我把尼康 RAW 往底层挖了一遍，翻出了一个藏了二十年的“祖传屎山”

我顺着 D850 RAW 里一排“消失的数字”，挖到了尼康二十年的祖传小动作

我一直觉得很多 Nikon 相机有一种很奇怪的感觉。

正常曝光的时候特别好。

颜色扎实，层次清楚，中间调尤其漂亮。

但一旦照片走到两个极端——特别深的暗部，或者快要爆掉的高光——那种舒服的感觉有时候突然就没了。

暗部的颜色容易变得有点僵。

高光则偶尔会出现一种很难描述的“死法”。

最奇怪的是：

D810、D850 这种机器，偏偏又是出了名的动态范围怪兽。

一个低感动态范围这么强的相机，为什么越往动态范围两头用，我反而越容易觉得颜色不对？

以前我也把它归结成“尼康色彩”“Adobe 解 RAW”“个人口味”。

直到最近，我本来只是想测试一块几十年前的 CC 品红色彩补偿滤镜。

结果顺着 RAW 一路往下挖，最后碰到了 Nikon 从 D2X 时代就已经存在的一个“小动作”。

然后很多事情突然连起来了。

一、先看 D850 RAW 里那几个“消失的数字”

很多摄影师对 RAW 的理解，大概是：

光 → 传感器 → ADC → RAW

也就是说，传感器读到多少，RAW 就记录多少。

但 Nikon 很早就不是完全这么干的。

Jim Kasson 对 D850 做 Photon Transfer Curve 测试时，测出了非常明确的 RAW prescaling：

R′ = 1.1636 × R

G′ = 1.0000 × G

B′ = 1.1317 × B

也就是说：

绿色基本不动。

红色先乘 1.1636。

蓝色先乘 1.1317。

然后再写进 NEF。

换算成摄影师熟悉的 EV：

R ≈ +0.22 EV

B ≈ +0.18 EV

这个动作一般叫 prescaling，或者 color-channel preconditioning。

名字不重要。

真正重要的是：

这不是你后来在 Lightroom 里做的白平衡。

在 NEF 真正写下来以前，R/B 数据就已经被 Nikon 动过了。

而且这不是 D850 一台机器的特殊行为。

RawDigger 对 Nikon RAW 的研究认为，这类 color-channel preconditioning 至少可以追溯到 D2X 时代。

D3X、D800 等后来的机器上也能观察到类似特征。

所以标题里说它“祖传”，并不只是为了骂街。

它确实是一套延续了很多代的 Nikon RAW 处理思路。

二、乘个 1.16 而已，有什么大不了？

一开始我也是这么想的。

问题是：

RAW 最后还是要存整数。

举个最简单的例子。

假设 ADC 原来给你的数据是：

100，101，102，103，104……

现在全部乘 1.1636，然后重新取整数。

结果可能变成：

116，118，119，120，121……

发现了吗？

117 没了。

可以把它想象成一把尺子。

