数码摄影技术-数码单反相机的曝光与测光PPT课件

第四章数码单反相机的曝光与测光,曝光与测光是摄影中最基本的也是最重要的技术手段。随着科技的进步，数码相机的自动化程度越来越高，使得不少摄影者已不再关心相机的曝光与测光，以至拿着高端相机乃至全画幅单反相机却当普及型数码相机使用，这样不仅会造成相机功能的闲置与极大浪费，甚至拍出的照片还不如普及型数码相机。实际上，使影像传感器（CCD或CMOS）曝光并不难，只要开启快门，让光线通过镜头的光圈，投射到影像传感器上就可以了。但要获得影像传感器的正确曝光，从而得到高质量的影像并非易事。本章主要谈及的是数码单镜头反光相机的曝光。,序言,目录,CONTENTS,1,曝光,曝光的含义,曝光量,ISO感光度,曝光效果比较,等量曝光,曝光模式,数码相机中所使用的曝光概念，来自传统摄影，原指被摄物所反射的光线，通过相机的镜头进入暗箱到达胶片，使胶片上产生一种人眼看不见的影像（潜影），这个过程，就称为曝光。数码相机的曝光原理与此大致相同，只是由影像传感器（CCD或者COMS）替代了胶片。开启相机快门后，影像透过镜头投影到数码相机的感光器上，感光器再通过数模转化器，将影像的信息在相机的存储卡上记录下来。这与传统相机的曝光过程大致一样,曝光的含义,曝光,与胶卷一样，影像传感器所需要的光也有一个额定量，只要给予的光线能满足其需要，就能达到正确曝光。所以，能不能拍出满意的照片，说到底就是控制进光量，使影像传感器得到合适的曝光量。曝光量是感光器的受光强度与受光时间的乘积。数码相机用于控制曝光量的装置是光圈、快门和感光器。只有把光圈、快门速度和感光度调节好，在确定好合适感光度的基础上，用一定大小的光圈和一定速度的快门相配合，才能使感光器获得所需的曝光量。,曝光量,曝光,ISO感光度是一个延用传统摄影的概念。传统摄影中的ISO是“国际标准化组织”按照胶片对光线的化学反应速度而制定的胶片感光速度标准。在使用传统相机时，可依据拍摄环境有针对性地选购不同感光度的胶卷。ISO感光度是对光的灵敏度指数，如ISO50、ISO100、ISO200、ISO400等，感光度越高，ISO数值越大，对光线越敏感，感光速度越快，意味着只需要较少的光量就能使胶卷生成合适的影像。但随着感光度提高，胶片的颗粒会变粗，色彩的饱和度相对也会差一些。而感光度低则色彩更饱和、颗粒更细腻、清晰度更高。两个相邻的ISO感光度之间对光线的敏感程度相差一倍。因此ISO感光度也可参与光圈、快门之间的换算，对曝光量产生影响。,ISO感光度,曝光,为方便数码相机使用者理解，数码相机厂家将数码相机CCD（或CMOS）的感光度等效转换为传统胶卷的感光度值，因而数码相机也就有了“感光度”的说法。所不同的是，胶卷依靠改变其片基上的化学成分来改变它对光线的敏感度，而数码相机却是通过调整感光器件的灵敏度（强行提高每个像素点的亮度和对比度），或者合并感光点（使用多个像素点共同完成原来只要一个像素点来完成的任务）来实现感光度的提高。可见，数码相机在提升ISO感光度以后对画质的损失也很大（使相机像素锐减），且提升ISO值后在放大器放大正常信号的同时，也会把信号中的噪点放大，使影像的微粒增粗。不过，随着科技进步，生产商对噪点的控制技术水平越来越高，尤其是单反相机效果更佳。目前，佳能、尼康等高端单反相机的ISO感光度上限可达到6400，并可扩展到25600。ISO感光度在12800时的噪点控制仍非常出色，这是传统摄影根本无法想象的。,ISO感光度,曝光,在一般情况下，影像曝光后得出的照片，无非三种结果：一是所给的曝光量符合感光器要求，曝光正确；二是曝光量给少了，曝光不足；三是曝光量给多了，曝光过度。下面分别对这三种情况进行比较。1.正确曝光:正确曝光是取得高质量影像的先决条件。只有所给予的曝光量符合感光器要求，把景物的明暗差别控制在感光器接纳光量的最小极限和最大极限之间，影像上的细节才能得到正确的描述。从直方图中也可看出，表示像数的色阶分布广，且两边没有空白。