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向右曝光——完美曝光的必由之路

2015-12-21  啸野的风

向右曝光就是拍摄数码影像时,在避免高光溢出的前提下,让直方图上的像素分布尽量偏向反应高光的右侧。

很多影友认为数码相机的曝光应该宁欠勿过,理由是在电脑上调整照片时,在原始图像的暗部可以调整出丰富的层次,而在原始图像的亮部则很难通过调整增加新的层次,所以有影友为保险起见,就把曝光补偿固定为欠半档或1/3档。这样做的结果是,每一张照片的直方图像素分布都偏向于左侧暗部,右侧亮部经常出现空白。这一做法并没有错误,就像在时速限制80120公里的高速公路上永远只跑每小时80公里,虽然既浪费了路的资源又浪费了车的资源,但是确保了安全,对摄影来说可以可靠地获得基本合格可用的影像。而向右曝光就好比在车况和路况良好的前提下,尽量使用时速限制的上限,既保证安全又提高效率,对摄影来说就是有效地获取高质量的影像。

下面结合我拍摄实践的体会讲一下向右曝光的原理与应用特点。


1.
直方图反映非线性动态范围

向右曝光的理论基础,在于数码相机直方图的像素分布特性。相机直方图一般都分为五个区域,从右至左依次为:最亮、较亮、中等、较暗、最暗。人的眼睛对于明暗的感应不是线性的,亮度值增加一倍,人的感受并不是增加一倍,而是类似于照相机光圈值的变化,下一级光圈大小是上一级的1/2。直方图的五个区域,也正好大约对应5级光圈,基本符合数码相机的曝光宽容度。

所以,在直方图上,从最亮到最暗的5个区域,像素并不是平均分布的。以12RAW文件为例,212次方等于4096,就是它可以将亮度记录为4096级。直方图被划分为5个区域,但4096 级亮度并不是按着4096/5=850的规律被平均分配给每个区域,而是像光圈值的变化一样,最亮的右起第一区域显示一半的亮度级别,代表了2048级的像素分素;较亮的右起第二区域得到了剩下的2048亮度值的一半即1024级;中等的右起第三区域得到了剩下的1024亮度值的一半即512级,较暗的右起第四区域得到了剩下的512亮度值的一半即256级;最暗的右起第五区域得到了剩下的256亮度值的一半即128级。

数码相机感光元件对光线的感受力本身是线性的,但是因为人的眼睛对光线强弱的感受是非线性的,所以在把像素亮度分布体现在直方图上时,相机以一定的函数关系进行了变换,这个函数关系就体现为Gamma值。正常情况下Gamma值为1.0。经过转换之后,我们看到的直方图像素分布和人眼感受规律是一致的。

2.波形越向右靠,图像质量越高

亮度值的直方图分布表明,在直方图上,同样占满一个区域的波形,如果其位于右端的最亮区域,那么它就记录了2048级亮度值,如果其位于左端的最暗区域,那么它就仅记录了128级亮度值。在拍摄的时候,如果让波形偏向于直方图的左侧,空出了右端的最亮区域,那么图像就只记录了2048级亮度值,因为右端第一个区域代表了2048级亮度值。如果让波形偏向于直方图的右侧,空出了左端的最暗区域,那么图像还会记录3968级亮度值,因为左端第五个区域只代表了128级亮度值。

上面的道理就说明,同样一段长短的波形,所处的位置不同,其含金量也大为不同。波形偏于右侧,可以记录更多的亮度信息。这也就是波形偏于右侧的图像质量更好的原因。什么叫图像质量好呢?图像质量好就是层次丰富、影调细腻、色彩还原准确。层次丰富和影调细腻肯定取决于亮度值的丰富,这很好理解;而色彩还原准确同样取决于RGB各个色彩通道的亮度值的丰富。所以说,拍摄时正确决定直方图上的波形分布,是获取高质量图像的必由之路。

3.用增加曝光量扩展波形分布

有一些场景本身反差比较小,像素分布波形可能只占直方图上两个或三个区域,而且往往比较靠左,这样拍摄出来的影像就比较暗,后期当然可以用软件把它拉伸占满直方图五个区域,但是我们可以看到新的直方图会出现严重的色调分离,图像也会产生严重的杂色。这是因为把原来较少的亮度级强行拉伸,原来中间没有数据的地方,现在只好硬性填充一个数据,而人为的数据一般来说并不符合客观现实。

