五光十色——理解曝光、光圈、快门速度、ISO

1         什么是曝光

1.1      曝光基本概念理解

曝光（Exposure）是指摄影的过程中允许进入镜头照在感光媒体（胶片相机的底片或是数码照相机的图像传感器）上的光量。

理解曝光：实现正确的曝光就像收集雨水的桶，虽然降雨率是不可控的，但是桶的口径，停留在雨中的时间和要收集的雨水数量是可以控制的。只要控制好桶的口径，停留在雨中的时间和要收集的雨水数量，就能确保没有收集过少（“曝光不足”），或收集太多（“过度曝光”）。例如，相同的雨水量，可以选择一个口径比较大的桶，而停留在雨中时间短一点；也可以选择一个口径较小的桶，停留雨中的时间长一些。在摄影中，曝光设置中的光圈、快门速度和ISO感光度，类似于桶的口径，时间和上面所讨论的数量。此外，上面说的降雨率相当于日常的自然光。

有三个因素能影响一张图片是否正确曝光：光圈，快门速度，ISO。其中光圈和速度联合决定进光量，ISO决定CCD/CMOS的感光速度。如果进光量不够，我们可以开大光圈或者降低快门速度，还是不够的话就提高ISO。大光圈的缺点是解像度不如中等光圈，快门速度降低则图片可能会糊，提高ISO后图片质量也会下降。

曝光三角形（上图中DOF= depth of field）

1.2      光圈

光圈（Aperture）是照相机上用来控制镜头孔径大小的部件，以控制景深、镜头成像质素、以及和快门协同控制进光量。光圈的计算单位称为光圈值（f-number）或者称为级数（f-stop）。

1.2.1          光圈值

光圈值（f-number）：标准的光圈值（f-number）的编号如下：

f/1, f/1.4, f/2, f/2.8,f/4, f/5.6, f/8, f/11, f/16, f/22, f/32, f/45, f/64

其中 f/1 是进光量最大的光圈号数，光圈值的分母越大，进光量就越小。通常一般镜头会用到的光圈值为f/2.8–f/22，光圈值越大的镜头，镜片的口径就越大，相对提高其制作成本跟难度。

（左）光圈示意图                     （右）大(1)与小(2)光圈实体图

级数（f-stop）是指相邻的两个光圈值的曝光量差距，例如 f/8 跟 f/11 之间相差一级，f/2 跟 f/2.8 之间也是相差了一级。依此类推，f/8 跟 f/16 之间便相差了两级，而 f/1.4 跟 f/4 之间就相差了三级。在职业摄影圈里，基本上我们都称光圈级数为档（f-stop），例如f/8 跟 f/11 之间相差了一档（1 f-stop），或是 f/8 跟 f/16 之间就相差了两档（2 f-stop）。在每一级（光圈号数或光圈值）之间，后面号数的进光量都是前面号数的一半。例如 f/5.6 的进光量只有f/4 的一半， f/16 的进光量也只有 f/11 的一半，号数越后进光量越少，并且是以等比级数的方式来递减。

镜头的光圈环，上面显示可调级数2-16

光圈号数与进光量的关系：大光圈的镜头非常适合低光量的环境，因为它可以在微亮光的环境下，撷取更多的现场光，让我们可以用较快速的快门来拍摄，以便保持拍摄时相机的稳定度。但是前面提到大光圈的镜头不易制作，必须要花较多金钱才可以获得。除了考虑进光量之外，光圈的大小还跟景深有关。景深是物体成像后，在相片（图档）中清晰的程度。光圈越大景深会越浅（清晰的范围较小），光圈越小景深就会越长（清晰的范围较大）。

f/32 小光圈，深景深                         f/5.6 大光圈，浅景深

1.3      快门

快门（shutter）是相机中的一个机械装置，大多设置于机身接近底片或感光片的位置（大型相机的快门则是设计在镜头中），藉由控制快门的打开速度来决定底片或感光片接受光线的时间长短。