,曝光效果比较,曝光,2.曝光不足:曝光不足是由照度过弱或受光时间过短造成的，所给的曝光量达不到感光器表现景物弱光细节的水平。特别是在低光区，无法看清细部的层次，影像偏暗，低光部细节流失，甚至一团暗黑，只能使景物明亮部分的一些影纹得到一些表现，照片影调灰、颜色偏、不饱和、清晰度差，如左图。从直方图显示看，像数的色阶分布集中在左侧，右边有空白。,曝光效果比较,曝光,2.曝光过度:曝光过度是由照度过强或受光时间过长造成的，所给的曝光量超过感光器表现景物的水平。特别是高光区，几乎成纯白状，影像明显偏亮，高光部溢出，白茫茫一片，景物黑暗部分的一些影纹层次也只能得到些许的表现，如左图。从直方图显示看，像数的色阶分布集中在右侧，左边有空白。,曝光效果比较,曝光,总之，无论是曝光过度还是曝光不足，凡是在感光器上不存在的细节，就不可能在照片上得到表现。虽然在数码摄影时代，数码图像可以通过后期处理来挽救曝光不正常的照片，但往往由于其缺失暗部或亮部的影像数据，后期处理能起到的作用也十分有限，特别是对曝光过度的图像更是如此。所以，从套用彩色反转片的曝光原则来讲，曝光宜“宁欠勿过”。,曝光效果比较,曝光,从光圈、快门的组合中可清楚地看到，任何相邻的两档光圈、快门之间都是呈一倍的关系。那么，当光圈开大或缩小若干级时，只要快门速度也相应降低或提高若干级，每一组合所取得的曝光量都是一样的，这叫做等量曝光，见表4-1。光圈和快门总是一起工作的，两者既相互影响，又相互制约。上表中每一组曝光组合在一定的光线条件下所得到的曝光量都是一致的，也就是说，在不改变外部光线的条件下保持ISO不变，既可缩小光圈、降低快门速度拍摄，也可开大光圈、提高快门速度拍摄，总的曝光量不会改变，我们将这种调节叫做“互惠”。,等量曝光,曝光,图4-7是等量曝光的示意图，图中黄色部分代表曝光量。当光圈开大时，黄色块的高度大，则代表快门速度的长度就短；当光圈缩小时，黄色块的高度小，则代表快门速度的长度就长。但不管用哪一组组合，其代表曝光量的黄色部分总量是一样的。当然，尽管画面的亮度没有变化，但两者的造型效果却存在着差别。光圈大、快门速度高的组合，可拍摄出景深小、动体清晰的造型效果；光圈小、快门速度低的组合，可拍摄出景深大、动体模糊的造型效果。,等量曝光,曝光,图4-8中的三张照片拍自同一地点、同一时间段的同一景物，其ISO值恒定，但照片的光圈、快门速度不一样。曝光效果相仿，说明其曝光量是一样的，属于等量曝光。但从其瀑布造型的效果上可明显看出相互之间的差别：图4-8（a）的瀑布清晰，左下角可见飞溅的水花；图4-8（c）瀑布动感明显，水流模糊；图4-8（b）则介于两者之间。,等量曝光,曝光,一般普及型数码相机的曝光模式只有全自动设置，而数码单镜头反光照相机可以随意设置快门速度或光圈以获得所需的效果。单反数码相机的曝光模式有：1.AV档光圈优先模式：所谓光圈优先模式是指由拍摄者人为地选择拍摄时的光圈大小，再由数码相机根据景物亮度、CCD或CMOS的感光度、人为预先选择的光圈等信息，自动选择为取得合适曝光所需要的快门速度的一种自动曝光模式。就是“光圈手动、快门速度自动”的曝光方式。,曝光模式,曝光,2.S档快门优先模式：与光圈优先相反，快门优先模式先由人工设定快门速度值，再由数码相机通过相机测光自动决定光圈值。快门优先模式适合拍摄运动物体，特别是在体育运动拍摄中最常用。适当运用快门速度既可使运动物体变得清晰，实现瞬间定格，也可使运动物体变得模糊，产生动感。问题是数码相机快门的级数要远远多于光圈，当确定快门后，未见得有相应的光圈与之配合，从而导致曝光失误。所以，使用快门优先时千万要逐级调整，注意观察光圈是否联动变化，,曝光模式,曝光,3.P档程序自动曝光模式：程序式自动曝光是指光圈和快门速度都由数码相机根据预先设置的程序自动调节的曝光模式。这种曝光模式被广泛应用于中低档普及型数码相机。程序式自动曝光与全自动模式的区别在于，程序式自动曝光的使用过程可对曝光补偿、白平衡、测光方式等设置进行相应调整，而全自动模式则不行。