曝光这些干货有助提升你的光影把控能力

　　一张照片的明与暗不仅可以影响我们的视觉敏感度，而且还能左右我们的心理导向。
　　一张曝光正常的照片能让我们感觉舒适自然，而一张欠曝或过曝的照片不仅令美感打了折扣，而且还会损失大量的画面细节。
　　曝光是一个比构图还基础、更值得入门摄影爱好者认真学习的重要概念。
　　那么，曝光到底是什么？如何界定过曝或欠曝？曝光值是如何测量的？
　　今天，影像君和大家一起来聊聊摄影中的曝光。
　　一、几个相关概念
　　为了弄清楚曝光的具体定义，我们必须先要理解几个与之相关的基础概念。
　　1。1发光强度
　　概念的描述与定义往往都需要建立在一些具体的测量模型之上，很多相关、相近的概念都是在此基础上不断地叠加、嵌套，因此，理解模型是打通认知的起点。
　　桌上有一支蜡烛，它的火苗视为一个点光源，我们假定蜡烛是以火苗为中心、以球体形状向四周散发所有光线（包括人眼可见光和不可见光），如图11所示。将球体以球心为中心分为若干份，其中一份则称为球面度（steradian，又称立体角）。蜡烛在单位球面度所散发的所有能量，称为辐射强度，单位为瓦特球面度（Wsc）；而其中可见光的能量则称为发光强度（luminanceintensity），用单位坎德拉（Candela）表示，简写为cd。Candela一词源自拉丁文，意为candle（蜡烛）。
　　图11
　　发光强度与光源距离的平方成反比，亦即光的强度随距离的增加而指数级递减。如图12所示：
　　图12
　　1坎德拉的发光强度具体是这样定义的〔1〕：
　　将一个1平方厘米的黑体加热至铂的熔点，其发光强度的160即为1cd。
　　我们在谈论摄影时，在无特别说明的情况下，默认都是在可见光的讨论范畴，因此，我们只需要记住发光强度这个术语即可。而对于这个概念，我们可以抓住两个要点：一是光源；二是可见光。
　　1。2光通量
　　假设有一个发光强度为1坎德拉的点光源，它在单位球面度每秒钟所发出的可见光的总量，定义为流明（lumen），单位简写为lm。如图12所示：
　　图12
　　可见流明是一个非常小的单位。那它有什么作用呢？
　　点光源在单位时间内在所有方向上发出的所有可见光的能量总和，称为光通量，亦称光流量（luminousflux），用单位流明表示。
　　光通量和发光强度描述的都是有关光源所发出的可见光，其区别在于：
　　前者描述的是所有方向，而后者则是指某个具体方向（单位球面度）。对于一个恒定的光源而言，其单位时间的光通量是不变的；而不同的距离和角度，测到的发光强度则是不同的。
　　1。3照度
　　1流明的光源全部照射在1平方米的界面上，其界面上所有的入射光通量定义为光源的照度（illuminance），用单位勒克斯（lux）表示，简称为勒。1lux1lumenm。如图13所示。
　　图13
　　可以认为，照度是将光通量从三维曲面转换至二维平面。它为定义曝光奠定了测量基础。
　　1。4亮度
　　亮度（LuminanceBrightness）可能是我们日常生活中接触得最多、使用最频繁的光学概念之一。那到底什么是亮度呢？
　　光测量学上定义，每平方米物体在某一方向上所反射的可见光的光线强度，即为亮度，用单位坎德拉每平方米（Candelasm）表示。
　　亮度和照度是两个非常相似而且经常被混淆的概念，想要正确地区分两者，必须要抓住以下几个要点：
　　（1）亮度是描述人眼感知到的光线强度，而照度则是描述光源的物理属性；
　　（2）人眼感知到的亮度跟物体表面的质地、对光的反射效率有关，而照度仅与光源有关；相同的光源，入射界面若粗糙，则易发生漫反射（多方向反射）；若光滑，则易发生镜面反射（单方向反射），此时，人眼在出射光的角度上感知到的亮度最高，这也符合我们的生活经验。
　　（3）亮度是反射光在某个具体方向上的强度，而照度则是所有方向。
　　图14可以更简明易懂地表示以上4个概念之间的关系：
　　图14
　　二、曝光的定义
　　我们平时所说的曝光（exposure），严格而言可分两种情况：
　　（1）当曝光作动词用时，它指的是光线与一些光敏介质（如感光胶片、传感器等）发生光电效应，使其感光；
　　（2）当曝光作名词用时，它实际上指的是曝光量，而后者便是本文重点探讨的概念。在无特别说明的情况下，本文所说的曝光都是指曝光量。
