【bookworm热靴学习笔记】之“闪光摄影原理”——认识热靴闪光灯

草丛中的蟋蟀 2011-01-14

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【bookworm热靴学习笔记】之“闪光摄影原理”——认识热靴闪光灯
本帖最后由 book_worm 于 2010-12-3 14:40 编辑 ) B' v+ I& S4 Lhttp://bbs. (濠滨论坛)+ m3 u* g3 Y) j. G5 n

闪光灯.jpg

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　　“热靴闪灯”最初是被设计成连接在照相机“热靴”上的便携式闪光灯，与其他人造光源相比，热靴闪灯具有轻便、廉价、色温稳定、近距离瞬间闪光亮度高的优点，是外拍或组建家庭摄影棚非常理想的工具。3 k( D: E( q9 P$ j. Mhttp://bbs. (濠滨论坛)/ ~1 E0 P: p% ?& I

　　热靴闪灯也是闪光灯的一种，从它的光学特性来看，实际上与影楼专用的大型影室灯或者外拍灯有着相通之处，都属于“瞬间光源”。这个“瞬间”是多少呢？不妨让我们来看一下上图这两款热靴闪灯的技术参数：

闪光灯亮度	Nikon SB-900	Canon 580EX II
输出量	闪光时间（秒）	闪光时间（秒）
1/1	1/880	1/1,000
1/2	1/1,100	1/2,000
1/4	1/2,550	1/4,000
1/8	1/5,000	1/9,000
1/16	1/10,000	1/15,000
1/32	1/20,000	1/21,000
1/64	1/35,700	1/30,000
1/128	1/38,500	1/35,000

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　　从上表中可以清楚地看到，闪光灯闪光的时间非常短，最长的时间是1/880秒，最短的竟然只有1/38,500秒。惊讶吧？你一眨眼的功夫，闪光灯可以闪光几万次。( [8 V( I7 b: _" K0 u9 whttp://bbs. (濠滨论坛); B. w0 i1 m% g- x

　　还记得你每次摄影时候用到的快门速度吗？1/200秒、1/50秒甚至更慢。即使在光照最强烈的正午，我们通常会用到的快门速度也不过是几千分之一秒。8 Q! Z6 K: h4 s7 |' U+ Ohttp://bbs. (濠滨论坛)$ Y# u4 e8 F' f5 T
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　　了解快门速度和闪光时间的差异有什么意义吗？是的，非常有意义，很多创意闪光照片的创作正是利用了这两者之间的差异。
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　　在继续之前，让我们先来温习一下摄影原理：
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摄影原理.jpg

　　一个能够发光的光源，一个能够反射光线的被摄物体，一台能够感光的相机，这就组成了摄影的三个基本要素。光线从光源发出，照射到被摄物体上，被摄物体再将光线反射到相机中，被相机的感光设备捕捉下来，最后得到照片。3 f% N1 O% W3 whttp://bbs. (濠滨论坛). ~/ @7 X$ ?( }' \
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　　很显然的，要想得到一张理想的照片，最关键地就是控制好进入相机的光线，那么怎样才能够控制好进入相机的光线呢？这问题太小儿科了（你当我是菜鸟？）不就是设定好光圈和快门嘛！是的，没错，光圈和快门，前者控制通光量，后者控制曝光时间。

　　好吧，我们用你说的来做个试验，不过这次我们的试验环境是全黑的，只用闪光灯来照明。本来我是打算让我儿子作为我的试验对象的，不过，你知道的，要让他坐在那里一动不动，可比登珠穆朗玛还要难上那么一点。算了，就请他贡献一个玩具出来吧，毕竟用一个玩具来换半个小时的自由还是值得的。
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　　我把我的Canon 580EX II闪光灯设定到手动1/2输出（这样可以保证每次闪光的亮度是一致的），光圈设定为F8.0，然后分别用1/200、1/100、1/50、1/10秒的快门速度拍摄了下面这四幅照片。

