數碼相機的曝光與分區曝光法的應用

·數碼相機的曝光與分區曝光法的應用測試相機：Canon PowerShot G2
使用軟件：Photoshop
參考資料：《A·亞當斯論攝影》、Photoshop幫助文件。

亞當斯將曝光區分為11個等級，從0區曝光到X區曝光。他將反射率為18％的中灰影調板定為“影調值V”，把直接獲得“影調值V”的曝光稱為“V區曝光”，拍攝到底片的密度名為“密度值V”，從“密度值V”使用正常反差相紙獲得的影調就是“影調值V”。以“V區曝光”加一檔就獲得“VI區曝光”，減一檔就獲得“IV區曝光”，其余各區依此類推。亞當斯通過分區曝光對底片上的潛影進行控制，在通過膠片顯影的過程控制影調的壓縮與擴張，從而得到高質量、層次豐富的影像。這就是著名的“分區曝光法（Zone System）”。

本文試圖找出分區曝光與柱狀圖（Histogram）所示亮度范圍的對應關系，說明民用數碼相機的曝光特性，探討將分區曝光法運用到電子暗房中，通過數字技術提高影像質量。

首先，我們需要了解柱狀圖中各個參數的含義。在Photoshop的Histogram中，除了Cache Level外，有7項參數，描述如下：
Mean：描術平均亮度值。
Standard deviation (Std Dev)：標準偏差。描述亮度值的偏移量。
Median：顯示亮度范圍的中間值。
Pixels：描述被選定用于柱狀圖（Histogram）的像素總數量。
Level：顯示“十字星”所選區域的亮度級別。亮度級別分為256級，從0至255。
Count：顯示“十字星”所選區域的像素總數。
Percentile：顯示“十字星”所選區域的像素數占像素總數的百分比。

柱狀圖（Histogram）從0—255分為256（8bit）的亮度等級，也就是我們平常說的“256級灰階”。我們將亮度等級分為11個區，平均23級為一個曝光區，中間值為127和128。所以我們將116至139的亮度范圍定義為“V區”，其余每變化一區曝光，灰度級相應增減23級，依此類推，得到如下對應關系：

Level：139～116 115～93 92～70 69～47 46～24 23～0
Zone：--- V -------- IV ----- III ----- II ------ I ------- 0 ---

Level：116～139 140～162 163～185 186～208 209～231 232～255
Zone：--- V ------- VI ------ VII ---- VIII ----- IX ------ X ---
 

 

數碼相機的曝光與分區曝光法的應用

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但事實上，這種對應關系是不正確的。原因很簡單，柱狀圖中的亮度級并非呈幾何增長；而每增加一檔曝光，所獲得的曝光量就會在原來的基礎上乘2，它是呈幾何增長的。那么運用到上述對應關系上就會出錯。通過實驗同樣證明了這一點。
實驗很簡單，我們推薦各位使用數碼相機的影友都抽時間做一次。一來可以了解自己數碼相機中傳感器（CCD或COMS）的特性，二來可以將分區曝光法有效地運用到曝光和電子暗房中，提高影像質量。實驗方步驟如下：

1、選擇物體色調均勻區域作為被攝對象，這樣做的目的是在成像區域獲得相對集中的灰度值。被攝對象可以是陰影中的白墻、油漆均勻的門等等。筆者選用了一塊色調較為均勻的桔紅色鞋盒表面進行實驗。

2、以測光值直接拍攝一張，然后增減5檔曝光，每增減一檔各拍一張。這樣，我們就得到11張照片。分別對應11個曝光區。其中第一張是直接測光所獲得的反射率為18％的中灰影調，即“V區曝光”所得到的影調。

3、將照片導入Photoshop，用柱狀圖（Histogram）進行觀察，并記錄下亮度平均值（Mean）或亮度中間值（Median）。之所以選用幾乎沒有反差的樣板作為拍攝對象，是因為獲得的亮度范圍會很窄，同時影像亮度平均值（Mean）和亮度中間值（Median）相差無幾，從而降低實驗的誤差。筆者選擇了Median作為參考值。

4、將所獲得的數據繪制成曲線。筆者使用Canon PowerShot G2進行測試，獲得曝光曲線如下：



縱坐標是256級亮度，橫坐標是11個區的曝光。曲線的肩部急轉落于VIII區，趾部平緩落于III區。這很好地解釋了為什么“數碼相機曝光過度1級，慘不忍睹，高亮處細節損失嚴重，無法彌補；曝光不足3級，雖然損失不少，但陰暗部仍有細節”的現象。同時，對應分區曝光法，橫坐標上的曝光區應向左側偏移半格。
 

 

數碼相機的曝光與分區曝光法的應用

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由于實驗條件的不嚴格和數學知識的匱乏，我無法準確畫出柱狀圖與曝光區的對應關系。但是，我能通過這條曲線找出所用相機對應分區曝光的相對亮度區域，在實際應用中應該足夠了。
接下來，筆者選用了反差不大并且帶有紋理的皮鞋內包裝袋作為拍攝對象進行了同樣的實驗。目的是根據亞當斯“有效幅度”和“紋理幅度”的論述，驗證“橫坐標上的曝光區應向左側偏移半格”的假設。結果令人滿意。

