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1-1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（W/sc）；而其中可见光的能量则称为「发光强度」（luminance intensity），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1-1
　　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1-2所示：
　　图1-2
　　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1/60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1-2所示：
　　图1-2
　　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」（luminous flux），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。1 lux = 1 lumen/m²。如图1-3所示。
　　图1-3
　　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」（Luminance/Brightness）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（Candelas/m²）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1-4可以更简明易懂地表示以上4个概念之间的关系：
　　图1-4
　　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」（lumious exposure），单位「勒秒」（lx-s），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」（exposure triangle），是指以感光度（ISO）、快门、光圈三个参数组成一个三角形（如图2-1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2-1
　　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Friedrich Deckel提出了「曝光值」（Exposure Value）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」（Camera exposure）。
　　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3-1的EV表所示：
　　图3-1
　　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3-2所示：
　　图3-2
　　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。
　　3.2 EV与测光
　　摄影中所谓的「测光」，其实是「测量曝光」（exposure-meter）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3-3为单反相机中显示屏中的EV参考标尺：
　　图3-3
　　这个EV曝光标尺表示的曝光范围为-3EV~3EV，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（High Dynamic Range）。
　　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4-1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4-1
　　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（Spot metering），只测量来自场景中非常小的一部分光线，通过测量画面2~4%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4-1，Photo via Digital photo magazine.
　　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（Partial metering），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8~13%的比例。
　　图4-2，Photo via Digital photo magazine.
　　4.3 中心偏重测光
　　中心偏重平均测光（Centre-weighted average metering），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4-3，Photo via Digital photo magazine.
　　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（Evaluative metering），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4-4，Photo via Digital photo magazine.
　　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。