原来的刻度是：

100、101、102、103、104……

Nikon 把整把尺子拉长了 1.1636 倍。

但最后又规定：

所有刻度必须落在整数上。

于是有些整数刻度自然永远不会出现。

所以真的去看一些 Nikon RAW 的 R/B histogram，会看到非常规律的“梳子”。

一个数有。

下一个数没有。

然后又有。

这就是所谓的 missing codes。

所以这里第一个可以确定的事实是：

Nikon NEF 里的 R/B，并不总是未经处理的 ADC 整数序列。

而且这个过程不能完美倒推。

因为即使后来知道：

R = R′ ÷ 1.1636

那些已经在重新取整过程中消失的整数，也不可能被完整恢复。

这不代表 Nikon RAW 被“毁了”。

1.16 也不是一个多么恐怖的数字。

但它证明了一件很重要的事情：

RAW 并不一定等于传感器 ADC 的原始整数流。

三、真正让我觉得有意思的，是 Nikon 偏偏动了 R/B

为什么不动 G？

为什么偏偏是 R 和 B？

继续往下挖，就碰到了 Nikon 自己二十多年前的一份专利。

这份专利讨论的恰好就是：

RGB 三个通道原始感光能力不平衡怎么办？

Nikon 在专利里举过一个传统传感器的例子。

大约 5000K 光源下拍摄中性物体，原始 RGB 信号可能是：

R : G : B ≈ 0.45 : 1 : 0.55

翻译成人话：

假设绿色收到 100，

红色可能只有 45，

蓝色可能只有 55。

最后想把这个灰色物体真正变成灰色怎么办？

只能做白平衡。

大约需要：

R × 2.22

G × 1

B × 1.82

所以摄影师平时看到 Lightroom 里的“白平衡”，底下并不只是把照片调黄一点、调蓝一点。

它还意味着：

原本比较弱的颜色通道，需要被更大幅度地放大。

这里必须说严谨一点。

上面的 0.45 : 1 : 0.55，是 Nikon 专利用来说明传统传感器问题的例子。

不是说 D850 实测就是这个数字。

但它至少证明：

Nikon 的工程师二十多年前就已经非常认真地考虑过 RGB 原始响应不平衡这个问题。

四、而且 Nikon 还很在乎“颜色分得开”

这份专利里还有一个很有意思的思路。

Nikon 在讨论提高红色感光能力的时候，特别考虑了 R、G 光谱响应之间的重叠。

说白了就是：

不只是要收到光，还希望 R、G、B 分得足够开。

这其实很好理解。

如果 R、G、B 三个通道的光谱响应全部糊成一团，当然容易喂，白平衡也容易。

但颜色之间的区别也会变弱。

反过来，比较强的 color separation，可以得到更加明确的颜色信息。

所以很多 Nikon 为什么正常曝光时颜色会让人觉得很扎实？

这并不矛盾。

甚至可能恰恰和这种设计取向有关。

红是红。

绿是绿。

颜色之间不容易糊成一锅。

所以这里并不是说：

“Nikon 做错了。”

