我们所拍摄的东西，有的本身可以发光（太阳、灯泡），有的不可以发光而是依靠反射的光线（月亮等），这给我们分析带来了很多麻烦，必须分开讨论。
比较容易用来衡量光的大小的，首先考虑到的是能量，这可以推广到一般的电磁波身上。微观上，光子的能量和它的频率成正比。宏观上说道能量都知道应该用焦耳来度量，而光源发光的能力应该是和单位时间做功有关，即使用焦耳/秒（J/s），亦即瓦特（W）来描述。事实上还应该与发光角度，反射面面积和反射率有关系。另外一方面，这是纯粹依照辐射功率来计算的，人其实并不能感受到可见光以外的电磁波，即便对可见光，不同波长的光对人产生的明亮程度也是不一致的，为了加入这个因素，我们需要对光源的功率进行修正，乘上光谱光视效能，换句话说我们理论上感受到的亮度其实是某光源/反光物体产生的各个频率可见光功率与光谱光视效能系数的乘积的积分。为了强调这点，我们将单位从瓦特（W）换成了流明（lm）。准确的说，多数发光的商品在标注其发光能力时，应使用流明，如手电、投影仪、灯泡等。这个量，也就是所谓光通量。
有了这点后还不能说明给人的亮度，这只是一个总体功率的刻画，正如有了电通量（磁通量、压力）我们不知道某个具体位置上电场的强度（单位电荷能受到多大的力）一样，正如从电通量导出电场强度，我们计算的电场强度是电通量在通过曲面上的对面积微元的微分，所谓照度正是描述在某一点上感受到的光强（光通量再曲面上对面积微元的微分），因此其单位是流明/平方米（lm/m2），勒克斯（lux，lx）。在这里我们所说的光通量、照度都是对某束光而言的。
考虑下面的事实，使用小孔成像产生曝光需要很长的时间，这是因为孔径决定了光通量的大小，即便成像很小（面积），照度还是很小。使用大口径的镜头，可以使光通量显著提升，在成缩小的像时，产生的照度就会只需要较短的曝光时间。不过这里有点假设是胶片感光是和光通量 x 时间而非能量相关。
但是讨论光源（尤其是点光源）的亮度是否可以用光通量表述呢？如果是均匀的话可行，不是均匀的话，我们应该把光通量对空间角进行微分，这个就是所谓点光源在某个特定方向上的发光强度，一般用 lm/sr 亦即坎德拉（Kandela，cd）表示。对于面光源，我们计算的是在指定方向光源单位面积光通量对空间角的微分除以观察面法向夹角的余弦，单位是尼特（nt=cd/m2）。注意，亮度（luminance）是对光源和观察方向而言的。
比如我们考虑液晶显示器的可见范围，就应该画出该显示器对 -90~90 度的亮度。如果我们拍摄的物体中有光源的话也应该注意这点。
比较有意思的是在理想情况下，亮度是几何光学不变量，也就是说通过任何几何光学变换（小孔成像、凸透镜等）产生的像的亮度不变。如果把拍摄物体当作光源（发出的光线就是真实情况的反射光），那么其亮度能在使用不同的镜头观察下得到一样的亮度。
比较容易混淆的是像的照度和物的亮度。比如用幻灯机放大影像所成像在屏幕上观察起来，成像越大时越显得黯淡（照度变小）。晚上观察远近两盏功率一样的灯（点光源），感觉两者差不多亮。猜测，幻灯机像变大后通过移动人使得像和原来具有相同的视角时，应该和原来一样亮。
现在我们可以开始讨论一些曝光方面的问题了。多数摄影物距都是远大于焦距的（微距摄影不是）。这个时候影响胶片感光的重要因素是进入的光线的能量。这个因素是光线强度（lm）乘以时间决定的，而透镜的作用使得物体在焦平面成像（对焦准确时恰好是感光体平面），由于曝光时间统一，像在不同位置的的照度决定了感光体哪个部分接受光线的多少（产生黑白不同灰阶）。因此研究这种情况下像的照度受到哪些因素的影响很有必要，可以计算出它正比于物体的亮度，还正比于通光孔与焦距比值的平方。换句话说，确定了通光孔和焦距的比值后，物体越亮则像的对应位置越亮。那么通光孔和焦距的比值是什么？这就是镜头上 F 值的倒数，正因为这样 F 值一档正是根号 2（越为 1.4）倍，镜头上也避免了标注孔径的问题。
曝光同时也和感光体有关系，过于少量的光线将会使得感光体没来得及反应（如 Ag 没有生成），此时是黑色；过多的光线会使感光体饱和（Ag Cl 消耗完了），此时是白色。这中间刚好产生黑色的光量和刚好产生白色的光量的比值决定了一个感光体能容忍表现出不同的影像的能力，也就是所谓宽容度。由于一般我们习惯用光圈 1 档来表示，这个比值对 2 取对数获得的就是所谓的宽容度档数。
这里我们首先要说明我们现在说的是准确的曝光指的是中灰准确。这是什么意思呢？中灰一般认为是把黑到白色之间划分 11 个灰阶，中间的那一个是中灰。一般测量发现该颜色产生的反射率是 18%（反射率和灰度成对数关系）。Kodak 原来研究过很多照片，发现全部照片每像素灰度的均值差不多对应的是反射率为 18% 的中灰，因此产生了所谓中灰对准表示曝光准确，即应把中灰色物体在照片上以中灰色呈现出来（当然，这可能未必是你想要的结果），这也就是现代测光系统工作的原理。
