得更一致的摄影结果。
但是，测量合适的平均梯度比伽马更困难。美国国家标准PH2.5-1960规定了用于确定胶片速度的平均梯度测量法。该方法经过改进和补充后，将参数命名为反差指数（Contrast Index, CI），并由柯达在其出版物中推广了此概念。
反差指数是D-log E曲线上代表低密度与高密度的两个任意点间的平均梯度。根据C.J. Niederpruem、C.N. Nelson与J.A.C. Yule的理论，最小密度位于半径为0.2单位（密度或对数曝光单位）的圆弧上，最大密度位于比小圆弧半径大2.0单位的同心圆弧上，圆心位于片基密度轴上。圆心对数曝光位置能够使得从中心引出一条假想直线同时穿过最大与最小密度点。此时，CI反差指数为该假想直线斜率。
具体是怎么计算的可以参考： https://www.youtube.com/watch?v=OnhcX3x2YvU 。 感觉转为代码执行不是那么容易，很可能涉及类似求根一样多次迭代。
平均梯度$\bar{G}$
平均梯度（Average Gradient，$\bar{G}$ ）同样是衡量斜率的指标，与伽马（gamma）和对比度指数（Contrast Index）类似，但其不限于曲线的直线段部分。平均梯度可从曲线上任意一点测量至另一点。若两点均位于曲线直线段，则平均梯度与伽马相同。通常将两点的密度值作为下标标注于符号$\bar{G}$ 后，以便他人明确参考点位置。
在下图的例子里， 从密度0.18的点至密度1.70的点计算平均梯度$\bar{G}$，符号记为$\bar{G}_{0.18-1.70}$ 。
因此我们可以计算得知： 密度密度的的 。
感光度ISO的测定
胶片感光度的测定因涉及反对数与平均梯度而略显复杂。美国国家标准协会（ANSI）制定了广泛应用的测定方法，同时国际标准化组织（ISO）采纳了ANSI方法，因此胶片感光度可能标注为ASA或ISO（如ASA/ISO），二者数值相同。测量方式如下
- 确保胶片正确显影（ANSI指定类似柯达D-76的显影液）：
- 在特性曲线上找到比最小密度（D-min）高0.10的点，标记为A，记录其对数曝光值（log E）。
- 向右移动1.30 log E单位，标记该点并垂直延伸至曲线交点，记录密度值并标记为B。
- 此时底片速度为 点对应的相对曝光值$\frac{800}{10^{A点对应的logE}}$对应的相对曝光值 ，同时若B点密度比A点高0.80±0.05，则显影正确。
例如：Dmin=0.18时，A点密度=0.18+0.1=0.28；B点密度需在1.03-1.13之间（0.28+0.80 ± 0.05）。此时A点相对曝光数为0.9，因此这个时候底片感光度为 $\frac{800}{ 10^{0.9} } \thickapprox \frac{800}{8} =100$。
宽容度
曝光宽容度是指在不显著影响图像质量的前提下，相机曝光可允许的调整范围。我们将特性曲线直线段投影至零密度线，可确定理论上完美的曝光范围，此范围即为特定胶片在特定显影方式下的宽容度。
当Dlog E曲线直线段斜率因显影时间延长而变陡时，直线段覆盖的曝光范围缩短。对于自带高反差度胶片或经高反差显影的材料，精准曝光定位至关重要。
举个例子，若胶片记录的亮度范围（最暗与最亮物体差异）为60:1，则亮度范围的对数值为1.8（log 60）。快速查看特性曲线标尺可知，整条曲线覆盖log E范围为3.0，1.8的范围可轻松容纳其中，并留有一定容差空间（宽容度）。我们将感光点选在3.6节中的点A，此时Log E = 0.9。以0.3 log E单位（1档）为步长移动，可见在超出曲线前可向左移动两次，同理向右亦可移动两次。因此，欠曝宽容度为2档，过曝宽容度亦为2档。
ISO 感光度(Sensitivity，Speed，S)
REF:
感光度，又称为ISO值，是衡量底片对于光的灵敏程度，由敏感度测量学及测量数个数值来决定，国际标准化组织标准为ISO 6。
对于光较不敏感的底片，需要曝光更长的时间以达到跟较敏感底片相同的成像，因此通常称为慢速底片。高度敏感的底片因而称为快速底片。
所以有时候我们在查ISO density和时候 也会出现 ISO speed的概念,就是因为在数目相机出现之前,胶片相机的感光度和底物反应速率有关.
感光度，或称速度，的测定是基于特性曲线计算出来的。
胶片感光度的测定因涉及反对数与平均梯度而略显复杂。美国国家标准协会（ANSI）制定了广泛应用的测定方法，同时国际标准化组织（ISO）采纳了ANSI方法，因此胶片感光度可能标注为ASA或ISO（如ASA/ISO），二者数值相同。测量方式如下
以黑白片为例，美国标准协会(American Standard Association, ASA)是这样规定的，在求取特性曲线时，试条曝光后在指定的条件下进行精确控制显影，使得显影后获得的特性曲线满足以下条件：以曲线中灰雾+片基密度+0.1的密度为基准点，该基准点处的曝光量对数 + 1.3相对应的密度值应该等于 0.8。如果符合这个条件，那么感光度S等于0.8除以基准点的曝光量。
ISO的变体与应用
REF:
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1830049391804158942&wfr=spider&for=pc
存在四种ISO标准，分别适用于彩色底片、黑白底片、彩色反转（幻灯片）底片和数字传感器。摄影师可能会发现，对于某些胶卷，将相机设置为与胶卷标称速度略有不同的ISO等级，能够获得意想不到的满意结果。不同ISO标准对应不同胶片类型，测量偏差可能出现，需要摄影师进行实验调整
数码相机
REF：
QE，BASE ISO，Analog ISO，Digital ISO
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光电转换率，光子到电子的转换效率，量子效率 QE
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电子到电压的转换， 转换增益， conversion gain， BASE ISO（基准ISO，基础ISO）
- PGA（可编程增益放大器（Programmable Gain Amplifier，PGA））放大，电压 到电压， 模拟放大ISO
- 原生ISO，native ISO： 没有经过数字放大的ISO = 基础ISO+模拟放大ISO
- ADC， 数字放大ISO，
双增益
双原生/转换增益 DCG dual conversion gain，双增益
电容两路放大，暗光环境下效果更好
大电容 实现低转换增益（low conversion gain， LCG）： 代价是动态范围低
小电容 实现高转换增益 （high conversion gain，HCG）： 代价是噪声大（模拟电路要放大，扩大噪声）
双增益融合输出 DGO dual gain output， 双原生ISO
PGA两路放大，融合，提高动态范围
数码相机下的ISO计算
REF： https://capitalphotographycenter.com/blog/article/understanding-iso-from-film-to-digital
In film photography, ISO (International Organization for Standardization) indicated film sensitivity to light. Lower ISO films (50-200) required more light (think bright sunny days) and produced cleaner images, while higher ISO films (400-3200) could shoot in darker conditions but showed visible grain. Photographers had to commit to one ISO for the entire roll of film, typically 24 or 36 frames.