真正有意思的是：

这套东西在中间可能很好，但到了两头，代价开始出现。

五、先往暗部走

曝光越来越少以后，最基本的事情先发生：

R/B 收到的 photons 越来越少。

光子噪声有一个很简单的规律：

Noise ≈ √N

而信噪比大约是：

SNR ≈ √N

N 就是收到的 photons 数量。

不用记公式。

只记一句话：

真实收到的光越少，后面越难救。

如果 R/B 原始信号本来就相对较弱，那么到了深暗部，它们自然比中间调更加脆弱。

而 Nikon 的数据还要经历：

弱 R/B 信号

↓

ADC

↓

R/B prescaling

↓

重新取整

↓

RAW 软件再做 WB amplification

这里我要故意把结论说轻一点。

目前没有证据证明 Nikon 的暗部“怪感”就是 prescaling 单独造成的。

Prescaling 不会凭空制造几档噪声。

但它确实做了一件并不漂亮的事情：

在本来已经比较弱的 R/B 数据上，又增加了一次不可逆的数字变换和重新量化。

信号很强的时候，这件事几乎无所谓。

假设一个通道有几千甚至上万个有效 code，少几个整数谁都看不出来。

但如果已经接近黑场呢？

当有效信号只剩几十个 code 时，同样的离散化误差占整个信号的比例就完全不同了。

所以我现在更愿意把 R/B prescaling 看成：

暗部颜色问题的一个潜在污染源。

不是唯一元凶。

但越靠近黑场，越值得怀疑。

六、然后往另外一头走

Prescaling 在高光端也不是完全免费的。

因为把 R/B 先乘大，再塞回有限的 RAW 数字空间，本质上是在提前消耗一部分 numerical headroom。

D850 的量级大约就是：

R：0.22 EV

B：0.18 EV

换句话说，Nikon 为了提前整理 R/B 数据，主动交换掉了一小部分 R/B 数字余量。

这点损失并不巨大。

问题在于，它并不是孤立存在的。

因为与此同时，真实世界很多宽谱、中性场景下还有另一个问题：

G 的原始信号往往比 R/B 强。

于是不断增加真实曝光以后，可能发生：

G → physical saturation

而此时：

R/B → still alive

也就是说，高光端可能同时存在两种不同的限制：

一边是 R/B 被 prescaling 改变了 numerical headroom；

另一边是 G 因为收到更多有效信号，先发生真正的 physical clipping。

于是所谓“RAW 顶部”，其实没有想象中那么整齐。

七、绿色先爆，也不是理论脑补

Jim Kasson 用 Nikon Z9 做过一组非常有意思的 RAW bracket 测试。

同一个场景，每次增加 1/3 EV。

结果大概是：

ETTR：RAW 还没有真正 clipping。

ETTR + 1/3 EV：绿色通道开始 clipping。

ETTR + 2/3 EV：高光纹理已经开始明显损失，但 R/B RAW 通道仍然没有全部爆掉。

于是 RAW 顶部其实存在这么一个区域：

RGB 全部正常

↓

G 开始死亡，R/B 仍然活着

↓

RGB 全部死亡

问题来了。

中间这一小截算不算动态范围？

当然算。

因为 R/B 里面确实还有信息。

但从颜色角度看：

它已经不是完整的 RGB 信息了。

八、所谓“高光恢复”，也不是时间倒流

这时候 Lightroom 可能还能把高光“救回来”。

所以摄影师经常会觉得：

“Nikon 高光恢复真牛。”

但如果 G 已经 clipping：

真实的绿色细节就已经不存在了。

RAW converter 能做的是参考：

R、B、周围像素、颜色关系……

然后推测：

“这里的绿色原来大概应该是什么。”

好的 RAW converter 可以猜得非常漂亮。

但：

猜出来的信息，不等于传感器实际测到的信息。

所以我现在看动态范围，已经不太愿意只问：

“这个 RAW 还能不能拉回来？”

我更想问：

R、G、B 三个通道是不是都还活着？

这是两个完全不同的问题。

九、然后 Nikon 偏偏又造出了 ISO 64

到这里，整个故事终于连起来了。

D810、D850 为什么封神？

一个非常重要的原因就是：

低 ISO 动态范围。

尤其 D850。

原生 ISO 64。

暗部能拉得非常狠。

于是 Nikon 的产品特性实际上给摄影师提供了一个巨大的诱惑：

放心往右曝。

摄影圈后来又把 ETTR 讲得越来越深入人心：

只要高光没爆，就继续增加真实曝光。

从最基本的物理规律看，这当然有道理。

真实曝光增加一档：

N → 2N

光子信噪比从：

√N

提高到：

√(2N)

所以：

只要没有 clipping，真实曝光越充分，通常越好。

问题恰恰就在这句话的前半句：

“只要没有 clipping。”

