分區(qū)曝光法在數(shù)碼影像中的應(yīng)用

1、分區(qū)曝光法在數(shù)碼影像中的應(yīng)用(1)亞當(dāng)斯將曝光區(qū)分為11個等級，從0區(qū)曝光到X區(qū)曝光。他將反射率為18的中灰影調(diào)板定為“影調(diào)值V”，把直接獲得“影調(diào)值V”的曝光稱為“V區(qū)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(diào)就是“影調(diào)值V”。以“V區(qū)曝光”加一檔就獲得“VI區(qū)曝光”，減一檔就獲得“IV區(qū)曝光”，其余各區(qū)依此類推。亞當(dāng)斯通過分區(qū)曝光對底片上的潛影進(jìn)行控制，再通過膠片顯影的過程控制影調(diào)的壓縮與擴(kuò)張，從而得到高質(zhì)量、層次豐富的影像。這就是著名的“分區(qū)曝光法（Zone System）”。 本文試圖找出分區(qū)曝光與柱狀圖（Histogram）所示亮度范圍的對應(yīng)

2、關(guān)系，說明民用數(shù)碼相機(jī)的曝光特性，探討將分區(qū)曝光法運(yùn)用到電子暗房中，通過數(shù)字技術(shù)提高影像質(zhì)量。 首先，我們需要了解柱狀圖中各個參數(shù)的含義。在Photoshop的Histogram中，除了Cache Level外，有7項(xiàng)參數(shù)，描述如下： Mean：描述平均亮度值。 Standard deviation (Std Dev)：標(biāo)準(zhǔn)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(shù)量。 Level：顯示“十字星”所選區(qū)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(qū)域的像素總數(shù)。 Pe

3、rcentile：顯示“十字星”所選區(qū)域的像素?cái)?shù)占像素總數(shù)的百分比。 柱狀圖（Histogram）從0255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(qū)，平均23 級為一個曝光區(qū)，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(qū)”，其余每變化一區(qū)曝光，灰度級相應(yīng)增減23級，依此類推，得 到如下對應(yīng)關(guān)系： Level：139116 11593 9270 6947 4624 230 Zone：- V - IV - III - II - I - 0 - Level：116139 140162 163185 186208 209

4、231 232255 Zone：- V - VI - VII - VIII - IX - X - 但事實(shí)上，這種對應(yīng)關(guān)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(chǔ)上乘2，它是呈幾何增長的。那么運(yùn)用到上述對應(yīng)關(guān)系上就會出錯。通過實(shí)驗(yàn)同樣證明了這一點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)很簡單，我們推薦各位使用數(shù)碼相機(jī)的影友都抽時間做一次。一來可以了解自己數(shù)碼相機(jī)中傳感器（CCD或COMS）的特性，二來可以將分區(qū)曝光法有效地運(yùn)用到曝光和電子暗房中，提高影像質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)方步驟如下：1、選擇物體色調(diào)均勻區(qū)域作為被攝對象，這樣做的目的是在成像區(qū)域獲得相對集中的灰度值。被攝對

5、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(diào)較為均勻的桔紅色鞋盒表面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 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(yīng)11個曝光區(qū)。其中第一張是直接測光所獲得的反射率為18的中灰影調(diào)，即“V區(qū)曝光”所得到的影調(diào)。 3、將照片導(dǎo)入Photoshop，用柱狀圖（Histogram）進(jìn)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?yàn)楂@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(shí)驗(yàn)的誤差。筆者選擇了Me

6、dian作為參考值。4、將所獲得的數(shù)據(jù)繪制成曲線。筆者使用Canon PowerShot G2進(jìn)行測試，獲得曝光曲線如下： 縱坐標(biāo)是256級亮度，橫坐標(biāo)是11個區(qū)的曝光。曲線的肩部急轉(zhuǎn)落于VIII區(qū)，趾部平緩落于 III區(qū)。這很好地解釋了為什么“數(shù)碼相機(jī)曝光過度1級，慘不忍睹，高亮處細(xì)節(jié)損失嚴(yán)重，無法彌補(bǔ)；曝光不足3級，雖然損失不少，但陰暗部仍有細(xì)節(jié)”的現(xiàn) 象。同時，對應(yīng)分區(qū)曝光法，橫坐標(biāo)上的曝光區(qū)應(yīng)向左側(cè)偏移半格。 由于實(shí)驗(yàn)條件的不嚴(yán)格和數(shù)學(xué)知識的匱乏，我無法準(zhǔn)確畫出柱狀圖與曝光區(qū)的對應(yīng)關(guān)系。但是，我能通過這條曲線找出所用相機(jī)對應(yīng)分區(qū)曝光的相對亮度區(qū)域，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該足夠了。接下來，筆者選