面对直方图上较窄且靠左的波形,正确的做法是正曝光补偿。在做曝光补偿的时候观察直方图可以发现,波形的右端随着补偿量的加大向右延伸,而波形的左端基本原地不动,或右移很少,也就是说,波形占据的区域随着正补偿的增加不是原样向右平移,而是在原来的基础上向右扩展,说明它记录了更多级别的亮度值。这个道理也很好解释。比如一开始波形占据左侧三个区域,按12位深度计算的话,其亮度值为0895(即128+256+512),如果曝光补偿+2级(也就是原有数据乘以2再乘以2),那么原来最亮部位的亮度值895×4变为3580,而最暗的部位0×4还是0,所以波形区域就从原来的0895扩展为03580,影像本身记录的层次一下就丰富了3倍(等于原来的4倍)。

也有的时候,正曝光补偿时波形大体上整体右移,但是扩展并不太大,这样的情况也会整体改善图像质量。假定原来占满一个区域的波形位于直方图比较中间的区域,比如亮度值是400500,那么它记录的对象亮度值是100级,如果曝光补偿+3级(即×2×2×2,也就是乘以8),波形区域就从原来的400500扩展为32004000,记录的对象亮度值是800级,影像本身包含的层次一下就丰富了7倍(等于原来的8倍)。这个分析说明,通过正曝光补偿将波形尽量向右端平移,就算波形区域扩展不是很大,图像质量也会大为改善。用一个比喻来说,如果客观条件只允许我们造一根1米长的松紧带拉伸到5米使用,那我们就一定要造一根最好的。次的松紧带拉长后弹性全失,变成了一根软塌塌的绳子,而好的松紧带却依然张弛自如,向右曝光就是制造一根高质量的松紧带。

4.向右曝光和宁欠勿过相辅相成

从直观感受上讲,我们在电脑上用Photoshop打开一张照片,很容易在原来一片漆黑的区域调整出一定的层次,我们在惊喜中感叹,原来还有那么多的细腻影调隐藏在黑暗之中啊,于是我们就认为,数码影像漆黑一片的暗部区域比雪白一片的亮部区域保存有更多的细节,于是我们在曝光的时候就宁欠勿过。

数码影像的直观暗部区域比过曝区域(已经超过直方图最右端)可以保存更多的细节,这个结论非常正确,问题在于,当我们满足于这个结果的时候,我们没有再去进行试验,没有再去发现,如果这一段亮度波形位于直方图上更加偏右的位置(但是没有超过最右端的界限),就会获得影调更为细腻的图像。所以,宁欠勿过是一个保守消极的安全措施。

宁欠勿过的原则并非一无是处,它为获取合格的图像提供了最基本的保障,这是其不可抹煞的功劳。我比较喜欢用比喻来说明问题。这就好比前面提到的高速公路,如果你拿驾照刚半个月,又是夜里走一段从没走过的山路,那我坐在你的车里一定劝你宁肯保持时速在80公里。要特别强调一点,向右曝光的基本限制是在保证高光没有溢出的情况下,这就和高速公路在转弯较急的情况下限制车速一样,超过了一定的速度,离心力会把车甩出公路,所以向右曝光相当于充分利用限速范围,而不能超越限速范围,从这个角度看,宁欠勿过和向右曝光并不是互相否定的关系,而是互为补充、相辅相成的关系。

5.在需要的时候向右曝光

实现向右曝光的基本手段是增加曝光量。不管用什么方法测光,不管用什么曝光模式,比如程序挡、光圈优先或快门优先等,也不管用什么感光度,总之相机上都会反映出一个直方图,是否需要采取向右曝光的措施,就依据直方图来决定。有的数码相机可以实时取景,并且可以在LCD上显示实时直方图,这就为判断是否要调整曝光提供了很大便利;没有实时显示功能的数码单反,就只好拍一张样片看回放来做出决定。

