一張曝光正常的照片能讓我們感覺舒適自然，而一張欠曝或過曝的照片不僅令美感打了折扣，而且還會損失大量的畫面細節(jié)。

曝光是一個比構(gòu)圖還基礎(chǔ)、更值得入門攝影愛好者認真學習的重要概念。

那么，曝光到底是什么？如何界定過曝或欠曝？曝光值是如何測量的？

今天，影像君和大家一起來聊聊攝影中的「曝光」。

一、幾個相關(guān)概念

為了弄清楚「曝光」的具體定義，我們必須先要理解幾個與之相關(guān)的基礎(chǔ)概念。

1.1 發(fā)光強度

概念的描述與定義往往都需要建立在一些具體的測量模型之上，很多相關(guān)、相近的概念都是在此基礎(chǔ)上不斷地疊加、嵌套，因此，理解模型是打通認知的起點。

桌上有一支蠟燭，它的火苗視為一個「點光源」，我們假定蠟燭是以火苗為中心、以球體形狀向四周散發(fā)所有光線（包括人眼可見光和不可見光），如圖1-1所示。將球體以球心為中心分為若干份，其中一份則稱為「球面度」（steradian，又稱「立體角」）。蠟燭在單位球面度所散發(fā)的所有能量，稱為「輻射強度」，單位為瓦特/球面度（W/sc）；而其中可見光的能量則稱為「發(fā)光強度」（luminance intensity），用單位坎德拉（Candela）表示，簡寫為cd。Candela一詞源自拉丁文，意為candle（蠟燭）。

發(fā)光強度與光源距離的平方成反比，亦即光的強度隨距離的增加而指數(shù)級遞減。如圖1-2所示：

1坎德拉的發(fā)光強度具體是這樣定義的[1]：

將一個1平方厘米的黑體加熱至鉑的熔點，其發(fā)光強度的1/60即為1cd。

我們在談?wù)摂z影時，在無特別說明的情況下，默認都是在「可見光」的討論范疇，因此，我們只需要記住「發(fā)光強度」這個術(shù)語即可。而對于這個概念，我們可以抓住兩個要點：一是光源；二是可見光。

1.2 光通量

假設(shè)有一個發(fā)光強度為1坎德拉的點光源，它在單位球面度每秒鐘所發(fā)出的可見光的總量，定義為「流明」（lumen），單位簡寫為lm。如圖1-2所示：

可見流明是一個非常小的單位。那它有什么作用呢？

點光源在單位時間內(nèi)在所有方向上發(fā)出的所有可見光的能量總和，稱為「光通量」，亦稱「光流量」（luminous flux），用單位流明表示。

光通量和發(fā)光強度描述的都是有關(guān)光源所發(fā)出的可見光，其區(qū)別在于：

前者描述的是所有方向，而后者則是指某個具體方向（單位球面度）。對于一個恒定的光源而言，其單位時間的光通量是不變的；而不同的距離和角度，測到的發(fā)光強度則是不同的。

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義為光源的「照度」（illuminance），用單位勒克斯（lux）表示，簡稱為勒。1 lux = 1 lumen/m2。如圖1-3所示。

圖1-3

可以認為，照度是將光通量從三維曲面轉(zhuǎn)換至二維平面。它為定義曝光奠定了測量基礎(chǔ)。

1.4 亮度

「亮度」（Luminance/Brightness）可能是我們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|得最多、使用最頻繁的光學概念之一。那到底什么是亮度呢？

光測量學上定義，每平方米物體在某一方向上所反射的可見光的光線強度，即為「亮度」，用單位坎德拉每平方米（Candelas/m2）表示。

亮度和照度是兩個非常相似而且經(jīng)常被混淆的概念，想要正確地區(qū)分兩者，必須要抓住以下幾個要點：

（1）亮度是描述人眼感知到的光線強度，而照度則是描述光源的物理屬性；

（2）人眼感知到的亮度跟物體表面的質(zhì)地、對光的反射效率有關(guān)，而照度僅與光源有關(guān)；相同的光源，入射界面若粗糙，則易發(fā)生「漫反射」（多方向反射）；若光滑，則易發(fā)生鏡面反射（單方向反射），此時，人眼在出射光的角度上感知到的亮度最高，這也符合我們的生活經(jīng)驗。

（3）亮度是反射光在某個具體方向上的強度，而照度則是所有方向。

圖1-4可以更簡明易懂地表示以上4個概念之間的關(guān)系：

圖1-4

二、曝光的定義

我們平時所說的「曝光」（exposure），嚴格而言可分兩種情況：

（1）當「曝光」作動詞用時，它指的是光線與一些光敏介質(zhì)（如感光膠片、傳感器等）發(fā)生光電效應(yīng)，使其感光；

（2）當「曝光」作名詞用時，它實際上指的是「曝光量」，而后者便是本文重點探討的概念。在無特別說明的情況下，本文所說的曝光都是指曝光量。

那什么是曝光量呢？

2.1 曝光量

光敏介質(zhì)在光線照射期間所累積的照度總量，定義為「曝光量」（lumious exposure），單位「勒秒」（lx-s），用公式表示即：

其中E為可光見的照度（lux），t為時間（秒）。

對應(yīng)到攝影中，光敏介質(zhì)即為膠片或電子傳感器，入射光的照度由控制通光孔徑大小的光圈（詳見文章《關(guān)于光圈，這是我為你整理的最詳盡的干貨，值得攝影愛好者們收藏》）決定，照射時間（即曝光時間）由相機快門（詳見文章《攝影知識科普 | 你最熟悉的「快門」，卻藏有這些你最陌生的認知》）決定。也就是說，相機的光圈和快門共同決定了感光介質(zhì)的曝光量。