最后的實驗是在日常的場景中完成的，拍攝的是由白百合、玫瑰和綠葉組成一束花。同樣拍攝了11張，不過我們只拿出3張就可以說明問題了。如下圖所示：



這里出現了一個有趣的現象，請看圖：


我們按照測光表曝光所得到的柱狀圖，大量像素為什么不是分布在78—130之間呢？難道我們前面的結論是錯誤的？當然不是。

要弄清這個問題，首先要弄清楚我們在這張照片上所采用的曝光還是不是“V區曝光”。我們回到文章的開始，看看亞當斯是怎樣定義“V區曝光”的：“將反射率為18％的中灰影調板定為‘影調值V’，把直接獲得‘影調值V’的曝光稱為‘V區曝光’”。換句話說，我們在沒有反差的影像上，得到的就是V區曝光，我們的結論沒有錯。那么，這張照片又怎么解釋呢？
 

 

數碼相機的曝光與分區曝光法的應用

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在“分區曝光法”誕生的年代，機內測光系統并不完善，人們只能拿著手持測光表進行測光，主要包括入射式、反射式和點式。當時的測光方法主要是中灰值測光法、高低值平均測光法。“分區曝光法”中的測光方法，即“分區測光法”能夠讓人們更有效的運用測光表所獲取的數據；同時，在不能使用測光表的情況下，可以幫助人們運用經驗估算出較為準確的曝光。

隨著機內測光系統越來越完善，測光表的“智商”也越來越高。筆者使用的數碼相機帶有“評估式測光”、“中央重點平均測光”和“點測光”三種TTL測光模式。圖三中的照片是使用“評估式測光”獲取的曝光組合。所謂“評估式測光”是指：相機將圖像分為多個區域分別進行測光，然后通過特定的算法評估復合的光線條件，如主體的位置、亮度、直接光源以及背光，最后算出曝光值、調整曝光參數的設定。也就是說，在主體不是被強烈的背光包圍的情況下，我們通過“評估式測光”可以獲得一個相對較為準確的曝光值，可以部分替代“分區測光法”。

這樣我們就可以明白，對于整張照片來講，是不是“V區曝光”并不重要。重要的是，照片中哪一部分的影調“落”（或“置”）于V區，那么照片中的這一部分所對應的曝光就是“V區曝光”了。

文章寫到這里可以告一段落了，因為我們的實驗有了一個結果、得到了一條曲線并且運用我們現有的知識解釋了一些有趣的現象。下面該做什么了？我們要把這條曲線運用到實際拍攝中，用它來修正我們的曝光，并運用“分區曝光法”的原理，在電子暗房中對影調采用局部“壓縮”或“擴張”的處理，以提升影像的質量。

再看看圖二中的三張照片。照片a，玫瑰曝光不足，百合花細節表現良好；照片b，玫瑰曝光準確，百合曝光稍過；照片c，不用說，一看就知道曝光過度，雖然玫瑰色彩鮮艷，但與實際相比仍顯明亮。

有些朋友也許會說：“為了藝術的目的，我就需要玫瑰鮮艷無比，與真實情況相比不是毫無意義了嗎？”我來解釋一下：“我們研究的目的是找出一種方法，用在日后的拍攝中，以提高影像質量。既然是研究，就要有標準，有可以參照的對象，這樣結果才有價值。而我們進行研究的參照物正是實際場景中的光線、色彩、亮度、形狀等等。脫離了這些東西，我們就沒了參照。所以，我選擇了實際場景。”

回到正題。圖二中的三張照片沒有一個準確曝光。照片c可以扔進廢紙簍了，我們要得到照片a中的百合和照片b中的玫瑰，怎么辦？
 

 

數碼相機的曝光與分區曝光法的應用

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請看圖以下四張圖片：


（圖四）照片b陰影部分的柱狀圖


（圖五）照片a陰影部分的柱狀圖


（圖六）照片b明亮部分的柱狀圖
 

 

數碼相機的曝光與分區曝光法的應用

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（圖七）照片a明亮部分的柱狀圖

從以上四圖我們可以得出結論：在照片所示場景中，當曝光減少時，明亮部分的變化要大于陰暗部分變化，這也符合我們之前得到的曝光曲線圖。所以，在這種情況下，對于正常曝光減1／2或1／3檔曝光補償，那么我們既可以得到明亮部分細節，又不至于是暗部顯得太暗。事情就是這么簡單，我們有一張曲線圖就可以解決很多問題。所以推薦大家自己也做一張。

更進一步的提高是在曝光“相對準確”的基礎上，運用“分區曝光法”的原理，在電子暗房中對影像做局部處理，使其“顯影”。我們在照片b的基礎上，在電子暗房中降低明亮部分的光量，但得到的影像還是有少許的偏差，如圖八。所以，要記住一點：“前期拍攝時的曝光越準確，在電子暗房中的還原操作就越簡單，還原出來的影像就越接近現實。”


( 圖八）在照片b的基礎上，降低明亮部分的光量.