在拍摄时仔细观察直方图就会发现,用评价测光(3D测光)拍摄的多数室外晴朗阳光下场景照片的直方图都会有很好的分布,所以很大一部分室外照片不需要人为地刻意向右曝光。

在拍摄对象比较正常,本身具有比较丰富的色彩和明暗差别,环境光接近于散射光的情况下,直方图上波形分布往往会偏左,这时要特别注意观察直方图,适时采取向右曝光措施。因为这时景物的反差比较小,照相机力求使它们在成像时趋近于18%灰,但是它们本身还有一定的反差,相机还会找到一个点作为黑点,其直方图波形左侧接近于最左端,在正补偿曝光时基本上是左侧不动,右侧向右扩展。这种情况下曝光补偿会取得最好的效果,掌握得当可以使图像的亮度值波形占满整个直方图的五个区域。

如果拍摄的对象本身色彩单一、影调深浅单一,那么无论光线强弱,其在直方图上的波形都会变成前不着村后不着店的窄窄的耸起形状,光线越弱,其波形越窄,在直方图上的位置基本会接近于中间偏左。比较典型的例子就是傍晚拍摄灰色墙壁上的灰色浅砖雕或者汉白玉浅浮雕,在画面里真地找不到一个黑点。这种情况也要增加曝光使直方图上的波形向右偏移,虽然在偏移的时候波形的宽度不会有很大扩展,但是因为波形占据了具有更大色阶(亮度值)空间的右侧,图像质量同样会得到极大改善。

6.不能绝对化地理解向右曝光

在决定是否要通过曝光补偿实现向右曝光的时候,还有一个实际问题就是对直方图的理解和拍摄意图的确认。在多数情况下,我们所追求的正确曝光是指整个拍摄场景从暗部到亮部都在直方图范围之内,而且主体对象也具有恰到好处的曝光。在有些时候,为了主体对象曝光合适,就不得不牺牲一些高光区域或低光区域的表现,最简单的例子就是室外逆光人像,最好的解决方案当然是用灯或反光板给人补光,在不具备补光的条件下,就只好以人脸为依据确定曝光值,那么天空肯定就要高光溢出。所以我们对向右曝光定义的理解一定不能绝对化,一定要因地制宜、因时制宜,结合我们的拍摄意图来实现向右曝光。

在具体拍摄的时候,可以把高光不溢出理解为:需要具有表现力的影像元素不产生高光溢出。这样在实践中就减少了困惑,因为数码相机的曝光宽容度确实远远小于人眼的宽容度,我们所做的只能是让数码相机有限的宽容度最大限度地表现出我们希望表达的东西。有时薄云遮日或是阴霾天气,天空真地既没有色彩也没有层次,如果你的创作主题是天高云淡的颐和园,那你今天根本就不要拍;如果你的拍摄目的是表现佛香阁精巧的木结构特点,那么天空有没有层次、有没有朵朵白云根本不用去考虑。

还有就是拍摄风景、建筑等题材时,我们可以有时间仔细调整曝光量以实现向右曝光,在拍摄新闻和纪实类题材时就只能结合现场实际情况,依据自己平时对常用测光模式的理解采取合理的补偿措施,比如拍摄石灰厂的劳动场面也许应该增加12挡曝光,拍摄露天煤矿也许应该减少12挡曝光。摄影师的经验积累在这时就发挥出了重要作用。

有研究者认为,向右曝光只适合RAW文件,对于JPG格式是不起作用的,理由是RAW采用12位色彩深度,亮度总共分为4096级,而JPG采用8位色彩深度,亮度只有256级,而且RAW直方图反映的是按2N次方分布的原始信息,而JPG直方图反映的是经过转换的信息。就此我进行了专门的试验。

我同时拍摄“RAW+最高质量JPG”图像,然后在电脑上用原厂软件再转换出一个TIFF文件,对比检查这三个图像的直方图,三个直方图虽然在细节上有一些差异,但它们的总体形状和位置是基本相同的。而且我也对直接拍摄的大JPG图像进行了调整试验,得出的结论是:向右曝光一样可以起到改善JPG图像质量的作用,由于JPG文件在转换过程中丢失大量信息,并且亮度级别远少于RAW文件,所以其改善力度小于RAW文件。但是以JPG格式拍摄,采取向右曝光的图像和不采取向右曝光的图像相比,向右曝光依然显示出了强大的改善图像品质的作用。

致谢:本文写作过程中,参阅了高函《数码暗房之道》以及网上多篇相关文章,在此谨向各位作者致以真诚感谢。——本文作者

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