看到這里有人可能就會問：

我曾聽說過一個什么「曝光三角」，不是應(yīng)該三個參數(shù)共同決定曝光量嗎？

2.2 曝光三角

談到攝影中的曝光，似乎很難不提「曝光三角」。所謂的「曝光三角」（exposure triangle），是指以感光度（ISO）、快門、光圈三個參數(shù)組成一個三角形（如圖2-1所示），只要其中一個變量改變，其余至少有一個也要隨之改變，方能獲得「曝光最優(yōu)」的圖像。

圖2-1

曝光三角概念的流行，令很多人以為這三個參數(shù)共同決定了圖像的曝光量，這其實是錯誤的！

感光度雖然能使最終的圖像看起來更亮或更暗，但它并不能決定曝光量，很多人都是被曝光三角誤導了。本質(zhì)原因如下：

對于膠片攝影而言，感光度（也叫「膠片速度」）描述的是底片對光的敏感程度，并無控制入射光數(shù)量的功能。感光度越高，意味著膠片中的溴化銀（光敏物質(zhì)）的顆粒越大，越粗糙，與光子發(fā)生「光電效應(yīng)」的效率也越高；

對于數(shù)碼攝影而言，感光度（ISO）實際上是指對電子傳感器所捕獲的電信號進行后期放大的程度，它是在影像曝光之后執(zhí)行的，并不能左右前期光線（或光子）進入鏡頭的總量。因此，ISO本質(zhì)上并不能決定曝光量。關(guān)于感光度ISO，影像君以后會專門為此寫一篇文章詳細介紹。

事實上，還有一些變量可以影響最終的曝光量，比如場景亮度（對于影棚攝影而言，它是可控的）、中灰濾鏡（控制通光率）等。

故，我們必須明白：這個所謂的曝光三角并非是一個嚴謹?shù)目茖W模型或光學定理，而只是為了讓大家便于理解三個參數(shù)與亮度之間的關(guān)系。如果你愿意，還可以加入其它相關(guān)參數(shù)，變成「曝光四角」「曝光五角」等。

了解了曝光的定義，我們便知道了曝光究竟指的是什么。那么，問題來了：

曝光究竟是如何測量的呢？

三、曝光測量

我們平時拍照時想必已聽過不少這樣的「行話」：

這張過曝了、那張欠曝了、曝光要正確才行……

當你聽到這些，你是否思考過：何為「過曝」？何為「欠曝」？「曝光正確」又是什么？

要回答這些問題，還得先理解曝光是如何測量的。

3.1 曝光值

先來了解一個新的相機參數(shù)。

1950年代，為了更好地表示相機快門與光圈組合對曝光的影響，來自德國的一位快門制造商Friedrich Deckel提出了「曝光值」（Exposure Value）這個概念，簡稱EV。它代表的是相機快門與光圈組合的一個數(shù)值，因此也稱為「相機曝光」（Camera exposure）。

EV系統(tǒng)定義了與快門、光圈之間的關(guān)系：

其中：EV為曝光值（四舍五入后取整數(shù)），N為光圈f值，t為快門（秒）。

1個EV表示一個曝光「檔位」，每增加或減少一個曝光檔，光線數(shù)量相應(yīng)便以2的指數(shù)相應(yīng)增加或減少。

由于光圈和快門共同決定EV，因此，同一個曝光值（即相同曝光量），可以有不同的光圈和快門組合，如圖3-1的EV表所示：

圖3-1

除了快門和光圈，場景中的亮度和感光度也能影響曝光值，它們之間的關(guān)系是：

其中，L為平均場景亮度，S為感光度（ISO值），K為反射光測量常數(shù)（通常取12.5）。

因此，通過測量平均場景亮度并給定一個感光度，便可計算出相應(yīng)的EV值。

于是，可以通過一幅升級版的EV圖將曝光值、快門、光圈和ISO、場景亮度之間的關(guān)系對應(yīng)起來[2]，如圖3-2所示：

圖3-2

上面的坐標系，斜線表示EV值，連接的是一對光圈（縱坐標）與快門值（橫坐標）；下面的坐標，斜線連接的是感光度（縱坐標）和場景亮度（橫坐標）。通過這張圖，我們不僅可以看到EV與光圈、快門之間的關(guān)系，還能比較不同程序曝光模式（如快門優(yōu)先、光圈優(yōu)先等）下的曝光情況。另外，通過參考第二個坐標系，我們還能查看相機在最暗處和最亮處的影像捕捉能力。