在此模式下，数码相机还同时设有几组不同的曝光组合供拍摄者选用，称之为程序偏移。,曝光模式,曝光,4.M档全手动曝光模式：手动曝光模式是最基础的曝光模式。顾名思义，该模式就是光圈和快门都由拍摄者自行设置。这也是单镜头反光照相机的重要卖点之一。虽然手控曝光模式麻烦一些，但它的好处是摄影者能自主控制成像结果，专业摄影者大多使用这种曝光模式，而且在有些拍摄场合还非要用它不可。,曝光模式,曝光,5.包围式曝光：包围式曝光是在光源复杂，数码相机不易正确测光或无测光把握时采用的一种曝光形式，且有手动包围式与自动包围式两种。手动包围式曝光的做法是，先按测光值拍摄一张照片，然后在其基础上分别增加和减少曝光量各拍几张（可按1/3EV、2/3EV、1EV来调节曝光量）。由于每张照片的曝光量均不相同，一般都能从中挑选出至少一张令人满意且符合摄影者曝光意图的照片，如右图包围式曝光下不同光量效果。,曝光模式,曝光,此外，数码相机上还有不少“场景模式”，如“人像模式”、“运动模式”、“风景模式”、“夜景模式”等。其实这些模式的基本功能与上述五种模式大同小异，只是名称不同而已：“人像模式”相当于大光圈先决，通过大光圈缩小景深达到突出人像主体的目的；“风景模式”相当于小光圈先决，以保证画面有足够大的景深范围；“运动模式”相当于快门优先中的高速快门，以避免运动物体模糊等。,曝光模式,曝光,2,测光,测光原理,TTL测光,数码单反相机最常用的三种测光模式,曝光补偿,“白加黑减”的实际运用,为了获得比较准确的曝光量，所有型号的数码相机都采用了自动测光装置。测光系统的原理是把物体表面的亮度从最暗的黑到最亮的白分为11级，0级是黑色，10级为白色，正中间就是光线反射率为18%灰度的中性灰，测光系统即以此为参照标准来决定物体的亮度，如下图。相机自动假设所测光区域的反光率都是18，通过这个比率进行测光，比对后确定光圈和快门的数值来引导相机进行曝光。当被摄物超过18%灰度的亮度，测光系统就认为环境光线,测光原理,测光,太亮，用缩小光圈或加快快门速度来应对；相反，当被摄物达不到18%灰度的亮度，测光系统就会以增大光圈或放慢快门速度来解决。,“TTL测光”的英文全名是“ThroughTheLens”，它是通过采用反射式测光，并按照测光原理来测量被摄物体的反光率。拍摄时，摄影师半按快门，相机启动TTL测光功能，让被摄物体的反射光线通过相机的镜头以及反光板折射进入机身内置的测光感应器，再传递给相机的处理器运算，得到一个合适的光圈值和快门值。当拍摄者完全按下快门时，相机就会按照处理器给出的光圈值和快门值进行拍摄，如左图，为TTL测光系统示意图。,TTL测光,测光,“TTL测光”的最大优势在于测光系统总是检测通过镜头射入的光线。不论数码相机更换了什么镜头，前面是否加装了滤镜，拍摄者都不用操心，只需直接按下快门拍照即可，不用考虑滤镜的曝光补偿。即使是在按下快门前的瞬间光线发生了变化，相机的测光系统也会做出相应反应，及时地给予调整。,TTL测光,测光,既然测光系统按照18%的灰度作为测光依据，那么，测光的准确性就取决于画面中相当于18%灰度的被摄物所占的份额。根据其大小比例不同，我们可分别采用不同的测光模式。1.评价测光（矩阵式测光或蜂巢式测光）:这是一种较新的测光技术，是目前最先进的智能化测光方式，且各种品牌有不同的叫法。佳能相机称之为评价测光；尼康相机叫矩阵式测光；而索尼相机采用过去美能达的名称蜂巢式测光。,数码单反相机最常用的三种测光模式,测光,1.评价测光（矩阵式测光或蜂巢式测光）:虽名称不一，但原理却相同，都是将取景画面分割为若干个测光区域，待每个区域独立测光后，测光系统根据各个区域的测光结果，再进行整体整合，继而加权计算出一个正确的曝光组合。具体测光区域的多少视相机而定，从原则上讲，测光系统的分区数量越多越精确，如图4-15。,数码单反相机最常用的三种测光模式,测光,2.