快门速度测试-全黑.jpg

　　怎么样？看出什么差别来了吗？没有？这就对了，确实没有什么差别。但是这很诡异，明明快门已经从1/200降低到1/10了，怎么会没有差异呢？看来光圈+快门的定律有问题了？哈哈，看来发现新的物理定律了！下一年度的诺贝尔物理学奖是不是有希望到手了？拿到奖金之后该怎么花呢？
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　　回来！走神走太远了吧？, k- W: C, j8 O. Phttp://bbs. (濠滨论坛)- o6 b& {; j: g
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　　再来深入研究一下光圈和快门的作用吧。这还用研究？前面不是已经说过了嘛，光圈控制通光量，快门控制曝光时间。是的，这不错，可是快门是怎么来控制曝光时间的呢？

　　很简单，按下相机的时候，快门打开，让相机的感光元件曝露在光线下，当到达设定的快门时间时，再关闭快门，隔绝感光元件与光线。  M" p0 U# H! x' w9 fhttp://bbs. (濠滨论坛)4 M0 X) D5 G. x* {
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　　那么好，回到我们上面的试验，第一张照片，我设定的快门速度是1/200秒，当我按下按钮时，快门打开，同时闪光灯被触发，但是闪光灯的时间只持续了1/2,000秒，在其余的（1/200-1/2000）秒时间里，快门是打开的，但是由于我的拍摄环境是全黑的，因此在这段时间里，相机的感光元件没有受到任何光线的照射（你看，我在一开始就用“拍摄黑夜里的黑猫”来演示过了，你只顾扇人耳光了吧？）；而第二张照片中，我设定的快门速度是1/100秒，由于我并没有修改闪光灯的输出设置，闪光灯仍然以1/2输出，闪光持续时间仍然是1/2,000秒，因此在我按下按钮之后，相机的感光元件在光线下曝露了1/2,000秒，然后在剩余的（1/00-1/2,000）秒时间中，快门并没有关闭，但是感光元件没有收到任何光线的照射。现在明白了吧？后面两张照片应该不用再说明了吧？0 U. e* A+ M" {- ahttp://bbs. (濠滨论坛)8 U$ [6 C0 k- t/ }' t

　　所以，我们应当把“曝光”这两个字拆分开来，一个是“曝”，一个是“光”。设定快门速度只是控制了“曝”，而闪光灯则控制了“光”，两者的“交集”才是相机感光元件“曝光”的时间。

　　说了这么多，是不是有点晕？没关系，你只要记住：
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　　在全黑的环境下，曝光跟快门速度无关！

　　（要是等会我再告诉你，上面这句话是错误的，我估计你一定要发疯吧？别急，你就先记着这句话吧，它是错的，但是在绝大多数情况下，它是对的，因此它是有用的。）
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　　那么好了，既然快门速度跟曝光无关，那我们需要调整曝光的时候该怎么办呢？) m7 g6 y& y5 g. i; h) [http://bbs. (濠滨论坛)1 r9 u6 z6 X- F) a( i

　　——调整光圈！1 v  m( {5 u7 ^& thttp://bbs. (濠滨论坛); q5 @: o0 C( A+ ]
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　　Great！回答正确！好吧，来试试看：7 @+ w% L0 L9 n8 Ehttp://bbs. (濠滨论坛)* X6 q4 {/ Z0 E+ [
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光圈测试-全黑.jpg

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　　这次我还是将闪光灯输出手动设定在1/2上，仍然在全黑的环境里进行拍摄，并且保持快门速度为1/200秒，我分别用F11、F8、F5.6、F4.0拍摄了四张照片。结果很明显，F11下明显欠曝，而F4下又明显过曝，F8和F5.6下的可以接受——光圈定律有效。) C7 n5 c( t& _( rhttp://bbs. (濠滨论坛). F* a$ X/ t4 N. c: `
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　　那好，我们现在可以总结一下了：
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　　在全黑的环境下，曝光跟快门速度无关，而跟光圈有关！
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　　OK！注意到我前面的那句话了吗？我又一次特别注明了“全黑”环境，难道只是因为我是非常乐于而且擅长拍摄黑夜里的黑猫的原因？我们还是来看看如果是有光的环境下，会是什么结果吧。+ C' |* H9 ]5 Ohttp://bbs. (濠滨论坛)+ j. f7 V9 I. J
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　　这次拍摄时我打开了室内的投影机，让它投射WaltDisney的图像到背景上，为了更好地反映最终的效果，我将相机的ISO设定为800，并且选用了F5.6的光圈，闪光灯依然是1/2输出。3 c# `" X( Z  m0 ^/ Hhttp://bbs. (濠滨论坛)! T) i* O6 m' _  q
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快门速度测试-非全黑.jpg