测光系统有入射式和反射式。入射式测光表一般放在被摄体边上（尽量接近），朝向机位，这时测光表通过感受环境光获得照度，以自己为 18% 中灰产生的反射光强度，通过用户指定的感光度计算出一个 EV 值，并换算成为对应的光圈和快门组合。反射式是从机位方向对准主体，直接感受反射光，并把它当作是 18% 灰板产生的光照计算光圈快门组合。使用反射式测光表可以在离主体很近的地方测好光再回到机位，却并不需要曝光补偿，这是为什么呢？我们知道曝光量和像的照度成正比，一般我们选择了光圈完成对景深的控制，选择了合适的摄距保证了透视，因此完成相应的构图会固定住我们的焦距，最后影响曝光的只有快门而已。而物距远大于焦距时，像的照度仅仅与我们固定的光圈的导数的平方相关，因此我们需要确定的仅仅是被摄物体的亮度，而该值和我们使用没使用光学透镜、距离等没有关系，因此可以在里主体很近的位置直接测光。
那么，怎么利用我们的相机内置的测光表或者独立的测光表完成测光，并做出一个合适的推断确定光圈和快门呢？首先，我们要熟悉测光表提供给我们了什么测光方式。主流的方式有：平均测光、中央重点、点测和矩阵测光。这里主要讨论一下各种用法。如果场景的反差不是很大，那么可以认为整体的平均就是中灰，而平均测光就是利用所有部分的平均为中灰给出的曝光组合，所以使用这种方式是有效的。中央重点测光是对中央部分给予较周围更高权重的平均，把这个平均作为中灰来给出曝光组合，如果有主体需要和中灰校准又要兼顾周围，这种测光不失为一种折衷。点测，顾名思义就是在很小的区域内认为是中灰给出的曝光组合，在高反差场景常用它作为评估的重要手段。矩阵测光多为厂商自己的方案。
可以考虑这样一个问题，如果用均匀/中央重点测光，背景和主体的反差较大，如背景是白雪/黑炭时会有什么问题？由于测光表将白色/黑色要调整为中灰，需要大量降低/提高曝光量，这会使得自动产生的曝光组合偏欠/过曝。需要根据情况适当调整曝光补偿。我们知道如果中灰是将黑色的 50% 拿出来放在白纸上，那么直接用一张中灰纸和一张上面印有黑白相间但是面积相等的格子纸分别测光会有什么结果？中灰自然是曝光准确。但是黑白相间的纸张黑色部分不反射，而白色部分完全反射，最后平均的反射率是 50%，高于 18%，相机倾向欠曝以减少曝光量。
对于胶片还存在这么一个问题，即中灰准确时，高光和暗部分别能容忍多少档差异的光线，这两者其实是不一定等的。在大反差场景，往往需要对暗部和高光区分别点测，如果确信该场景所感兴趣部分在胶片宽容度以内，然后就可以定中灰。比如书上给的例子，人测出来是 F2，而天空是 F22 恰好是 7 档，和胶片宽容度相等。由于该胶片中灰下可容忍两档，上可以容忍 5 档，因此选择 F4（F2 加两档）可以使得暗部细节和高光部同时表现出来。这种方案叫累积测光法。
由于黑白片和彩负相似，一般可直接对暗部测光并收缩一到两档，而反转一般欠曝一些会更加饱和，所以多对亮部点测并打开一到两档，这是所谓的边界曝光原理。对更加复杂的环境还有所谓的区域系统，这是 Ansel Adams 所推崇的一种方式。
对于现在的 DSLR，中灰是否准确我们往往可以通过直方图（histogram）来判定。用 RGB 表示时，中灰对应的恰好是 (0.5, 0.5, 0.5)，或者写为 (7f, 7f, 7f) 或者 (80, 80, 80)，这是 16 进制的表示。所谓的直方图其实就是将每个像素的灰度进行统计，然后以灰度作为横坐标，纵轴是改灰度像素所占的比例。因此看中灰是否准确就是看该图正中的像素是否来自中灰色调的物体。那么为什么要向右曝光呢？一般说来比如感光体有 8 档宽容度，则对应在 8bit 的数值表达时，每一个 bit 实际上就对应了某一档下对灰度的表达能力，最亮的那一档肯定是最高位为 1，减一档则是第二位为 1，那么似乎高光区获得了更多的数值映射（如最亮的部分实际有 27=128 级），但是实际上该部分光的能量分布最广，也需要更多的色阶来表示，因此总体上看感光体的 A/D 转换应该对照度成线性关系。那为什么要向右曝光呢？这主要是为了提高读入 A/D 转换的准确性，增加信噪比，等价于使用了更低的 ISO，无他。即 expose right 不能增加层次感，只是让读入数据（尤其是暗部）更准确罢了。原来对该问题的理解是有错误成分的。
下面摘录一些特殊环境下的技巧：
- 夜景曝光：曾经写过一些 tips，不过由于偶相机在那个环境下完全不能测光，所以多数情况下是依赖多次尝试获得的经验。基本的技术是通过平均测光获得一个基准的曝光组合，然后根据黑暗和需要保留的灯光效果部分估一个大致的比例，然后依照该比例缩小快门时间即可。
- 焰火和闪电：对焦为无穷远，然后根据 ISO 100 时 F11（其他 ISO 可以根据互易律计算）设置好光圈，快门一般在 2s 左右。如果需要拍摄多条光照轨迹，那么需要大概知道这些轨迹是否会互相干扰构图。
- 月亮：对焦无穷远，同样也是 ISO 100 时 F11，快门为 1/250s。
没有评论:
发表评论