那么，曝光值在攝影中如何應(yīng)用呢？

這便涉及到測光的概念了。

3.2 EV與測光

攝影中所謂的「測光」，其實是「測量曝光」（exposure-meter）的簡稱，具體指測量拍攝主體在場景中所反射的光線亮度，以便獲得最優(yōu)曝光。

所謂「最優(yōu)曝光」，也叫正確曝光，是指高光區(qū)域不會因過度曝光而出現(xiàn)一片慘白（過曝），暗部區(qū)域不會出現(xiàn)一片漆黑而細節(jié)丟失（欠曝）。在攝影中，以18%灰度卡（即「中度灰」）所反射的光線亮度定義為EV0，即為相機認為的正確曝光。

圖3-3為單反相機中顯示屏中的EV參考標尺：

圖3-3

這個EV曝光標尺表示的曝光范圍為-3EV~3EV，共有6檔的明暗范圍。當半按快門時，白色光標會顯示相機當前參數(shù)組合下的曝光值，位于0則表示曝光正常，向右移動表示過曝，向左移動表示欠曝。

EV標尺除了供設(shè)置參考，還能用于「曝光補償」，即人為修正所需的曝光水平。此外，還能用于「包圍曝光」，即設(shè)置3個檔位的EV值（如-1，0，1），用相同參數(shù)拍攝，得到分別是欠曝、正常和過曝光的三張相片，最后通過后期軟件合成，即得到一張高光不溢出、暗部有細節(jié)的高動態(tài)范圍的相片，這便是HDR（High Dynamic Range）。

其實，并不存在「正確曝光」的統(tǒng)一標準，因為拍攝者可以根據(jù)各自的創(chuàng)作和表現(xiàn)需求而刻意地過曝或欠曝，相機里的EV0未必就是你要的正確曝光。

攝影中的測光方式有很多，比如使用手持測光表，它主要是測量主體所在場景中的入射光。多用于商業(yè)攝影（如人像攝影），普通攝影愛好者會比較少用到。

沒有測光表不要緊，我們還可以直接使用數(shù)碼相機的內(nèi)置測光系統(tǒng)——后者便為我們重點介紹的部分。

四、 相機內(nèi)置測光系統(tǒng)

為了便了拍攝者能得到理想曝光的相片，如今的數(shù)碼相機都有搭載測光系統(tǒng)。它主要測量的是經(jīng)主體反射而進入鏡頭的光線。相機內(nèi)置測光系統(tǒng)一般由若干組硅基感光元件（SPC）構(gòu)成，主要位于取景器側(cè)邊和反光鏡底部（如圖4-1所示）。一些高端相機還會在傳感器前下方內(nèi)置多個矩陣感光元件，利用反射光線測量傳感器中不同區(qū)域的曝光水平。

圖4-1

數(shù)碼相機通常內(nèi)置幾種測光模式，以Canon品牌為例，主要有：點測光、部分測光、中心偏重測光和評價測光等4種。

4.1 點測光

點測光（Spot metering），只測量來自場景中非常小的一部分光線，通過測量畫面2~4%的區(qū)域，計算后得出平均值。測量點通常位于取景器的中心位置，一些中高端單反則可以隨焦點移動而改變測光點。

圖4-1，Photo via Digital photo magazine.

點測光是一種比較精確的測光模式，用可于一些光線反差較大的場景。

4.2 部分測光

部分測光（Partial metering），測量區(qū)域比點測光更大一些，基于取景器的中心圓略向外擴展，約占畫面8~13%的比例。

圖4-2，Photo via Digital photo magazine.

4.3 中心偏重測光

中心偏重平均測光（Centre-weighted average metering），顧名思義，這種測光基于畫面的全部區(qū)域，但側(cè)重于取景器的中心區(qū)域，并且不隨焦點位置而轉(zhuǎn)移，亦即每一次拍攝都使用相同的平均模式。

圖4-3，Photo via Digital photo magazine.

這種測光模式可用于靜物、寵物、戶外人像等主體多居于中心的拍攝場景。

4.4 評價測光

評價測光（Evaluative metering），也叫「矩陣測光」，同樣是基于畫面全區(qū)域的測光，但是它會偏重于當前自動對焦點所在的區(qū)域，比其它模式要相對智能一些。因此，如果你不知道如何選擇測光模式或者嫌麻煩，或許評價測光就是你的最佳選擇。

圖4-4，Photo via Digital photo magazine.

結(jié)語

這篇文章有點長，我們來簡單回顧一下。

開篇，我們從發(fā)光強度這個基本概念講起，隨后介紹了與之相關(guān)的光通量和照度，進而引出了「亮度」這個底層的概念。理解了亮度，才能更好地把握「曝光」的基本涵義。接著繼續(xù)深入介紹了曝光值，并詳解了測光和相機內(nèi)置測光模式等，它們都包含了與「曝光」相關(guān)的重要知識。

攝影是光影的藝術(shù)，而曝光則是光影的歸宿。理解曝光有助于提升對光影的認知，亦有助于提升攝影的光影把控能力。