從零開始的攝影教學——相機的底層邏輯是什麼？正確的認識曝光

臨近暑假，想必很多盒友有着“入門攝影”的念頭。爲了幫助大家少走彎路，我打算寫一個系列文章，從最基礎的攝影知識開始，一步步帶你掌握攝影

如果你對器材感興趣或者還沒有相機，可以參考我之前寫的《掏心掏肺》系列文章https://api.xiaoheihe.cn/v3/bbs/app/api/web/share?link_id=6379706d1b13

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相機是如何工作的？

很多人都知道，相機通過鏡頭把光線引導到傳感器上，從而生成圖像。

但今天，我們換個角度——從曝光出發，重新理解相機是如何工作的：

沒什麼意思，只是炫耀一下 ：>

什麼是曝光？爲什麼有檔位？

在攝影中，曝光（Exposure）指的是相機感光元件接收到光線的總量，它直接決定了照片的明暗程度。而對於曝光，不知道你是否經常聽到一個詞，叫‘檔位’（stop），它就是我們形容曝光強弱的單位。

曝光一檔的通俗解釋：

加一檔曝光 = 讓照片變亮一倍

減一檔曝光 = 讓照片變暗一半

所以當你聽到某某相機有14檔動態範圍的時候，“14檔”中的“檔”就是我們前面說的檔位

所以：14 檔 = 相機傳感器從最亮的可記錄信號到最暗的可記錄信號（不被噪聲淹沒），能分辨 2的14次方=16,384 個亮度級別

順帶一提，人眼有大約20檔動態範圍

圖文無關 怕你看的無聊

相機是如何自動曝光的——18度灰

50度灰還有哪些老登知道咳咳……今天不聊這個

18度灰是什麼？你有沒有想過，相機是怎麼知道照片到底有沒有過曝或者欠曝

過曝就是照片太亮了，亮部細節被“亮炸”了，變成一片死白。

欠曝就是照片太暗了，暗部細節被“黑吞”了，變成一片死黑。

在自動化如此發達的今天，這個問題似乎有點蠢，但實際上相機比你想得要蠢得多。它根本不知道你拍的是白雪還是黑貓，也不知道你想讓照片明亮還是昏暗。相機只是機械地把你眼前的畫面當作一塊“18%反光率的灰卡”來處理。

這就是所謂的“18度灰曝光”原理：
無論畫面中是什麼內容，相機默認你要拍的是一塊中等灰的物體，大約能反射 18% 的光線。因此它通過測光，把整張照片的平均亮度壓到這個水平。

這在很多時候是合理的，比如一個光線均勻的街景或者正常光照下的人像。但問題來了：

• 你拍一隻全黑的狗，相機會覺得“哎呀太暗了”，於是自動加曝光，拍出來一隻灰狗。

• 你拍一片白雪，相機會覺得“哎呀太亮了”，於是自動減曝光，結果拍出來灰雪。

這就是爲什麼我們經常需要手動調整曝光補償，以及曝光補償這個按鍵在相機上優先級很高

箭頭指的就是曝光補償的按鍵（轉盤）

光圈與光圈優先——A檔

光圈的值通常被記爲F，值越小代表着光圈越大（是不是有點繞）

我們現在拿一顆鏡頭舉例，50mmF2,那麼這顆鏡頭的有效孔徑直徑就是50/2=25mm

那麼光圈F4呢？很簡單50/4=12.5mm。

所以很明顯，光圈的值越小，鏡頭的有效孔徑直徑就越大，那麼進光量就越多，同時帶來了更淺的景深（也就是更強的虛化）。

強勁虛化口牙——紅翅黑鸝 爲了這張照片快被野蚊子咬死了QAQ

提問：35mmF2的有效孔徑直徑是多少？200mmF4的呢？誰的有效孔徑比較大？

答：35/2=17.5mm 200/4=50mm 雖然35mm的光圈更大但200mm的有效孔徑更大

那麼相機的A檔也就很簡單了，它會允許你自己選擇光圈大小，然後自動調整快門速度與iso配合你達到正常的曝光

快門速度與快門優先——S檔

快門速度不僅僅控制着進光量，它也決定着物體的動態模糊。

你是想讓世界定格在某一瞬間，還是讓它在鏡頭中緩緩流動？

答案，就藏在快門速度的選擇上。當我們說快門是“1/1000 秒”時，意味着快門簾只打開千分之一秒，傳感器只接收了極其短暫的光。這樣的設定適合凝固快速移動的物體，比如飛鳥、水花四濺的瞬間。

