【数码摄影的充分曝光与影像锐化】 数码摄影曝光
时间：2019-02-14 04:26:01 来源：达达文档网 本文已影响 人 
数码相机充分曝光的必要性 学过传统测光理论的摄影者都知道，测光表最重要的测光还原标准，是把所测光的明度区域还原成18%中灰密度，不管是白是黑，只要测光表对这个部位测光，所取得曝光值都会把它们在底片上还原成1.0密度的中灰度。为了获得正确的测光值，人们发明了18%中灰板，以反射现场光线的中间亮度值。只要把18%中灰板放置在现场，对着18%中灰板测光，就可以取得相当精确的曝光值。这种测光方式沿用了几十年，它的好处是，对中间值测光，可以有效涵盖亮部和暗部层次。在拍摄反转片的人群中，“宁欠勿过”的测光方式曾一度盛行，用减少曝光的办法，获得更高的饱和度。
一般来说，这种传统方式注意保留高光层次，较为安全。但问题是，“宁欠勿过”的照片都要经过调整才能达到正常。每张照片都调整，工作量太大，十分麻烦。到了数码时代，人们仍然沿用这种测光方式。“宁欠勿过”可以使数码相机获得安全的曝光，但绝对不是最佳曝光。在数码摄影中欠曝光，会丧失数码暗部层次丰富的优势，使数码影像暗部缺少更多本来应有的层次，这些层次是胶片所缺少的，按照胶片的曝光理论对待数码影像，显然是用老办法对付新问题，简单说，对于数码影像的采集是吃亏的。
数码影像中一个不容忽视的问题是噪点控制。数码的噪点看上去与胶片的颗粒类似，其实，它们有很大不同。胶片的颗粒是溴化银在显影的过程中颗粒集结造成的，胶片本来就是由感光银盐乳剂作为感光主材，颗粒是先天存在的。控制得好，颗粒会不太突出；控制不好，颗粒会十分突出。无论怎么控制，都不会完全消除颗粒。颗粒会影响照片的层次表现，甚至还会影响照片的分辨率。数码影像没有先天颗粒存在，因此它细腻平滑，过渡自然。但是，由于数码电路的制造、排列、内部增益、传输、高温损害以及后期制作中强行拉大反差和提高亮度，特别是对于曝光不足的影像大幅提亮暗部或恣意提高饱和度，会使本来平滑的层次中产生噪点和本来不存在的伪色噪点。严重的数码噪点有时会比胶片颗粒还可怕，会毁掉一幅好照片。因此，控制噪点是数码影像中非常重要的一个环节，从前期拍摄开始到后期制作的全过程都要特别留意。能否控制好数码噪点，是检验数码摄影能力的试金石。
控制数码噪点应该从曝光做起，充足曝光是降低噪点的根本前提。如果曝光不足，必然要提亮暗部，也就不可避免地会产生噪点。到了这一步，可谓回天无力，因此，数码必须充足曝光，这样就不需要大幅提亮暗部，也就不会产生噪点。
图1中“亮度”是灰阶RGB的平均值。“光比”是每相差1级EV值所对应的级差，按照中灰值测光和曝光，胶片和数码相机都可以轻松记录5〜7级光比而无需后期再去调整。但是请注意，必须按中灰值曝光。在测光时，能否找到并确定中灰区域，使用正确的测光方式就成为关键。数码单反相机的宽容度不少于十级，而绝大多数画面反差的主要层次都在7级光比之内（不排除有极个别小画面的极白和极黑）。这些小面积的结构不对画面主体产生根本性的影响。
胶片的曝光理论是按照中灰值曝光决定的，也就是图1中128灰阶的亮度值。而数码曝光应当按照中灰偏右的位置曝光，也就是在中灰的基础上稍稍增加曝光。增加多少要看高光有无溢出，查验高光数据不能超过RGB 250，最好在 RGB 241〜245之间。只要不超过上述数据，增加的量大一些也无妨。
我们再利用这张图，顺便看看曝光不足是怎么回事。在曝光时，如果选择了浅灰区作为曝光基点，就可能错把浅灰区当成中灰区，也就是减少了曝光，造成曝光失误。曝光偏重于高光，此时暗部曝光不足，原片上缺少层次。这种照片必须经过后期调整以再现暗部层次，而大幅提亮暗部又会产生暗部噪点。
图2是我于初秋在新疆江布拉克拍摄的照片。原图是彩色照片，为了能够从明度层次上验证曝光，我把它转成黑白照片，黑白照片能把彩色的RGB数据换算成简单的RGB值，对曝光查验一目了然。图中，白云的亮度为RGB 245，羊群最黑的部位RGB 6，远景中灰的区域为RGB 128。仅从数据指标看，这是最佳的曝光，也是数据合理的最佳照片。如果高于这些数据，则是曝光过度，低于这些数据，就是曝光不足。
我们再看图3的原始彩色照片，偏右曝光使画面的曝光充足，因此画面通透，色彩明丽。色彩还原的最高境界是色彩透明，不浑浊，这张照片达到了这样的要求。从层次上看，近景的羊群厚重沉着，有足够的力度；远景的山峦层次渐远，表现出优美的色彩透视。