　　我分别采用1/100、1/50、1/20、1/10秒的快门速度，拍摄了4张照片。怎么样？照片有了很明显的变化。是不是跟你在自然光下拍摄的照片变化一样了？) x5 u/ Q( L3 `http://bbs. (濠滨论坛)* ?: o1 I5 G- |
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　　是的，一样了。  h$ X: F# k; p: p7 Lhttp://bbs. (濠滨论坛)* Y3 {) M4 T. J1 F
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　　真的？再仔细看看。' I9 _. V+ |2 ~6 V8 p1 ^http://bbs. (濠滨论坛)3 B: O5 G" s8 Z( \

　　四张照片变化非常明显，但是——仔细观察你会发现，变化明显的实际上只是背景部分，由暗到明变化很大，但是主体变化并不大，虽然快门速度在变化，但是第一张并没有欠曝，第四张也没有过曝。( W/ B( k! I, H; J5 hhttp://bbs. (濠滨论坛); Y9 `) i% m& V

　　为什么呢？因为主体主要是受到瞬间光源——闪光灯的照射，快门速度对它没有影响，而背景则没有受到闪光灯的照射，它接受到的是持续光源——投影机光的照射，快门速度对它是有影响的。5 m  U, y, _1 Mhttp://bbs. (濠滨论坛)- I3 C2 V6 I, f6 ?
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　　有兴趣的朋友不妨在拍摄夜景人像的时候尝试一下这个试验，你会发现这样一个规律：
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　　光圈决定主体，快门决定背景。2 V9 w' g( [& e  s& _http://bbs. (濠滨论坛). q+ m4 a! \# d1 k" _
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　　可是问题又来了，既然主体的曝光由光圈来控制，那在拍摄的时候，为了正确曝光，光圈就被限定死了，不是就无法利用光圈来改变景深了吗？正如前面所说的，在拍摄一幅夜景人像时，如果为了主体正确曝光，测试出来的光圈是F2.8，但这样一来，远处的背景就不可能清晰地显示出来了。怎么办？0 X4 S: R+ }: i2 mhttp://bbs. (濠滨论坛)0 [( C0 O+ e* k; L  L

　　如果你恰好是夸父或者后羿，很可能你用的闪光灯是太阳做的，那么很遗憾，可能确实没什么好的办法。如果你跟我一样只是使用了电子闪光灯这样的小玩意，那就简单了，我们可以在它身上打主意。7 ]6 W2 o% B( H: ?http://bbs. (濠滨论坛)- S4 s% z$ L5 P" D
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　　记得我在前面多次提到过，把闪光灯手动设定成几分之几输出。这是个什么概念呢？其实这就是指闪光灯的闪光量。把每支闪光灯最大输出设定成1的话，那么减小一半的输出量就是1/2，再减小一半就是1/4，以此类推。
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光输出量测试.jpg

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　　上面这组照片，是我在相同光圈条件下，通过改变闪光灯的输出量之后拍摄的，很显然，主体的曝光也可以通过闪光灯的输出量的调整来改变：闪光灯输出量越大，主体的曝光越充分。: I8 @4 |* N* `$ `http://bbs. (濠滨论坛)& l2 c# a# {2 U# w  C

　　好了，到现在为止，我们又知道了一点，主体的曝光可以通过改变光圈来实现，光圈越大，主体的曝光就越充分；同时，主体的曝光也可以通过改变闪光灯的输出量来实现，输出量越大，主体的曝光就越充分。