7、用了反差不大并且?guī)в屑y理的皮鞋內(nèi)包裝袋作為拍攝對象進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)。目的是根據(jù)亞當(dāng)斯“有效幅度”和“紋理幅度”的論述，驗(yàn)證“橫坐標(biāo)上的曝光區(qū)應(yīng)向左側(cè)偏移半格”的假設(shè)。結(jié)果令人滿意。 最后的實(shí)驗(yàn)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(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)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78130之間呢？難道我們前面的結(jié)論是錯誤的？當(dāng)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(qū)曝光”。我們回到文章的開始，看看亞當(dāng)斯是怎樣定義“V區(qū)曝

8、光”的：“將反射率為 18的中灰影調(diào)板定為影調(diào)值V，把直接獲得影調(diào)值V的曝光稱為V區(qū)曝光”。換句話說，我們在沒有反差的影像上，得到的就是V區(qū)曝光，我們的結(jié)論沒有錯。那么，這張照片又怎么解釋呢？ 在“分區(qū)曝光法”誕生的年代，機(jī)內(nèi)測光系統(tǒng)并不完善，人們只能拿著手持測光表進(jìn)行測光，主要包括入射式、反射式和點(diǎn)式。當(dāng)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(qū)曝光法”中的測光方法，即“分區(qū)測光法”能夠讓人們更有效的運(yùn)用測光表所獲取的數(shù)據(jù)；同時，在不能使用測光表的情況下，可以幫助人們運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)估算出較為準(zhǔn)確的曝光。 隨著機(jī)內(nèi)測光系統(tǒng)越來越完善，測光表的“智商”也越來越高。筆者使用的數(shù)碼相機(jī)帶有“

9、矩陣測光 ”、“中央重點(diǎn)平均測光”和“點(diǎn)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“矩陣測光式測光”是指：相機(jī)將圖像分為多個區(qū)域分別進(jìn)行測光，然后通過特定的算法評估復(fù)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(diào)整曝光參數(shù)的設(shè)定。也就是說，在主體不是被強(qiáng)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(zhǔn)確的曝光值，可以部分替代“分區(qū)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(qū)曝光”并不重要。重要的是，照片中哪一部分的影調(diào)“落”（或“置”）于V區(qū)，那么照片中的這一部分所對應(yīng)的曝光就是“V區(qū)曝光”了。 文

10、章寫到這里可以告一段落了，因?yàn)槲覀兊膶?shí)驗(yàn)有了一個結(jié)果、得到了一條曲線并且運(yùn)用我們現(xiàn)有的知識解釋了一些有趣的現(xiàn)象。下面該做什么了？我們要把這條曲線運(yùn)用到實(shí)際拍攝中，用它來修正我們的曝光，并運(yùn)用“分區(qū)曝光法”的原理，在電子暗房中對影調(diào)采用局部“壓縮”或“擴(kuò)張”的處理，以提升影像的質(zhì)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(xì)節(jié)表現(xiàn)良好；照片b，玫瑰曝光準(zhǔn)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(shí)際相比仍顯明亮。 有些朋友也許會說：“為了藝術(shù)的目的，我就需要玫瑰鮮艷無比，與真實(shí)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

11、法，用在日后的拍攝中，以提高影像質(zhì)量。既然是研究，就要有標(biāo)準(zhǔn)，有可以參照的對象，這樣結(jié)果才有價(jià)值。而我們進(jìn)行研究的參照物正是實(shí)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(shí)際場景?！?回到正題。圖二中的三張照片沒有一個準(zhǔn)確曝光。照片c可以扔進(jìn)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？ 請看以下四張圖片：（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（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(jié)論：在照片所示場景中，當(dāng)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12或13檔曝光補(bǔ)償，那么我們既可以得到明亮部分細(xì)節(jié)，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。分區(qū)曝光法在數(shù)碼影像中的應(yīng)用(2)更