數(shù)碼攝影的充分曝光與影像銳化

　　數(shù)碼相機(jī)充分曝光的必要性
　　學(xué)過傳統(tǒng)測(cè)光理論的攝影者都知道，測(cè)光表最重要的測(cè)光還原標(biāo)準(zhǔn)，是把所測(cè)光的明度區(qū)域還原成18%中灰密度，不管是白是黑，只要測(cè)光表對(duì)這個(gè)部位測(cè)光，所取得曝光值都會(huì)把它們?cè)诘灼线€原成1.0密度的中灰度。為了獲得正確的測(cè)光值，人們發(fā)明了18%中灰板，以反射現(xiàn)場(chǎng)光線的中間亮度值。只要把18%中灰板放置在現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)著18%中灰板測(cè)光，就可以取得相當(dāng)精確的曝光值。這種測(cè)光方式沿用了幾十年，它的好處是，對(duì)中間值測(cè)光，可以有效涵蓋亮部和暗部層次。在拍攝反轉(zhuǎn)片的人群中，“寧欠勿過”的測(cè)光方式曾一度盛行，用減少曝光的辦法，獲得更高的飽和度。
　　一般來說，這種傳統(tǒng)方式注意保留高光層次，較為安全。但問題是，“寧欠勿過”的照片都要經(jīng)過調(diào)整才能達(dá)到正常。每張照片都調(diào)整，工作量太大，十分麻煩。到了數(shù)碼時(shí)代，人們?nèi)匀谎赜眠@種測(cè)光方式?！皩幥肺疬^”可以使數(shù)碼相機(jī)獲得安全的曝光，但絕對(duì)不是最佳曝光。在數(shù)碼攝影中欠曝光，會(huì)喪失數(shù)碼暗部層次豐富的優(yōu)勢(shì)，使數(shù)碼影像暗部缺少更多本來應(yīng)有的層次，這些層次是膠片所缺少的，按照膠片的曝光理論對(duì)待數(shù)碼影像，顯然是用老辦法對(duì)付新問題，簡(jiǎn)單說，對(duì)于數(shù)碼影像的采集是吃虧的。
　　數(shù)碼影像中一個(gè)不容忽視的問題是噪點(diǎn)控制。數(shù)碼的噪點(diǎn)看上去與膠片的顆粒類似，其實(shí)，它們有很大不同。膠片的顆粒是溴化銀在顯影的過程中顆粒集結(jié)造成的，膠片本來就是由感光銀鹽乳劑作為感光主材，顆粒是先天存在的。控制得好，顆粒會(huì)不太突出；控制不好，顆粒會(huì)十分突出。無論怎么控制，都不會(huì)完全消除顆粒。顆粒會(huì)影響照片的層次表現(xiàn)，甚至還會(huì)影響照片的分辨率。數(shù)碼影像沒有先天顆粒存在，因此它細(xì)膩平滑，過渡自然。但是，由于數(shù)碼電路的制造、排列、內(nèi)部增益、傳輸、高溫?fù)p害以及后期制作中強(qiáng)行拉大反差和提高亮度，特別是對(duì)于曝光不足的影像大幅提亮暗部或恣意提高飽和度，會(huì)使本來平滑的層次中產(chǎn)生噪點(diǎn)和本來不存在的偽色噪點(diǎn)。嚴(yán)重的數(shù)碼噪點(diǎn)有時(shí)會(huì)比膠片顆粒還可怕，會(huì)毀掉一幅好照片。因此，控制噪點(diǎn)是數(shù)碼影像中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，從前期拍攝開始到后期制作的全過程都要特別留意。能否控制好數(shù)碼噪點(diǎn)，是檢驗(yàn)數(shù)碼攝影能力的試金石。
　　控制數(shù)碼噪點(diǎn)應(yīng)該從曝光做起，充足曝光是降低噪點(diǎn)的根本前提。如果曝光不足，必然要提亮暗部，也就不可避免地會(huì)產(chǎn)生噪點(diǎn)。到了這一步，可謂回天無力，因此，數(shù)碼必須充足曝光，這樣就不需要大幅提亮暗部，也就不會(huì)產(chǎn)生噪點(diǎn)。
　　圖1中“亮度”是灰階RGB的平均值?！肮獗取笔敲肯嗖?級(jí)EV值所對(duì)應(yīng)的級(jí)差，按照中灰值測(cè)光和曝光，膠片和數(shù)碼相機(jī)都可以輕松記錄5?7級(jí)光比而無需后期再去調(diào)整。但是請(qǐng)注意，必須按中灰值曝光。在測(cè)光時(shí)，能否找到并確定中灰區(qū)域，使用正確的測(cè)光方式就成為關(guān)鍵。數(shù)碼單反相機(jī)的寬容度不少于十級(jí)，而絕大多數(shù)畫面反差的主要層次都在7級(jí)光比之內(nèi)（不排除有極個(gè)別小畫面的極白和極黑）。這些小面積的結(jié)構(gòu)不對(duì)畫面主體產(chǎn)生根本性的影響。