　　这话看起来是不是有点熟悉？是的，当初我们在学习光圈和快门的时候，不也是这样说的吗？实际上，你完全可以把光圈和闪光灯输出量的关系看成跟光圈和快门的关系一样。. z. q' N  J. B1 Phttp://bbs. (濠滨论坛)" ]7 Q3 U5 I8 K/ J- x

　　我们知道，在保持同样曝光量的情况下，我如果需要把光圈缩小一档，只需要把快门速度放慢一倍就可以了，现在也一样，如果需要把光圈缩小一档，只需要把闪光灯输出量放大一倍就可以了。

　　实际运用中，除了一些高端闪光灯有微调之外，很多中、低端闪光灯输出量的调整通常是几何级数的调整（1、1/2、1/4、1/8……），但是有时候，我们会碰到这样的情况，当我们设定1/2输出的时候，显得太亮，而设定到1/4输出的时候，又显得太暗。怎么办呢？

　　你还记得有人说过他的相机是“对焦基本靠瞅、虚化基本靠抖、变焦基本靠走，防抖基本靠手”吧？咱们活学活用，再加上一条：“调光基本靠凑”。中国有句俗话，“距离产生美”，通过改变闪光灯和主体之间的距离，一样可以达到影响曝光的作用。
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闪灯距离测试.jpg

　　上面四张照片，是在光圈相同，闪光输出量相同的情况下，通过移动闪光灯的位置，来改变主体的曝光。曝光充分的，是闪光灯“凑”得近，反之，是闪光灯离得远。% S; L% l% G- `1 ]http://bbs. (濠滨论坛). v/ p* C |5 H

　　OK！现在我们基本上知道了闪光灯是怎么工作的，也知道了在闪光摄影中如何调整主体的曝光。现在我们来说最后一个问题。* |# ]0 D7 k: D9 L7 g4 thttp://bbs. (濠滨论坛)1 O( U4 V5 a8 g8 T
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　　记得我前面在讲那句“在全黑环境下，曝光跟快门无关”的时候说过，这句话其实是错的。究竟错在哪里呢？! l7 B6 d2 G6 S& Y. Thttp://bbs. (濠滨论坛)/ }/ F% `) o3 [7 B" Y

　　我们再来做一组试验。为了更好地展示效果，这次我没有使用儿子的玩具，而是拿一支手电筒作为道具。
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　　我将闪光灯手动设置好输出量，光圈设定为F11，然后分别用1/200、1/250、1/320、1/400四个快门速度拍摄了四张照片：/ R, n! n; G4 Zhttp://bbs. (濠滨论坛)3 ^% g% v; g/ n: m

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最高同步速度测试.jpg

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　　结果出来了，第一张照片1/200秒和第二张照片的1/250秒几乎没有区别，重新印证了之前我们说过的理论，但是第三张1/320秒的照片在下边缘出现了一道黑条，第四张1/400秒的照片则超过1/3的部分变成了黑色。6 |) S7 I5 U, F* \http://bbs. (濠滨论坛)/ S/ H7 p* w: W$ c' v
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　　为什么这样？不是说曝光跟快门速度无关的吗？$ O, v+ ^# @' H* }& y# dhttp://bbs. (濠滨论坛)5 Q% a2 L: I1 p) Q
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　　看来，我们又需要对相机的快门做进一步的研究了。传统的胶片相机和大部分单反相机，使用的是机械式快门（DC和少部分单反则使用了电子快门），机械式快门一般有“镜间快门”和“焦平面快门”两种。

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镜间快门.jpg

　　镜间快门是指安装在镜头当中的快门，由一系列薄钢叶片组成，快门释放按钮触发一根弹簧使叶片在曝光期间开启，然后闭合。这种类型的快门又叫做叶片快门，主要应用在轻便相机和部分120镜头上。这种快门最大的缺陷在于叶片全部开启到闭合需要一段时间，因此限制了最高快门速度，另外由于快门是安装在镜头里面，因此对于需要更换镜头的相机来说，必须每个镜头中都增加快门了成本。1 N8 H6 s6 Z8 i6 ?. Ohttp://bbs. (濠滨论坛). D; x9 K8 E2 U4 E