谁没有 clipping？

JPEG 没爆？

亮度直方图没爆？

照片看起来没爆？

还是：

R、G、B 三个 RAW channel 全都没有爆？

如果 G 已经先死了，那么继续往右得到的最后那一点所谓“动态范围”，已经不是完整的 RGB 动态范围。

十、我觉得真正的问题，其实不是 Nikon 动态范围不够

恰恰相反。

是 Nikon 的动态范围太大了。

大到摄影师舍不得不用。

14 EV。

14.5 EV。

最后 0.3 EV 都觉得扔了可惜。

厂家给了多少，我就一定要用满多少。

于是大家会天然认为：

越接近传感器极限，越是在发挥这台机器的性能。

但这背后偷偷藏了一个未经证明的前提：

动态范围里的每一档，质量都是一样的。

实际上并不是。

最下面的一点，可能已经进入极低信号区域。

R/B 很弱。

Prescaling、重新量化、WB amplification 的相对影响越来越值得在意。

最上面的一点，又可能已经进入：

某个通道 numerical headroom 被消耗；

某个通道开始 physical clipping；

RAW converter 开始做 highlight reconstruction。

这些区域当然都可以算进“动态范围”。

但：

能用，不等于值得用。

这是我研究到这里以后最大的观念变化。

十一、我对少一档动态范围，其实一点意见都没有

假设一台相机纸面上有：

14.5 EV

如果为了把这 14.5 EV 一滴不剩地榨干，我必须同时忍受：

最下面 R/B 进入非常弱的信号区；

最上面 G 开始单通道 clipping；

RAW converter 越来越依赖 reconstruction；

那我为什么一定要这 14.5 EV？

如果我主动扔掉上下两头最不舒服的一点，最后只剩：

13.5 EV

但是这 13.5 EV 里面：

R/B 有足够真实信号；

三个通道都没有进入 clipping；

颜色主要来自 measurement，而不是 reconstruction；

那我会毫不犹豫地选：

13.5 EV。

因为动态范围只是一个长度指标。

它不是质量指标。

一条路有 100 公里，不代表 100 公里都是柏油路。

最后 5 公里是烂泥路，当然也可以算进总里程。

问题是：

你为什么非要开进去？

十二、所以我现在更在乎一个东西：Clean Color DR

这是我为了方便讨论自己使用的概念，不是什么行业标准。

普通 Dynamic Range 问的是：

从最暗到最亮，还能记录多少档？

我更关心的是：

其中有多少档，是 R、G、B 三个通道都还处在值得使用的工作区？

我暂且把它叫：

Clean Color DR。

也就是：

干净的彩色动态范围。

它不追求把传感器最后一个电子都榨出来。

它追求的是：

R/B 不要掉进最脆弱的低信号区域。

G 不要进入 clipping。

R/B 也不要因为数字处理撞到 numerical limit。

三个通道尽可能都待在舒服的位置。

如果为了做到这些，需要主动扔掉 0.5 EV，甚至 1 EV：

我一点意见都没有。

十三、这也是为什么我开始重新考虑 D850 的 ISO 400

D850 在 ISO 320 → 400 左右会发生一次 conversion gain 切换。

实测可以看到 input-referred read noise 明显下降。

所以 ISO 400 对 D850 来说是一个很有意思的工作点。

注意：

我不是说：

“ISO 400 动态范围比 ISO 64 大。”

当然不是。

我的想法恰恰相反：

我主动不要 ISO 64 给我的全部动态范围。

我要的是换一个合适的 conversion-gain 工作状态，然后把真正重要的数据放在 RAW 最舒服的位置。

所以可以尝试：

ISO 400 + 充分的真实曝光。

如果使用自动曝光模式，可以通过正曝光补偿实现。

如果使用 M 档，本质就是自己增加真实 sensor exposure。

目标只有两个：

不要让 R/B 饿死。

不要让 G 撑死。

十四、为什么会想到 ISO 400 +1，甚至 +2？

ISO 64 到 ISO 400 相差：

log₂(400 ÷ 64) ≈ 2.64 EV

所以在相同测光逻辑下：

ISO 400 / 0 EV

相对于：

ISO 64 / 0 EV

会少大约 2.64 EV 的实际 sensor exposure。

那么：

ISO 400 / +1 EV

仍然少：

2.64 - 1 = 1.64 EV

而：

ISO 400 / +2 EV

仍然少：

2.64 - 2 = 0.64 EV

于是 ISO 400 +2 EV 就变得很有意思。

它已经进入 D850 的 high-conversion-gain 工作区。

同时又给了 R/B 相当充分的真实曝光。

但相对于 ISO 64 的常规测光曝光，仍然保留大约 0.64 EV 的曝光差。

这块空间可能恰好可以用来远离 G 最危险的顶部区域。

注意：

这不是说 D850 的标准答案就是 ISO 400 +2 EV。

+1、+1.3、+1.7、+2，都只是具体场景可能出现的结果。

真正的原则只有一句：

选择合适的 conversion-gain 工作区，然后尽可能增加真实曝光，但提前离开 RAW 两头最不舒服的区域。

十五、但我后来发现，还有一个更邪门的办法

前面的办法，本质上还是：

我主动少用一点动态范围。

但是有没有可能直接改变 R、G、B 三个通道的关系？

也就是：

在 RAW 出生以前动手。

于是我找来了一块几十年前的东西：

CC40M Magenta Color Compensating Filter。

然后真的测了一遍。

测试机不是 Nikon，而是一台 Canon EOS-1Ds Mark III。

同一个场景。

同样 ISO。

同样光圈。

同样快门。

然后直接解两张 CR2 的 Bayer RAW 数据。

结果是：

R：-0.80 EV

G：-1.21 EV

B：-0.80 EV

所以真正关键的数字不是：

“它损失了一档光。”