图4是图3的局部放大。通过查验暗部的噪点可以看到：曝光正确的照片，亮部没有噪点，暗部也基本看不到噪点，画面平滑，影像质量很高。
作为试验，图5这张照片有意减少了一级曝光，使曝光不足。画面没有图4通透明丽。显得影调发闷，因此必须提亮。
图6是图5的局部放大，查验暗部的噪点可以看到，曝光不足的照片由于必须提亮暗部，迫使暗部产生噪点。与图4的相同局部相比，出现了高光噪点和伪色噪点，虽然还不太严重，但与曝光正确的照片相比差异明显。如果曝光不足两挡或更多，噪点会相当突出。
数码相机成像的原理与应对
数码相机拍摄的原片焦点松软，不锐利的现象甚至让有的人认为数码相机普遍存在跑焦问题。其实，这些都不是空穴来风，数码确实存在焦点不实的可能性，这与数码相机的摩尔条纹和采用模糊计算的成像机理有关。模糊的原因由以下三个原因造成。
第一，数码成像的结构特征。数码成像彻底绕开了胶片感光银盐的成像思路，使用电子元件作为感光介质，使光线转变为电流，以电流大小记录影像明暗，与滤光镜配合，承载RGB色彩和影调，最终以像素组合的形式完成影像再现。电磁波（可见光线是其中的一部分）是多波长复合体，在成像中并非所有的电磁波都是有益的，比如紫外线、红外线等，会形成轻度的焦外绕射，对成像不利。因此需要将有害光滤除。在传统胶片上，乳剂涂层常常达到十多层，其中部分层就承担过滤有害光的作用。数码成像的元件不能在感光元件中分层阻隔有害光，而是把滤光层做在感光元件的前端，这就是人们常说的低通滤镜。
低通滤镜是极薄的镀膜透明材料制作的，光线通过这些滤镜后的损失很小。然而，哪怕再薄，也是蒙在数码成像元件“眼睛”上的“太阳镜”。况且是三片（有的相机是一片或两片），对影像的清晰度一定会带来不良影响。
更重要的是，最贴近感光元件的低通滤镜还兼有改变空间频率的作用，其作用就是把整齐节奏（比如竹篱笆、衣服上的条纹等）的影像反差降低少许，甚至是轻度地打乱节奏，以防止与感光元件的整齐排列节奏干涉而出现摩尔条纹。改变空间频率的低通滤镜对成像锐度的影响是显而易见的。
了解摩尔条纹，需要从感光元件的排列说起。
如图7所示，由一个红、一个蓝、两个绿，共四个感光元件组合而成的感光单元排列组成了CMOS面板。一个多么整齐的阵列！如果是阅兵，这堪称标兵阵营；但是若用来照相，它横平竖直的节律会造成很大的麻烦。整齐排列就会形成节奏，这个相机的节奏如果与照片中的某种节奏相遇，就可能产生类似牛顿环的干涉，出现摩尔条纹。
第二，造成数码成像焦点不实的另一个原因是摩尔条纹。
如图8，新建一个文件，在“图层0”以2毫米的宽度（8个像素）制作纯黑白竖条线时，先制作几条，然后复制到全画面，再放大至600%，复制“图层0”为“图层0副本”，这两个图层的条纹节奏现在完全一样。看上去节奏鲜明齐整，间距一致。下一步， 激活“图层0”副本，用矩形选框工具在中间区域画一个选区，用“变形”命令拉宽少许，改变这个区域的条纹节奏。把“填充”改为50%透明度，执行变形命令。经过变形，选区内的黑白条纹上下层之间出现节奏错开的差拍，出现了有节律的摩尔条纹。
上面演示的是完全垂直的成纵列黑白条纹中发生的摩尔条纹现象，在现实摄影中，几乎不可能遇到与相机感光元件排列完全平行的拍摄节奏。比如衣服纹理或者一片竹篱笆，它们一定存在某种弯曲而不是绝对垂直或平行。于是，影像的节律与相机节律会发生弯曲干涉。这种干涉是致命的，因为发生的摩尔条纹会形成影纹和大片色彩斑纹，严重破坏影像。
图9我们仍然用前面做过的选区来演示。这一次不仅是拉宽节奏，还要“变形”。(对选区用快捷键Ctul+t，再单击右键，选择“变形”)，为了模拟摄影实况，把“图层0”副本填充绿色，把“图层0”填充红色。在这个区域里随意拖拉几下，使垂直打乱，出现节律弯曲。马上可以看到，摩尔条纹不再以垂直而是以等高线般的层层环绕出现，这是最接近真实摄影的情况。
数码相机如果不能够解决摩尔条纹的问题，则根本不能照相，这是数码必须面对的大难题，我们看看数码的发明者怎么解决这个难题。
第三，造成数码成像角度不实的最后一个原因是模糊计算。解决摩尔条纹有下列7种方法，这些方法也会造成影像不实，我们一一分析它们的利与弊。