　　而在单反相机上，更多的使用的是焦平面快门，焦平面快门是装在相机机身里，与相机感光元件相平行。; `' E+ z# ]5 Ohttp://bbs. (濠滨论坛)1 C) U4 l, J! E# c9 h$ s
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　　焦平面快门的工作原理有点像一对卷轴式的窗帘。在相机快门未打开的时候，前帘遮挡住感光元件。在低速快门的模式下，当按下快门按钮之后，前帘开始向下移动，自然光线开始进入，一直到前帘运行到底部，快门完全打开，如果闪光灯设置成“前帘同步”，此时闪光灯开始闪光，闪光完成后，快门仍然保持打开模式，直到达到设定的曝光时间后，后帘才开始向下移动遮挡光线。如果闪光灯设置成“后帘同步”，则闪光灯是在后帘开始遮挡光线前进行闪光（关于前帘同步、后帘同步的区别以后再做说明）。' f4 Y+ u5 t' zhttp://bbs. (濠滨论坛)3 q1 I0 M! `0 E L

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闪光同步示意图.jpg

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　　前帘移动到底部，让快门完全打开，这样的一个机械运动是需要时间的，一般高档数码相机可以将这个速度提升到1/250秒或者更高一点，普通相机速度大约在1/125秒或1/180秒，有的甚至只有1/60秒。而这个速度，对于闪光摄影来说，就叫做“最高同步速度”。) ~& z7 o3 v% y. rhttp://bbs. (濠滨论坛)# ^8 |' C; B7 S$ B
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　　但是这样的快门速度显然不能够满足摄影的需要，我们应该都有过经验，在正午强烈的阳光下，快门速度有时候需要设定成1/2000秒甚至更高。为了突破快门机械速度的限制，相机采用了一项技术，就是当前帘开始向下移动之后，不等它到达底部，快门完全打开，后帘就开始向下移动。这样一来，前帘打开到后帘遮盖之间的运动距离缩短了，只需要一个缝隙，你需要更高的快门速度，只需要调整前后帘之间的间隙就行了，这样一来，最高快门速度甚至可以达到1/8000秒。
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　　但是，我们要知道这样的快门启闭方式，将使得感光元件不是整体暴露在光线下，而是自上而下渐次曝露在光线下。每一个感光小单元曝光时间是很短，但完成全部的曝光，总共需要的时间依然最短是前帘运行到底部的时间。, d, e. T# j& T) Ahttp://bbs. (濠滨论坛)0 @2 y5 S$ a% a
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　　这在持续光源的情况下，这是没有任何问题的，但是在配合使用闪光灯时，就出现问题了。前面我们提到，闪光灯是瞬间光源，发光的时间只有1/1000秒甚至更短，因此在高速快门的情况下，无论在哪一个时点进行瞬间闪光，都存在感应器被帘幕遮挡的部分无法被闪光照亮的情况，最终在照片上就会留下黑条。因此，闪光摄影必须要有一个瞬间，快门是完全打开的，相机快门完全打开所需要的最短时间，就是所谓的“最高同步速度”。/ B6 \, ^( A  o' R& yhttp://bbs. (濠滨论坛)0 H# `8 D0 f  W1 s& N

　　上面我进行试验的时候，使用的相机是Canon 1D Mark IV，这个相机的最高同步速度是1/250秒，因此第一张照片、第二张照片都在最高同步速度之内，相机快门能够完全打开，因此曝光正常。但是第三张照片1/320秒的快门速度已经超过了最高同步速度，当闪光灯闪光的瞬间，前帘尚未移动到底部，因此在照片底部就留下了一条窄窄的黑条。而第四张照片，由于1/400秒的快门速度更高，闪光的瞬间，前帘大概才移动到2/3的位置，因此照片上留下了更大面积的黑条。
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　　因此，在使用闪光摄影的时候，切记，快门速度一定不要超过“最高同步速度”。