也就是说，在每一次拍摄时，光圈的大小控制了光线的进入量、快门的速度决定光线进入的时间长短，这样一次的动作便完成了我们所谓的（曝光）。

快门以（秒）作为单位，它有一定的数字格式，一般在相机上我们可以见到的快门单位有：

B, 30, 15, 8, 4, 2, 1, ½, ¼, 1/8, 1/15, 1/30, 1/60,1/125, 1/250, 1/500, 1/1000, 1/2000, 1/4000

上面每一个数字都是用秒作为单位，也就是说每一段快门分别是：30秒,15秒..... 1秒, 1/2秒, 1/4秒..... 1/4000秒等等。一般中阶的单镜反光机快门可以做到1/4000秒，而高阶的专业机则可以到达 1/8000 秒。

我们可以注意到每个快门之间数值的差距都是两倍的，例如 1/30 是1/60 的两倍、1/250 是 1/500 的两倍，这个跟光圈值的级数差距计算都是一样的。所以在职业摄影圈内同样地称为档（f-stop）。

有多个不同的快门速度和光圈组合能达到相同的曝光：快门速度减半就会将曝光值提高1EV，光圈加倍（即光圈系数减半）就会将曝光值提高2EV。因为这样，一般的光圈与光圈之间就会相差根号2倍（或取其近似数1.4倍）。这样，1/250秒的快门速度与f/8的光圈大小、1/500秒与f/5.6、1/125秒与f/11这三个曝光组合都能达到相同的曝光。

光圈级数跟快门级数的进光量其实是相同的，也就是说光圈之间相差一级的进光量，其实就等于快门之间相差一级的进光量，这个观念在计算曝光时很重要。

前面我们提到光圈决定了景深，快门速度还可以改变运动呈现的形式。高速的快门可用于凝固快速移动的物体，如在拍摄体育运动的时候。而慢速快门会使物体模糊，常用于产生艺术效果。高速快门即曝光时间短，而慢速快门则表示曝光时间长。

有时我们要抓取的画面可能需要连续性的感觉，像是拍摄像是丝缎般的瀑布或是小河时，就必须要用到速度比较慢的快门，延长曝光的时间来抓取画面的连续动作。

上面5幅图片依次为1s、1/3s、1/30s、1/200s、1/800s快门速度拍摄的照片

1.4      感光度

感光度，又称为ISO值，是衡量摄像头对于光的灵敏程度。在数码相机中ISO定义代表着CCD或者CMOS感光元件的感光速度，ISO数值越高就说明该感光材料的感光能力越强。ISO的计算公式为S=0.8/H（S感光度，H为曝光量）。从公式中我们可以看出，感光度越高，对曝光量的要求就越少。ISO 200的胶卷的感光速度是ISO 100的两倍，换句话说在其他条件相同的情况下，ISO 200胶卷所需要的曝光时间是ISO 100胶卷的一半。在数码相机内，通过调节等效感光度的大小，可以改变光源多少和图片亮度的数值。它与光圈和快门速度不同，通常使用较低的感光度，因为较高的ISO感光度显着提高图像的噪声。通常ISO从较低值开始，如果进光量不够，我们可以开大光圈或者降低快门速度，还是不够的话才会去提高ISO。

Low ISO Speed            High ISO Speed

(low image noise)                        (high image noise)

2         包围曝光

包围曝光（Bracketing）拍摄三张等差曝光亮的相片，如不足一级、正常、过度一级，适用于复杂光源，或相机不易正确测光之场合。

自动包围曝光 (Auto exposure bracketing)是一种通过对同一对象拍摄曝光量不同的多张照片“包围”在一起，以获得正确曝光照片的方法。“自动”指照相机会自动对被摄物体拍摄连续拍摄2、3或5张曝光量在0.3到2.0EV之间的照片（每张照片曝光量不同）。当你不确定曝光是否正确时，可以使用自动包围曝光功能，保证曝光的准确度，提高了照片质量。数码相机上的自动曝光功能，甚至可以让用户把欠曝和过曝的照片合成一幅曝光准确的照片—即使你在拍摄的时候并没有任何一张照片曝光准确。

3         过曝和欠曝

过曝就是指由于光圈过大 快门过慢等原因造成的画面中亮度过高，照片泛白。欠曝通常是图像暗处信息不能体现，照片整体偏暗。而理想情况下曝光度控制在合理的范围时照片对比度强，亮度适中。通常通过直方图分布查看一副图像曝光表现（之前总结过一篇文档，这里不再详细描述）。

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