前幾天拍的築巢中的雙色樹燕

如果你把快門速度放慢到 1 秒、2 秒甚至 30 秒，傳感器就會像睜着眼睛盯着世界，任何移動中的物體都會在畫面上留下軌跡。

我們計算快門速度也很有意思，想讓畫面亮一檔或者暗一檔，只需要快門速度乘2或者除2即可。比如1/500秒的快門速度，想要曝光＋1，那就1/500×2=1/250秒

那我問你那我問你：已知光圈F2到F2.8是一檔。F2.8到F4是一檔

問：現在快門速度1/500，光圈從F2.8到F4，爲了保持曝光不變，快門速度應該是多少？那F2.8到F2呢？

答：F2.8到F4.曝光少了一檔，爲了增加一檔曝光那麼快門速度應該×2,所以1/500×2=1/250

F2.8到F2多了一檔，快門速度應該÷2，所以1/500÷2=1/1000

你算對了嗎？

愛因斯坦與ISO

提到愛因斯坦你的第一反應是什麼？相對論？

但實際上因爲受時代限制，那個年代的科學家沒法證明相對論，所以愛因斯坦獲得的諾貝爾獎並不是因爲相對論，而是他發現的光電效應，也就是我們現在所使用的相機cmos的理論基礎。

在理想條件下

字醜，別介意

一顆光子進入cmos，被光電效應轉化爲一個電子，被關在一個有容量上限的池子中（電容中），這時候我們測量電容的電壓就可以知道光的強弱了。假設我的池子上限爲100，那當有1個電子在池子裏，池子的讀數爲1%，對應的照片的亮度也爲1%

那我問你：一個光子能轉化成一個電子，現在來了20個光子，池子的讀數爲多少？99個呢？120個呢？

答：20%。99%。100%

我們發現了什麼？120個光子理論上讀數應該是120%，爲什麼會是100%？因爲池子的上限就是100%，多餘的溢出去了！這就是我們說的像素的滿阱容。也是爲什麼過曝的畫面信息就沒了，因爲無論是 200 個光子還是 2000 個光子，最終讀出的都是 100%，畫面就是一樣的白啦。

那ISO呢？

有趣的小知識 ISO 並不是某個技術術語的簡寫，而是源自國際標準化組織的名稱：

ISO = International Organization for Standardization

ISO實際上是個放大器，我們假設ISO100時，一個光子變一個電子。那ISO200時，一個光子就會變成兩個電子，ISO400對應4個，800對應8個。

古爾丹，代價是什麼呢？

在現實環境中我們需要考慮cmos的底噪，當你放大信號的時候，底噪也相對應的放大了，屏幕上就會出現很多噪點。

以防你沒見過噪點，我把機身降噪關了

不僅如此，ISO的提高還會損失動態範圍，其實也很好理解，因爲提高 ISO 實質上是通過增益放大，從而抬高圖像亮度。然而，由於池子存在上限，所以一張圖片中（不再是一個像素了哦）高光部分更容易飽和丟失；同時讀出噪聲也被一同放大，造成低信噪比區域的陰影細節損失，因此導致動態範圍下降。

這也是爲什麼需要雙原生ISO

似乎你應該完全瞭解曝光了

來點難題吧

快門速度1/500 光圈F2.8 ISO 400，現在光圈變成了F2，快門速度是1/2000，那麼ISO應該是多少？

圖文無關，我覺得好看就拍下來了

答：光圈大一檔，快門小了兩檔，所以綜合是小了一檔，ISO應該大一檔來抵消，ISO400 × 2=800，所以ISO應該變爲800

你做對了嗎？

寫在最後

光電轉化那部分的數據都是爲了好計算湊的，要是光子電子能一轉一，全人類都感謝你。

下期打算講講色溫與曝光模式和包圍曝光之類的吧，沒想好，看看大家更想看哪方面內容

最初我是想寫點關於攝影審美以及如何提升，還有各位攝影大師是怎麼拍照創作的，擔心曲高和寡，也就提不起勁。

而入門的文章寫的人也不少了。我就想了想要麼不做要麼做絕，所以這個系列不僅僅會講偏硬核的基礎原理，還會講講各種以實戰爲主的東西

如果你都看到這裏了，不關注投資我一波嗎？

最後的思考題，相同光圈的鏡頭在相同ISO的全畫幅和半畫幅相機上，快門速度是一樣的嗎？