中央重点测光（局部测光）:中央重点测光是只对画面正中央的一小块区域作重点测光的曝光模式，其测光范围在10%20%之间，如左图下所示。该模式适合在一些光线比较复杂的场景，特别是在舞台演出、逆光等场景中拍摄人像时。当被摄主体与背景有着强烈明暗反差，所占画面的比例不大时，只要保证人物的脸部曝光正常，其他地方可以不管，采用这种测光方式比评价测光方式更准确。,数码单反相机最常用的三种测光模式,测光,3.点测光:当需要更为精准的对小范围物体测光时，中央重点测光的范围有时仍偏大。为克服这一不足，一些厂商研发出点测光模式来避免光线复杂条件下或逆光状态下环境光源对主体测光的影响，如左图所示。点测光将观景窗中央的一极小区域作为曝光基准点的曝光依据，是在复杂光线下，需对重点部位准确曝光时才使用的测光方法。大多数点测光相机的测光区域为1%3，区域外景物的明暗对测光无影响，所以，这是一种相当精确的测光方式。,数码单反相机最常用的三种测光模式,测光,测光模式关注的是测光区域的大小，曝光补偿则是针对受测光物体本身的反光率。相机测光系统是按照18%的中性灰度来进行测光，18%这个数值是根据自然景物中中间调（灰色调）的反光表现而定。当被摄主体处于非逆光又正好等于或接近18%的中性灰度，如水泥墙壁、砖墙、长期放置且没有油漆的木材等，表现十分出色，其色彩还原准确，曝光合适到位。但问题是当遇到表面反光率大于18%灰度的被摄物主体时，相机的测光系统就会误认为外部光线太强，自作主张地缩小光圈或提高快门速度，结果造成被摄主体曝光不足。同样，如果测光区域的整体反光率低于18%，相机的测光系统就会误认为外部光线太暗，又自作主张地增大光圈或放慢快门速度，结果造成被摄主体曝光过度。如果在各自胸前放置一张18%的标准灰卡并对准灰卡测光的话，结果就会比较准确。这也就是在拍摄雪景时，摄影师常常会先对着自己的手背皮肤测光的原因所在。,曝光补偿,测光,左图是一组反映瓷器等白色物体在白色背景上的照片。瓷器在人们的印象里应该是洁白、细腻、圆润的，但正常曝光时，照片上的磁器发灰，白色没有得到充分的表现，如图左中；若减少曝光则效果更差，如图左上与图右上；增加2档曝光又稍许有些过，如图右中；只有在增加一档曝光时，白色才有较好体现，如图下。,曝光补偿,测光,左图是一组反映瓷器等白色物体在黑色背景上的照片。如图（b），照片上的瓷器稍许有些过；增加曝光，过曝现象更为严重，如图（c）与图（d）；减少2档曝光似乎有些欠，如图（a）；只有在减少1档曝光时，白色与黑色才都有较好表现，如图（e）。,曝光补偿,测光,左图是一组反映砚台、墨等黑色物体在白色背景上的照片。砚台在人们的印象里是漆黑的，但正常曝光时会感觉欠曝，如图（c）；减少曝光则欠曝更加严重，暗部细节全部丢失，如图（a）与图（b）；增加2档曝光则砚台又成灰的了，如图（d）；只有在增加1档曝光时，黑色才体现较好，如图（e）。,曝光补偿,测光,由此看来，要正确表现出物体原来的色调，不能完全依赖相机的测光系统，因为浅色和深色物体的曝光量是不一样的，需进行曝光补偿。曝光补偿既有正补偿，也有负补偿。正补偿即加亮照片，增加曝光，由此抵消测光系统因误认为超过18%灰度的物体光线充足而自动缩小光圈或提高快门速度所造成的曝光不足；负补偿即减暗照片并减少曝光，抵消测光系统因误认为低于18%灰度的物体光线不足而自动加大光圈或放慢快门速度所造成的曝光过度。这也是数码摄影中所谓“白加黑减”的原因之所在。增加或减少曝光的度量称为EV，比如，增加曝光1EV，就是增大光圈1级或放慢快门速度1级。使用曝光补偿时，经常以1/3EV进行递加或递减，与数码相机上的光圈、快门调节相匹配，使之曝光更加精准。数码相机上的曝光补偿很直观，可以在LCD显示器上浏览曝光补偿后的图像变化。,曝光补偿,测光,当被摄主体处于大面积比中灰更亮的白色背景前，如拍摄晴朗天空下明亮的海滩及沙滩景物，雪地上的肖像或逆光拍摄又不追求剪影效果时，由于周围反射光的强度均大于18%中灰，这时，自动测光系统无法准确