　　你要是非要超过“最高同步速度”怎么办？当然，也是有办法的，只是需要你付出更高的代价。

　　现在一些高端的闪光灯具备了“高速频闪”的功能，你前后帘不是可以同时移动，只露出一个缝隙来感光吗？那你每露出一个缝隙的时间，我就闪一次光，最终全部感光元件也会全部受到闪光的照射了。- S  [1 b6 [5 }4 H! Xhttp://bbs. (濠滨论坛)* D+ ~0 _, k0 S0 }

　　不过这种高速同步在闪光摄影中使用得比较少，就不具体研究啦。另外，有一些中低端相机以及DC使用的电子快门，反而会不受最高同步速度的影响，而带TTL的闪光灯在直接连接在热靴上的时候，由于相机与闪光灯的“对话”，会让你无论设定的快门速度是多少，在拍摄时候都自动降低到“最高同步速度”，也会对曝光造成影响。我在一次外拍户外车展的车模时，由于当时户外光线强烈，而我为了虚化背景，又使用了大光圈，这样快门速度就在1/500秒，由于模特所处的位置稍微有点逆光，我就打算用闪光灯进行补光。结果拍下来的照片严重过曝，当时我百思不得其解，就算是我超过了最高同步速度，闪光补光也应该是补得不充分，照片偏暗才对啊，为何会过曝呢？后来才了解到，由于我使用的是TTL闪光灯，虽然我设定的快门速度是1/500秒，但在闪灯打开之后，它会让相机快门速度自动降低到1/250秒，这样当然会过曝了。
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　　OK！关于闪光灯的基本原理就先说到这里。下次我会针对光的特性以及跟闪光灯的配合使用，再做进一步的研究。' o0 K& p6 C, I4 Hhttp://bbs. (濠滨论坛)) }; `  x2 Z! W; H
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　　【12月3日补充】
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　　昨天晚上受Bottle的诱惑，喝了一杯他推荐了很久的咖啡，结果整晚睡不着觉，又不好起来开电脑上网，那样会影响老婆、儿子休息，只好躺在床上“胡思乱想”。想到这篇帖子，总觉得最后关于闪光灯与相机同步的问题，没有说清楚，估计看的人十有八九会一头雾水，琢磨着怎么才能够有更好的方法，最终决定还是画几张更为直观的动画图片吧。8 ?9 k; ]" `1 U* \http://bbs. (濠滨论坛)+ r" {' O0 y$ V! e# y

快门-低速.gif

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　　上面这张图就是低速快门模式的运动示意图，按下快门按钮之后，前帘向下移动，一直移动到最底部，让快门全部打开，并保持打开的状态，知道设定的快门时间到达后，后帘再向下移动，遮盖住快门。

快门-高速.gif

　　上面这张图则是高速快门模式下，前帘向下移动一段距离后，并没有到达底部，后帘就跟着移动，因而快门始终只有前、后帘之间的空隙是打开的。因此，闪光灯在任何一个时点闪光，都不可能照亮整个感光元件。& f Q6 Y. h ~7 rhttp://bbs. (濠滨论坛)7 m S4 W6 t0 [

快门-低速前帘.gif

　　上图是低速模式下，闪光灯前帘同步闪光的作业示意图，在前帘移动到底部，快门完全打开的一瞬间，闪光灯触发闪光，随后快门继续保持打开状态，直到设定的快门时间到达，后帘开始向下移动遮盖快门。

快门-低速后帘.gif

　　上图是低速模式下后帘同步的作业示意图，前帘移动到底部，快门完全打开后，保持开启状态，直到设定的快门时间即将到达，闪光灯被触发闪光，闪光完成后，后帘就开始向下移动。
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快门-高速频闪.gif

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　　上图是高速模式下，使用具有高速频闪功能的闪光灯闪光的作业示意图，在前后帘移动的过程中，闪光灯会在每个前后帘的间隙时触发闪光，通过多次的闪光配合前后帘的移动，最终使得感光元件自上而下，逐步曝光，最终整体完成感光。（这张图片由于受到论坛上传文件大小的限制，质量不是很高，希望大家能够看的明白）8 Z" E2 m9 K6 n6 xhttp://bbs. (濠滨论坛)+ Z) Y+ b2 L9 q \3 L

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