　　那什么是曝光量呢？
　　2。1曝光量
　　光敏介质在光线照射期间所累积的照度总量，定义为曝光量（lumiousexposure），单位勒秒（lxs），用公式表示即：
　　其中E为可光见的照度（lux），t为时间（秒）。
　　对应到摄影中，光敏介质即为胶片或电子传感器，入射光的照度由控制通光孔径大小的光圈（详见文章《关于光圈，这是我为你整理的最详尽的干货，值得摄影爱好者们收藏》）决定，照射时间（即曝光时间）由相机快门（详见文章《摄影知识科普你最熟悉的快门，却藏有这些你最陌生的认知》）决定。也就是说，相机的光圈和快门共同决定了感光介质的曝光量。
　　看到这里有人可能就会问：
　　我曾听说过一个什么曝光三角，不是应该三个参数共同决定曝光量吗？
　　2。2曝光三角
　　谈到摄影中的曝光，似乎很难不提曝光三角。所谓的曝光三角（exposuretriangle），是指以感光度（ISO）、快门、光圈三个参数组成一个三角形（如图21所示），只要其中一个变量改变，其余至少有一个也要随之改变，方能获得曝光最优的图像。
　　图21
　　曝光三角概念的流行，令很多人以为这三个参数共同决定了图像的曝光量，这其实是错误的！
　　感光度虽然能使最终的图像看起来更亮或更暗，但它并不能决定曝光量，很多人都是被曝光三角误导了。本质原因如下：
　　对于胶片摄影而言，感光度（也叫胶片速度）描述的是底片对光的敏感程度，并无控制入射光数量的功能。感光度越高，意味着胶片中的溴化银（光敏物质）的颗粒越大，越粗糙，与光子发生光电效应的效率也越高；
　　对于数码摄影而言，感光度（ISO）实际上是指对电子传感器所捕获的电信号进行后期放大的程度，它是在影像曝光之后执行的，并不能左右前期光线（或光子）进入镜头的总量。因此，ISO本质上并不能决定曝光量。关于感光度ISO，影像君以后会专门为此写一篇文章详细介绍。
　　事实上，还有一些变量可以影响最终的曝光量，比如场景亮度（对于影棚摄影而言，它是可控的）、中灰滤镜（控制通光率）等。
　　故，我们必须明白：这个所谓的曝光三角并非是一个严谨的科学模型或光学定理，而只是为了让大家便于理解三个参数与亮度之间的关系。如果你愿意，还可以加入其它相关参数，变成曝光四角曝光五角等。
　　了解了曝光的定义，我们便知道了曝光究竟指的是什么。那么，问题来了：
　　曝光究竟是如何测量的呢？
　　三、曝光测量
　　我们平时拍照时想必已听过不少这样的行话：
　　这张过曝了、那张欠曝了、曝光要正确才行
　　当你听到这些，你是否思考过：何为过曝？何为欠曝？曝光正确又是什么？
　　要回答这些问题，还得先理解曝光是如何测量的。
　　3。1曝光值
　　先来了解一个新的相机参数。
　　1950年代，为了更好地表示相机快门与光圈组合对曝光的影响，来自德国的一位快门制造商FriedrichDeckel提出了曝光值（ExposureValue）这个概念，简称EV。它代表的是相机快门与光圈组合的一个数值，因此也称为相机曝光（Cameraexposure）。
　　EV系统定义了与快门、光圈之间的关系：
　　其中：EV为曝光值（四舍五入后取整数），N为光圈f值，t为快门（秒）。
　　1个EV表示一个曝光档位，每增加或减少一个曝光档，光线数量相应便以2的指数相应增加或减少。
　　由于光圈和快门共同决定EV，因此，同一个曝光值（即相同曝光量），可以有不同的光圈和快门组合，如图31的EV表所示：
　　图31
　　除了快门和光圈，场景中的亮度和感光度也能影响曝光值，它们之间的关系是：
　　其中，L为平均场景亮度，S为感光度（ISO值），K为反射光测量常数（通常取12。5）。
　　因此，通过测量平均场景亮度并给定一个感光度，便可计算出相应的EV值。
　　于是，可以通过一幅升级版的EV图将曝光值、快门、光圈和ISO、场景亮度之间的关系对应起来〔2〕，如图32所示：
　　图32
　　上面的坐标系，斜线表示EV值，连接的是一对光圈（纵坐标）与快门值（横坐标）；下面的坐标，斜线连接的是感光度（纵坐标）和场景亮度（横坐标）。通过这张图，我们不仅可以看到EV与光圈、快门之间的关系，还能比较不同程序曝光模式（如快门优先、光圈优先等）下的曝光情况。另外，通过参考第二个坐标系，我们还能查看相机在最暗处和最亮处的影像捕捉能力。
