正确的曝光能够让图片看起来更真实与舒适,而曝光也是影响后续图像处理的第一步也是至关重要的一步。常见控制曝光的的三项参数为曝光时间,感光度(ISO),光圈。而光圈作为控制曝光量的三种常见手段之一,因为在手机上体积受限鲜有人提及,但近些年随着人们认知的提升与技术进步,同时也因为光圈同时影响着景深,有越来越多的旗舰机型做到了主摄可变光圈。这三种手段同时出现在了手机影像系统当中,用于控制曝光与景深。
光圈指的是位于镜头内部由小叶片相互重叠构成的光孔。
首先谈谈EV,它是由光圈和快门速度构建的,对同一块CMOS而言,F5.6+1/125秒所获得的EV值,等同于F2+1/1000秒、F2.8+1/500秒、F4+1/250秒、或F8+1/60秒,即便有诸多特性不同,但获得的照片亮度相同,它的计算公式如下:
光圈越大,镜头进光量越大,光圈越小,进光量越小。所以光圈的大小直接的影响到摄像头的进光量,进而影响摄像头的曝光。
AE(自动曝光)所做的工作便是提供正确的曝光并满足这些需求,减少获取照片或视频时手动设定设备参数的动作,在某些领域如汽车等应用中甚至只能依赖AE来完成曝光。我们在没有AE,手动控制曝光时常听到的“sunny f/16 rule”指的是在阳光充足的情况下,光圈是f/16并且快门速度等于ISO感光度的倒数时,不需要额外的曝光表和摄像头的内部曝光就可以得到相对正确的曝光。以ISO200为例,当光圈为f/16时,快门速度是1/250s才能有正确的曝光。但是并不是快门每档设置都能精确地符合ISO值,所以就要选择与ISO相近的值:
Sunny f/16
ISO 100 ⇒ 1/125s
ISO 200 ⇒ 1/250s
ISO 400 ⇒ 1/500s
ISO 800 ⇒ 1/1000s
ISO 1600 ⇒ 1/2000s
光圈调整
在实际的拍摄中我们不可能一直都使用f/16的光圈去拍摄。为了维持正确的曝光我们需要一定的曝光量,在不同的光圈设置中,光圈和快门速度的选择依然要根据这规律进行选择。到达传感器上的光亮取决于快门速度与光圈。
在视频拍摄当中对可变光圈的要求会更加细致,为了获得稳定的帧画面,避免过短的曝光时间使画面“卡顿”,并同时获得稳定的噪声表现,通常采用固定曝光时间与iso的做法,仅使用光圈来控制曝光。这样就能够使画面拥有稳定的“动态模糊”,在观感上更流畅自然。
例如,如果光圈从f/5.6变成f/4,而快门速度不变,那么就会有双倍的光量到达图像传感器上。然而,更多的光会导致图像过曝。为了避免过曝,快门速度或者ISO要减半。
相同的感光度
| ISO 200 | f/16 | 1/250s |
| ISO 200 | f/11 | 1/500s |
| ISO 200 | f/8 | 1/1000s |
| ISO 200 | f/5.6 | 1/2000s |
如果我们想在不改变快门速度的情况下增大光圈,那么我们可以减少ISO感光度来保证光量不变。光圈的增大是通过一个f-stop改变并且等于感光度减少一半的效果。在一个很好的光照条件下及很快的快门速度,就有可能达到相机的极限。如果ISO和快门速度都不能够充分减少光量,那么就建议使用减光片(ND filter)。
相同的快门速度
| 1/4000s | f/8 | ISO 800 |
| 1/4000s | f/5.6 | ISO 400 |
| 1/4000s | f/4 | ISO 200 |
| 1/4000s | f/2.8 | ISO 100 |
Sunny to cloudy
“sunny f/16 rule”参考的是晴朗的天气条件。然而,这个规则甚至可以适用于天空变的阴暗或者是夜幕降临的情况。应用设置不同的光圈,主要取决于照明条件和阴影细节。
| 阳光下有雪或沙,阴影与锐利的边缘 | f/22 | ISO 100 | 1/125s |
| 阳光明媚,清晰的阴影 | f/16 | ISO 100 | 1/125s |
| 轻微的阴天,阴影与柔软的边缘 | f/11 | ISO 100 | 1/125s |
| 阴天,几乎看不见的阴影 | f/8 | ISO 100 | 1/125s |
| 沉重的阴天,没有阴影 | f/5.6 | ISO 100 | 1/125s |
| 日落,没有阴影 | f/4 | ISO 100 | 1/125s |
根据以上我们可以换算出大致正确的环境光对应所需的曝光参数,但在手机上也有许多其他因素会影响参数的设定,比如我们想尽可能地扩大合焦范围时需要较小的光圈,为了符合算法合成或是减少运动模糊的需求,需要尽可能短的曝光时间,为了获得更好的信噪比,需要较小的ISO。
以上需求就需要一款能够准确控制亮度的测试设备,能够同时针对快门速度进行对比测试来获得最佳的曝光参数。
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