　　膠片的曝光理論是按照中灰值曝光決定的，也就是圖1中128灰階的亮度值。而數(shù)碼曝光應(yīng)當(dāng)按照中灰偏右的位置曝光，也就是在中灰的基礎(chǔ)上稍稍增加曝光。增加多少要看高光有無溢出，查驗(yàn)高光數(shù)據(jù)不能超過RGB 250，最好在 RGB 241?245之間。只要不超過上述數(shù)據(jù)，增加的量大一些也無妨。
　　我們?cè)倮眠@張圖，順便看看曝光不足是怎么回事。在曝光時(shí)，如果選擇了淺灰區(qū)作為曝光基點(diǎn)，就可能錯(cuò)把淺灰區(qū)當(dāng)成中灰區(qū)，也就是減少了曝光，造成曝光失誤。曝光偏重于高光，此時(shí)暗部曝光不足，原片上缺少層次。這種照片必須經(jīng)過后期調(diào)整以再現(xiàn)暗部層次，而大幅提亮暗部又會(huì)產(chǎn)生暗部噪點(diǎn)。
　　圖2是我于初秋在新疆江布拉克拍攝的照片。原圖是彩色照片，為了能夠從明度層次上驗(yàn)證曝光，我把它轉(zhuǎn)成黑白照片，黑白照片能把彩色的RGB數(shù)據(jù)換算成簡(jiǎn)單的RGB值，對(duì)曝光查驗(yàn)一目了然。圖中，白云的亮度為RGB 245，羊群最黑的部位RGB 6，遠(yuǎn)景中灰的區(qū)域?yàn)镽GB 128。僅從數(shù)據(jù)指標(biāo)看，這是最佳的曝光，也是數(shù)據(jù)合理的最佳照片。如果高于這些數(shù)據(jù)，則是曝光過度，低于這些數(shù)據(jù)，就是曝光不足。
　　我們?cè)倏磮D3的原始彩色照片，偏右曝光使畫面的曝光充足，因此畫面通透，色彩明麗。色彩還原的最高境界是色彩透明，不渾濁，這張照片達(dá)到了這樣的要求。從層次上看，近景的羊群厚重沉著，有足夠的力度；遠(yuǎn)景的山巒層次漸遠(yuǎn)，表現(xiàn)出優(yōu)美的色彩透視。
　　圖4是圖3的局部放大。通過查驗(yàn)暗部的噪點(diǎn)可以看到：曝光正確的照片，亮部沒有噪點(diǎn)，暗部也基本看不到噪點(diǎn)，畫面平滑，影像質(zhì)量很高。
　　作為試驗(yàn)，圖5這張照片有意減少了一級(jí)曝光，使曝光不足。畫面沒有圖4通透明麗。顯得影調(diào)發(fā)悶，因此必須提亮。
　　圖6是圖5的局部放大，查驗(yàn)暗部的噪點(diǎn)可以看到，曝光不足的照片由于必須提亮暗部，迫使暗部產(chǎn)生噪點(diǎn)。與圖4的相同局部相比，出現(xiàn)了高光噪點(diǎn)和偽色噪點(diǎn)，雖然還不太嚴(yán)重，但與曝光正確的照片相比差異明顯。如果曝光不足兩擋或更多，噪點(diǎn)會(huì)相當(dāng)突出。
　　
　　數(shù)碼相機(jī)成像的原理與應(yīng)對(duì)
　　數(shù)碼相機(jī)拍攝的原片焦點(diǎn)松軟，不銳利的現(xiàn)象甚至讓有的人認(rèn)為數(shù)碼相機(jī)普遍存在跑焦問題。其實(shí)，這些都不是空穴來風(fēng)，數(shù)碼確實(shí)存在焦點(diǎn)不實(shí)的可能性，這與數(shù)碼相機(jī)的摩爾條紋和采用模糊計(jì)算的成像機(jī)理有關(guān)。模糊的原因由以下三個(gè)原因造成。
　　第一，數(shù)碼成像的結(jié)構(gòu)特征。數(shù)碼成像徹底繞開了膠片感光銀鹽的成像思路，使用電子元件作為感光介質(zhì)，使光線轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鳎噪娏鞔笮∮涗浻跋衩靼?，與濾光鏡配合，承載RGB色彩和影調(diào)，最終以像素組合的形式完成影像再現(xiàn)。電磁波（可見光線是其中的一部分）是多波長(zhǎng)復(fù)合體，在成像中并非所有的電磁波都是有益的，比如紫外線、紅外線等，會(huì)形成輕度的焦外繞射，對(duì)成像不利。因此需要將有害光濾除。在傳統(tǒng)膠片上，乳劑涂層常常達(dá)到十多層，其中部分層就承擔(dān)過濾有害光的作用。數(shù)碼成像的元件不能在感光元件中分層阻隔有害光，而是把濾光層做在感光元件的前端，這就是人們常說的低通濾鏡。