　　那么，曝光值在摄影中如何应用呢？
　　这便涉及到测光的概念了。
　　3。2EV与测光
　　摄影中所谓的测光，其实是测量曝光（exposuremeter）的简称，具体指测量拍摄主体在场景中所反射的光线亮度，以便获得最优曝光。
　　所谓最优曝光，也叫正确曝光，是指高光区域不会因过度曝光而出现一片惨白（过曝），暗部区域不会出现一片漆黑而细节丢失（欠曝）。在摄影中，以18灰度卡（即中度灰）所反射的光线亮度定义为EV0，即为相机认为的正确曝光。
　　图33为单反相机中显示屏中的EV参考标尺：
　　图33
　　这个EV曝光标尺表示的曝光范围为3EV3EV，共有6档的明暗范围。当半按快门时，白色光标会显示相机当前参数组合下的曝光值，位于0则表示曝光正常，向右移动表示过曝，向左移动表示欠曝。
　　EV标尺除了供设置参考，还能用于曝光补偿，即人为修正所需的曝光水平。此外，还能用于包围曝光，即设置3个档位的EV值（如1，0，1），用相同参数拍摄，得到分别是欠曝、正常和过曝光的三张相片，最后通过后期软件合成，即得到一张高光不溢出、暗部有细节的高动态范围的相片，这便是HDR（HighDynamicRange）。
　　其实，并不存在正确曝光的统一标准，因为拍摄者可以根据各自的创作和表现需求而刻意地过曝或欠曝，相机里的EV0未必就是你要的正确曝光。
　　摄影中的测光方式有很多，比如使用手持测光表，它主要是测量主体所在场景中的入射光。多用于商业摄影（如人像摄影），普通摄影爱好者会比较少用到。
　　没有测光表不要紧，我们还可以直接使用数码相机的内置测光系统后者便为我们重点介绍的部分。
　　四、相机内置测光系统
　　为了便了拍摄者能得到理想曝光的相片，如今的数码相机都有搭载测光系统。它主要测量的是经主体反射而进入镜头的光线。相机内置测光系统一般由若干组硅基感光元件（SPC）构成，主要位于取景器侧边和反光镜底部（如图41所示）。一些高端相机还会在传感器前下方内置多个矩阵感光元件，利用反射光线测量传感器中不同区域的曝光水平。
　　图41
　　数码相机通常内置几种测光模式，以Canon品牌为例，主要有：点测光、部分测光、中心偏重测光和评价测光等4种。
　　4。1点测光
　　点测光（Spotmetering），只测量来自场景中非常小的一部分光线，通过测量画面24的区域，计算后得出平均值。测量点通常位于取景器的中心位置，一些中高端单反则可以随焦点移动而改变测光点。
　　图41，PhotoviaDigitalphotomagazine。
　　点测光是一种比较精确的测光模式，用可于一些光线反差较大的场景。
　　4。2部分测光
　　部分测光（Partialmetering），测量区域比点测光更大一些，基于取景器的中心圆略向外扩展，约占画面813的比例。
　　图42，PhotoviaDigitalphotomagazine。
　　4。3中心偏重测光
　　中心偏重平均测光（Centreweightedaveragemetering），顾名思义，这种测光基于画面的全部区域，但侧重于取景器的中心区域，并且不随焦点位置而转移，亦即每一次拍摄都使用相同的平均模式。
　　图43，PhotoviaDigitalphotomagazine。
　　这种测光模式可用于静物、宠物、户外人像等主体多居于中心的拍摄场景。
　　4。4评价测光
　　评价测光（Evaluativemetering），也叫矩阵测光，同样是基于画面全区域的测光，但是它会偏重于当前自动对焦点所在的区域，比其它模式要相对智能一些。因此，如果你不知道如何选择测光模式或者嫌麻烦，或许评价测光就是你的最佳选择。
　　图44，PhotoviaDigitalphotomagazine。
　　结语
　　这篇文章有点长，我们来简单回顾一下。
　　开篇，我们从发光强度这个基本概念讲起，随后介绍了与之相关的光通量和照度，进而引出了亮度这个底层的概念。理解了亮度，才能更好地把握曝光的基本涵义。接着继续深入介绍了曝光值，并详解了测光和相机内置测光模式等，它们都包含了与曝光相关的重要知识。
　　摄影是光影的艺术，而曝光则是光影的归宿。理解曝光有助于提升对光影的认知，亦有助于提升摄影的光影把控能力。