而是：

-1.21 - (-0.80) ≈ -0.41 EV

也就是说：

CC40M 让 G 相对于 R/B 少了大约 0.4 EV。

十六、然后把损失的曝光真正补回来

假设 CC40M 总体损失大约一档。

我们不用 ISO，也不用 Lightroom Exposure 去补。

而是真的把快门放慢一档。

也就是：

Physical Exposure +1 EV

那么粗略来看：

R：-0.8 + 1 = +0.2 EV

B：-0.8 + 1 = +0.2 EV

G：-1.2 + 1 = -0.2 EV

于是相对于裸机：

R/B ≈ +0.2 EV

G ≈ -0.2 EV

看到这里，这块滤镜真正干的事情就很清楚了。

它不是简单把照片染成品红。

它是在：

重新分配进入传感器的 photon budget。

原来相对吃亏的 R/B：

多吃一点。

原来最容易先碰到上限的 G：

少吃一点。

而且这一切发生在：

ADC 以前。

不是 Lightroom。

不是 LUT。

不是 Profile。

甚至 RAW 文件都还没有出生。

十七、这和“增加动态范围”其实没有什么关系

这一点我现在反而想说得特别清楚。

CC40M 并不会神奇地把：

14 EV

变成：

14.4 EV。

Sensor 的 full well 没有凭空变大。

Read noise 也没有凭空消失。

我甚至完全接受：

用了它以后，某些意义上的总效率或者可用动态范围少一点。

我不在乎。

我真正想换的是：

剩下来的范围更干净。

所以 CC40M 的价值不是：

“增加 0.4 EV 动态范围。”

而是：

牺牲一部分总透射率，换取更合理的 RGB photon distribution。

这和前面的 ISO 400 思路，本质上其实是一回事：

我不再追求把 Nikon 的纸面动态范围一滴不剩地榨出来。

我开始主动取舍。

十八、最有意思的是：Nikon 自己二十年前就想过这条路

继续翻前面那份 Nikon 专利，会看到一个非常有意思的方案。

Nikon 明确讨论过：

降低绿色通道的 optical transmission。

目的就是让：

R : G : B

更加接近。

换句话说：

如果 G 太强，那就把 G 压一点。

然后 Nikon 紧接着指出了这个办法最大的缺点：

Sensitivity 会下降。

所以 Nikon 更倾向于增强 R/B，而不是主动砍 G。

从商品相机的角度看，这个决定完全合理。

一台相机要卖给：

体育摄影师。

新闻摄影师。

婚礼摄影师。

普通消费者。

谁愿意平白损失 sensitivity？

但二十多年以后，如果换成我的使用场景：

风光。

静物。

建筑。

产品。

棚拍。

相机就在三脚架上。

1/125 秒变成 1/60 秒，又有什么关系？

如果损失这一档总透射率，可以换来更合理的 RGB photon allocation：

这一档光我愿意付。

十九、所以现在还差最后一个实验

到目前为止，真正可以确认的证据其实已经不少。

第一：

Nikon 长期存在 R/B RAW prescaling。

D850 实测大约：

R′ = 1.1636 × R

B′ = 1.1317 × B

第二：

这种非整数 digital multiplication 会在 RAW 中留下规律性的 missing codes。

第三：

D850 的 prescaling 大约相当于：

R：+0.22 EV

B：+0.18 EV

也就是说，它确实改变了 R/B 的数字尺度和 numerical headroom。

第四：

Nikon Z9 的 RAW bracket 实测证明，在特定自然场景里，G 可以比 R/B 更早发生 clipping。

第五：

Nikon 自己二十多年前的专利明确讨论过 RGB sensitivity imbalance、光谱分离，以及降低 G optical transmission 的解决路线。

