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ＪＰＧ ｏｒ ＲＡＷ——这是个问题
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前几日曹广福老师写了篇博文说到数码摄影的白平衡问题，大意是对不同的光线条件设置不同的白平衡值可以获得准确的色彩还原。黄智勇老师和我都留言表示用raw格式经后期软件处理可以准确还原白平衡。网友ｄｉｖｅｒ留言说，用ｒａｗ格式存在对后期ＰＳ的依赖性，不利于提高摄影技术。另外，吴飞鹏老师写了一篇《细节》，不过他的主要目的不是谈摄影技术问题，而是指桑说槐。
俺仔细想了一下，从技术层面上说，上面涉及的一些问题都与RAW有关，所以，俺觉得这是一个十分值得科普的问题，有必要在这里罗嗦几句。
看得出来，科学网上大多数人都习惯使用JPG格式。其实，科学网以外使用数码相机的人，大多数也都喜欢采用JPG格式拍摄。因为一是方便，二是简单。可以说，JPG格式是网络上应用最广泛的一种图片格式。但是，从科学的角度看，这是不太科学的应用。或者说，使用相机直出JPG格式图片不是最佳选择。
那么，原因何在呢？
首先我们来看看什么是ＲＡＷ格式，什么是JPG格式？
按说，这个问题应该从数码相机的基本工作原理说起，但这样会使枯燥指数大增！为此，俺把复杂的原理简单地归纳成几条，估计大多数人都能看懂：
（1）数码相机是通过内部的传感器（感光元件）ＣＣＤ或CMOS来记录影像信息的，它并不直接记录光的信息，而是把光信息转换成模拟的电信号，再通过模数转换芯片把电信号转成数字信号并存储在相机的存储卡里。
（2）大多数传感器只能感应光的强弱（光子的多少，即明暗程度），记录下来只是灰度信息；而不能捕获光的色彩信息（即光的波长）。为了得到色彩信息，通常的做法是在传感器表面覆盖一个RGB红绿蓝三色滤光片（或称Bayer滤镜）（不同的传感器厂商方法不太同）。这样，出来的信号就含有色彩元素了，再通过传感器的处理就可以实现色彩数字信号的输出。
（3）上述灰度（明暗）信息与色彩信息一起，加上相机产生的一些元数据（metadata），如ISO设置、快门速度、光圈值等，共同构成的数据文件就是所谓的RAW格式文件，它并不是您看到的色彩鲜艳的图片。
（4）为了用户使用方便快捷，相机内装有将RAW转换成可视图片格式（主要是ＪＰＧ）的固件程序（称为ＲＡＷ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）。感光元件记录的（灰度）数据是１６ｂｉｔ，但相机因为编码固件的限制，产生的文件只有８ｂｉｔ．其后期处理能力大受限制。一般来说，出来的图像还需进一步校正，对于８ｂｉｔ的图像，处理的次数越多，细节丢失得就越厉害，质量恶化得也就越厉害。
回过头来对JPG格式和RAW格式的特点做个小结：
ＪＰＧ格式本身是一种有损的图像压缩格式，每一次的处理和压缩，都会造成质量上不可逆转的损失。相机本身已经处理了一次，这个图像质量已大体定型。如果您后期还想进一步处理，余地就比较小了。
RAW格式则保留了由传感器记录图像的所有原始数据。我们需要做的是，把原来在相机内完成的RAW转换过程，放在强大的计算机平台上完成。前面说了，相机的RAW转换程序功能很有限；而在计算机上，人们已经开发出非常复杂和非常强大的RAW转换程序，它可以保留所有16bit颜色信息。在计算机上编辑RAW，把它转换成其它格式的过程中，可以更改其记录的数据，如色彩、白平衡、饱和度、色调、锐化、曝光校正、噪音处理等等的设定。但有一点必须提醒大家，并不是什么都可以交给后期来处理的。正确的拍摄技术是必需的，如正确的曝光，对焦和构图等，这是用RAW调整出高质量照片的基础。16bit数据优势就在于调整诸如白平衡，色彩，曝光等参数。
RAW格式存在两个容易让初学者却步的地方：第一是数据量大，需要大容量存储介质。不过，现在存储卡动辄几个GB，存储已经不是问题。第二，后期转换需要专门的软件，如Adobe Camera Raw（Photoshop的插件），Lightroom, Apple Aperture, Phase One Capature等，各数码相机厂商也会提供自家的RAW转换软件。一般人都懒得去学习使用这些相对复杂的软件，这的确是个问题。不过，如果您喜欢摄影，又想得到高质量的图片，花些时间是值得的。再说了，搞科研的人难道还惧怕使用软件吗？如果您只是一般爱好，主要是为了拍拍到此一游纪念照，拍拍花花草草自娱自乐，使用JPG也没什么不好！但记住最好拍摄前对参数进行正确的设置。
RAW格式存在两个容易让初学者却步的地方：第一是数据量大，需要大容量存储介质。不过，现在存储卡动辄几个GB，存储已经不是问题。第二，后期转换需要专门的软件，如Adobe Camera Raw（Photoshop的插件），Lightroom, Apple Aperture, Phase One Capature等，各数码相机厂商也会提供自家的RAW转换软件。一般人都懒得去学习使用这些相对复杂的软件，这的确是个问题。不过，如果您喜欢摄影，又想得到高质量的图片，花些时间是值得的。再说了，搞科研的人难道还惧怕使用软件吗？如果您只是一般爱好，主要是为了拍拍到此一游纪念照，拍拍花花草草自娱自乐，使用JPG也没什么不好！但记住最好拍摄前对参数进行正确的设置。
因此，无论是曹广福老师说的白平衡问题，还是吴飞鹏老师说的细节问题，都可以在RAW中搞定！一句话，RAW格式为我们提供了最大的图片后期调整余地，使我们能够获得尽可能好的图像质量。
写到最后，结合本人的专业说几句题外话。
在数值天气预报领域，目前已经能够在数值天气预报模型中大量使用卫星观测数据来提高预报的准确率。无论是研究还是实际应用结果都表明，在数值预报模型中直接使用卫星观测原始数据，比间接使用卫星反演数据要好很多。卫星原始数据观测到的如大气辐射率（Ｒａｄｉａｎｃｅ），并不是大气参数（如温度、湿度等），必须通过辐射传输模型把辐射率转换成大气参数，才能应用到数值预报模型中。应用方式有两种，一种是以离线方式（ｏｆｆｌｉｎｅ）通过辐射传输模型把卫星辐射率转换成大气参数，再用到数值模型中，这是所谓反演方法；另一种方法是把辐射传输模型直接应用到数值预报模型的资料同化算法中。现在，这种做法已经没有任何疑议。
与数码摄影相比，反演就像是用JPG；而直接同化卫星数据就像是用RAW。
另外告诉您一个事实——目前最先进的欧洲中期数值天气预报模型中，卫星观测的使用率已经占据全部观测的90%以上。
https://blog.sciencenet.cn/blog-665782-554316.html
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