1、使用模糊成像的镜头――只会模糊影像，这一条不可能采用。
2、使用分辨率成倍提高的镜头――这需要镜头制造有突破性提升，目前很难做到。
3、使用无序排列的感光元件――今后微电子有了极大发展后，可以解决感光元件极小化和无序电路排线，才有望实现，目前恐怕连想都不敢想。
4、使用低通滤镜――改善影像节律反差，现在已经应用在数码相机上了。
5、采用大面积、高密度像素的CCD（CMOS）面板阵列――加大阵列密度可以减少摩尔条纹发生的几率和程度，这一点在全画幅数码相机上已经实现。
6、使用软件消除条纹――已有这样的软件，但尚不能完全消除条纹。
7、使用模糊影像降低节奏边缘反差的计算方法――在数码相机处理器写入模糊程序，有效降低影像节奏与相机节奏发生干涉条纹的机会。
上面7种方式中，最简单、最有效的是第7种方法。效果最好，但是带来了影像模糊、焦点不实的副作用。这就是数码影像焦点不实最重要的原因。
让我们再仔细看看数码影像是怎样运用“模糊”这一智慧解决摩尔条纹的。
如图10，对图层执行高斯模糊，数值5.0，摩尔条纹完全消除，上层与下层完全融合在一起，呈现均匀的灰色混合效果。当然，数码影像使用模糊来消除摩尔条纹的过程没有这么简单，但原理是一样的，我们确实看到了模糊的作用和威力，数码软肋――摩尔条纹的堡垒，终于被攻破了。
综上所述，影像不够锐利是数码影像的特征所致。为了修正和补救这种无奈，数码影像的研究者想出了一个好办法――锐化。通过后期锐化，某种程度上可以把原始焦点不实的影像变得清晰，解决数码结构性缺陷带来的难题，最终得到清晰的影像。
某些影友只看到数码影像模糊的一面，就妄下定论。如果深入了解了锐化，也就是全面理解了数码影像的完整技术链，相信再不会被模糊的表象所困惑而轻易怀疑数码照片的画质了。
通过锐化，可以从某种程度上改正数码原片焦点松软的通病。
传统摄影年代，摄影人苛求高素质镜头，因为好镜头可以再现某种细节和某种色调的微小变化。数码影像除了仍然由镜头决定影像素质之外，还多了软件锐化这一新鲜功能。可以说，一款普通专业镜头拍摄的照片锐化后，有时会超过昂贵的专业镜头拍摄的不经锐化的胶片或者数码影像。
数码照片的“虚焦”、“疲软”是人为有意形成的。能够有意为之，就能有意消之。通过锐化，可以使某些“焦点不实”的照片变得清晰，甚至可以达到纤毫毕现的程度。当然，锐化需要技巧，这些技巧在后面的内容中会详细介绍。现在我们先树立一下信心，看看下面的图片。锐化能做到什么程度，锐化的实际效果到底如何？
图11这是一张佳能1Ds Mark Ⅲ相机的官方样片，原片是半身像，这里剪裁成面部特写来对照，左图是未经锐化原图100%放大看，焦点疲软，右图是锐化后的效果，读者只能从印刷的杂志上观察对比了。
先看人物的右眼，锐化前的睫毛、眉毛只有形状没有细节。锐化后毛发清晰显现，眉毛显出每根的走向，特别虹膜和眼白，可以看到附着在眼球上的血管和虹膜细节，瞳孔和虹膜出现主体球感。再看额头高光区的对比，锐化后可以看到毛孔。锐化不仅仅是提高了清晰度，还稍微提高了反差，起到了加强质感的效果。接着看看人物左眼和左唇上方，面部显现出平常距离肉眼不易看到的极细的绒毛，这样的细节，恐怕要用放大镜直接放到真人的脸上才能看到。
最后看看头发。锐化前头发的发丝是含糊的，锐化后发丝层次分明，有了前后空间感，在焦点中的发丝每一根都非常清晰且互不干扰。与锐化前的头发相比，差异明显。
图12该图为佳能EOS 1Ds Mark Ⅱ相机的官方样片 ，这是在摄影棚中使用佳能“人像王”85毫米F1.2镜头以f/11用显色性极好的闪光灯拍摄的，拍摄技巧无可挑剔。100%放大后，发现焦点有些“疲软”，清晰度不够，一般人很可能看了这种厂家认为最好的、作为样片展示的照片而对数码失去信心。且慢，看看下面锐化之后的效果。
图13该图显示了锐化前后的对比，锐化后的照片的细节是惊人的，一般的观察都把注意力放在清晰度提高了多少，其实还有其他更多改变。请注意纵观全画面，除了锐化，人物的立体感增加了，鼻梁挺了，脸部、下巴、唇部显示了圆润的起伏，眼睛出现球体状。这是一张全身像，仅仅剪裁面部一小块放大，况且人脸处在画面的边缘，锐化后可以看到下颌处脸上的细绒毛，甚至能看到腿上被蚊子叮过细小红点，锐化后的清晰度让人满意。
注：本文摘编自刘宽新《数码影像核心技术》一书。