第六：

我们自己的 CC40M + 1Ds Mark III RAW 对照实测得到：

R：-0.80 EV

G：-1.21 EV

B：-0.80 EV

也就是：

G relative ≈ -0.4 EV

现在真正缺的只有最后一块拼图：

D850 + CC40M。

裸机拍一组。

CC40M 拍一组。

把滤镜损失用真实快门补回来。

然后直接看：

R 什么时候 clipping。

G 什么时候 clipping。

B 什么时候 clipping。

再看深暗部 R/B 的实际表现。

如果最终真的能够让三个通道更接近自己的最佳工作区，同时减少对 RAW 两端的依赖，那么这块几十年前的老滤镜就干了一件非常有意思的事情：

它没有给 Nikon 增加动态范围。

它只是帮我把那些我真正想要的动态范围，变得更干净。

现在还不能宣布它成功。

但这个实验已经非常值得做。

二十、研究到这里，我反而开始没那么在乎“14.5 档动态范围”了

不是说动态范围测试是假的。

而是这个数字只告诉了我们一部分事情。

以前看到：

14.2 EV。

14.5 EV。

差 0.3 EV，我都会觉得这是技术差距。

现在我会先多问一句：

这 14.5 EV 里面，到底有多少是我真正想用的？

最下面那一点：

R/B 还有多少真实信号？

Prescaling、重新量化和 WB amplification 相对于真实信号还占多少？

最上面那一点：

R、G、B 三个通道都还活着吗？

还是已经有一个通道 clipping，剩下的东西开始交给 RAW converter 猜？

如果最后 0.5 EV 是：

G 已经死了，

R/B 还活着，

那这 0.5 EV 当然仍然可以计入动态范围。

但它和：

R、G、B 全部完整的 0.5 EV，

对我来说不是同一种东西。

最后

以前我看曝光，只看一件事：

亮不亮。

后来开始拍 RAW，学会看：

爆没爆。

再后来学 ETTR，开始想：

还能不能再往右一点。

而 Nikon 恰恰特别容易让人产生这种欲望。

ISO 64。

巨大的低感动态范围。

暗部随便拉。

于是慢慢地，我们开始舍不得浪费任何一丁点纸面性能。

厂家给 14.5 EV，

我就一定要用满 14.5 EV。

最后 0.3 EV 也舍不得扔。

但研究到这里，我越来越觉得：

这可能才是真正需要改掉的习惯。

摄影从来没有规定：

一台 14.5 EV 的相机，

你就必须使用全部 14.5 EV。

如果主动放弃上下两头最不舒服的一点，最后只剩 13.5 EV，

但换来的是：

更稳定的 R/B；

更完整的高光 RGB；

更少依赖 RAW converter 猜颜色；

那我会毫不犹豫地选 13.5 EV。

因为：

动态范围是长度指标，不是质量指标。

一条路有 100 公里，不代表 100 公里都是柏油路。

最后 5 公里是烂泥路，当然也可以算进总里程。

但你没有义务非得开进去。

所以现在再有人告诉我：

“这台相机有 15 档动态范围。”

我的第一反应已经不是：

“牛逼。”

而是会多问一句：

15 档我知道。

干净的有几档？

当别人还在比较 14.2 EV 和 14.6 EV 的时候，如果你已经开始关心：

R、G、B 分别收到了多少 photons；

哪个通道最先碰到墙；

RAW 文件出生以前，厂家又对数据做过什么；

以及为了最后那半档纸面动态范围，到底值不值得付出颜色上的代价——

那么你看“动态范围”这三个字的时候，其实已经是在看另外一个东西了。

我现在真正想要的，不是：

最大的动态范围。

而是：

最大的干净动态范围。

说到底，原则还是那句特别土的话：

别让红蓝饿死，也别让绿色撑死。

至于厂家送我的最后那半档？

不好吃，我可以不吃。

参考资料

Jim Kasson：More D850 PTCs —— D850 R/B prescaling 系数，以及 ISO 400 附近 conversion-gain / read-noise 变化。

Jim Kasson：Nikon D850 photon transfer curves / D850 EDR 系列测试 —— Nikon factory WB prescaling、各颜色通道表现。

Jim Kasson：Lightroom highlight recovery —— Nikon Z9 以 1/3 EV 为间隔的高光 bracket 测试，可观察到绿色通道先开始 clipping。

RawDigger：RawDigger Histograms, Part 3: Overexposure Shapes —— Nikon 从 D2X 时代开始的 color-channel preconditioning，以及 D800、D3X 等 RAW histogram 实例。

RawDigger / LibRaw：关于 Nikon white-balance preconditioning 的讨论 —— RAW 数据在写入以前已经被改变，事后不能无损恢复原始整数序列。

Nikon Corporation：EP1494487，Color photographing device —— Nikon 对 RGB sensitivity imbalance、R/G spectral separation、R/B sensitivity，以及降低 G optical transmission 等方案的讨论。

本文 CC40M 实测：Canon EOS-1Ds Mark III，相同 ISO、光圈、快门条件下直接比较 Bayer RAW；测得 R ≈ -0.80 EV，G ≈ -1.21 EV，B ≈ -0.80 EV，即 G 相对 R/B 约 -0.4 EV。