数码相机曝光量详解

摄影就是用光,1.是否正确曝光决定了摄影技术的成败;2.是否巧妙用光,又决定了摄影艺术的优劣。然而,妙用光则是建立在正确曝光的基础上,所以使用相机首先要掌握正确曝光的方法,会控制曝光量。曝光量怎么控制,它由哪些参数决定?

我在网上也见了不少讲述曝光量、光圈、快门、感光度之间关系的文章,但是这类文章大多为定性描述,而没有给出曝光量的具体数学表达式,这让我觉得很不爽,很不满足。作为一名学习摄影的菜鸟,我每次拍照的时候,面对拍摄对象设置相机参数时,总是一头雾水,一般都是先拍一张,查看片子曝光是否正确,如果不正确再胡乱调一下参数,直到拍出来的片子差不多为止。但对于为什么要这么调,背后的理论依据是什么完全不知道。

照相机既然作为一种仪器或设备是光学、精密机械、电子、计算机科学结合的产物。那么曝光量一定有确定的关系表达式。我查阅了一些资料后,给出了曝光量公式,分析了曝光量与光圈数、快门时间、物体光亮度、感光度的关系,介绍了APEX系统,解释了曝光值(EV)的具体含义,希望对初涉者有所帮助,大家一起进步。

照相机像面上得到的平均曝光量Hf等于像面上的平均照度E和快门有效曝光时间T的乘积,即

Hf=ET

像面上的平均照度E可以表示为

E=qB(D/f)2=qB/(A2)

式中:q是照相机成象系统特性系数,按美国标准PH3.49-1971,q=0.65;B是物体亮度,单位为cd/m2(坎德拉每平方米) ;A是镜头的F数。胶片的最佳曝光量Hg可用下式表示:
Hg=P/S

式中:P——胶片合适曝光系数(对于黑白胶片P=8,对于彩色反转片和彩色负片P=10);S——以ISO表示的感光度。
为了使胶片曝光正确,必须使

Hf=Hg

qBT/(A2)=P/S

整理后得

A2/T =BS/(P/q)

令K=P/q,称为照相机曝光常数,则

A2/T=BS/K

上式即为国际上通用的照相机曝光参数方程式。式中,A是光圈数,T是快门时间,L是物理亮度,S是感光度,B是物体亮度。A=F=f/D,在APEX系统中,设A为光圈数。
但是,在实际应用中,上述曝光参数方程式的使用十分繁琐和不便,而且不够直观。于是在美国标准和中国国家标准中,将它进行了变换,将曝光参数方程式表示为以2为底的指数形式,即此式以加法形式来表达曝光参数方程式,故称为加法系统,即APEX系统。

令A2= 2AV,1/T=2TV; 0.3S=2SV,B/0.3K=2BV 则有

2AV * 2TV=2SV*2BV

所以 AV+TV=SV+BV

定义EV=AV+TV=SV+BV,EV为曝光值。

其中AV=2log2(A),TV=log2(1/T),BV=log2(B/0.3K),SV=log2(0.3S)。

AV,TV,BV,SV各值在数量上变化1,则相当原来曝光参数A变化sqr(2)倍,T变化1/2倍,B变化2倍,S变化2倍。曝光值EV,并不是代表被摄物体的亮度,不是亮度单位,它只表示镜头光圈和快门有效曝光时间的某一种组合,它是曝光单位。它也不代表胶片的曝光量,只表示为使胶片得到合适的曝光量,镜头光圈和快门有效曝光时间合适组合时的对应控制量值。所以曝光量还是要看Hf的大小,Hf= qBT/(A2)。

表1 数码相机曝光表
在这里插入图片描述

表1说明了AV,TV,BV,SV与A,T,B,S数字对应之间的关系,例如光圈系数A=1,AV=2log2(A)=2log2(1)= 0;A=1.4,AV=2log21.4=1;……。T=2, TV=log2(1/T)= log2(1/2)=-1;T=1;TV= log2(1/1)=0;……。

当A=1 1.4 2 2.8 4 5.6时,Hf= qBT/ 1.0 1.96 4.00 7.84 16.00 31.36。

在数码相机中,为了方便用户调节,厂家已经把光圈和快门相邻档位之间的进光量设定为相差一倍或半倍。

*扩展阅读

光亮度是表示发光面明亮程度的,指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比,单位是坎德拉/平方米。对于一个漫散射面,尽管各个方向的光强和光通量不同,但各个方向的亮度都是相等的。电视机的荧光屏就是近似于这样的漫散射面,所以从各个方向上观看图像,都有相同的亮度感。 以下是部分光源的亮度值:单位cd/m2;太阳:1.5E+5;日光灯:(5—10)E+1;月光(满月):2.5E-1;黑白电视机荧光屏:120左右;彩色电视机荧光屏:80左右。

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