　　低通濾鏡是極薄的鍍膜透明材料制作的，光線通過這些濾鏡后的損失很小。然而，哪怕再薄，也是蒙在數(shù)碼成像元件“眼睛”上的“太陽鏡”。況且是三片（有的相機(jī)是一片或兩片），對(duì)影像的清晰度一定會(huì)帶來不良影響。
　　更重要的是，最貼近感光元件的低通濾鏡還兼有改變空間頻率的作用，其作用就是把整齊節(jié)奏（比如竹籬笆、衣服上的條紋等）的影像反差降低少許，甚至是輕度地打亂節(jié)奏，以防止與感光元件的整齊排列節(jié)奏干涉而出現(xiàn)摩爾條紋。改變空間頻率的低通濾鏡對(duì)成像銳度的影響是顯而易見的。
　　了解摩爾條紋，需要從感光元件的排列說起。
　　如圖7所示，由一個(gè)紅、一個(gè)藍(lán)、兩個(gè)綠，共四個(gè)感光元件組合而成的感光單元排列組成了CMOS面板。一個(gè)多么整齊的陣列！如果是閱兵，這堪稱標(biāo)兵陣營(yíng)；但是若用來照相，它橫平豎直的節(jié)律會(huì)造成很大的麻煩。整齊排列就會(huì)形成節(jié)奏，這個(gè)相機(jī)的節(jié)奏如果與照片中的某種節(jié)奏相遇，就可能產(chǎn)生類似牛頓環(huán)的干涉，出現(xiàn)摩爾條紋。
　　第二，造成數(shù)碼成像焦點(diǎn)不實(shí)的另一個(gè)原因是摩爾條紋。
　　如圖8，新建一個(gè)文件，在“圖層0”以2毫米的寬度（8個(gè)像素）制作純黑白豎條線時(shí)，先制作幾條，然后復(fù)制到全畫面，再放大至600%，復(fù)制“圖層0”為“圖層0副本”，這兩個(gè)圖層的條紋節(jié)奏現(xiàn)在完全一樣。看上去節(jié)奏鮮明齊整，間距一致。下一步， 激活“圖層0”副本，用矩形選框工具在中間區(qū)域畫一個(gè)選區(qū)，用“變形”命令拉寬少許，改變這個(gè)區(qū)域的條紋節(jié)奏。把“填充”改為50%透明度，執(zhí)行變形命令。經(jīng)過變形，選區(qū)內(nèi)的黑白條紋上下層之間出現(xiàn)節(jié)奏錯(cuò)開的差拍，出現(xiàn)了有節(jié)律的摩爾條紋。
　　
　　上面演示的是完全垂直的成縱列黑白條紋中發(fā)生的摩爾條紋現(xiàn)象，在現(xiàn)實(shí)攝影中，幾乎不可能遇到與相機(jī)感光元件排列完全平行的拍攝節(jié)奏。比如衣服紋理或者一片竹籬笆，它們一定存在某種彎曲而不是絕對(duì)垂直或平行。于是，影像的節(jié)律與相機(jī)節(jié)律會(huì)發(fā)生彎曲干涉。這種干涉是致命的，因?yàn)榘l(fā)生的摩爾條紋會(huì)形成影紋和大片色彩斑紋，嚴(yán)重破壞影像。
　　圖9我們?nèi)匀挥们懊孀鲞^的選區(qū)來演示。這一次不僅是拉寬節(jié)奏，還要“變形”。(對(duì)選區(qū)用快捷鍵Ctul+t，再單擊右鍵，選擇“變形”)，為了模擬攝影實(shí)況，把“圖層0”副本填充綠色，把“圖層0”填充紅色。在這個(gè)區(qū)域里隨意拖拉幾下，使垂直打亂，出現(xiàn)節(jié)律彎曲。馬上可以看到，摩爾條紋不再以垂直而是以等高線般的層層環(huán)繞出現(xiàn)，這是最接近真實(shí)攝影的情況。
　　數(shù)碼相機(jī)如果不能夠解決摩爾條紋的問題，則根本不能照相，這是數(shù)碼必須面對(duì)的大難題，我們看看數(shù)碼的發(fā)明者怎么解決這個(gè)難題。
　　第三，造成數(shù)碼成像角度不實(shí)的最后一個(gè)原因是模糊計(jì)算。解決摩爾條紋有下列7種方法，這些方法也會(huì)造成影像不實(shí)，我們一一分析它們的利與弊。
　　1、使用模糊成像的鏡頭——只會(huì)模糊影像，這一條不可能采用。
　　2、使用分辨率成倍提高的鏡頭——這需要鏡頭制造有突破性提升，目前很難做到。
　　3、使用無序排列的感光元件——今后微電子有了極大發(fā)展后，可以解決感光元件極小化和無序電路排線，才有望實(shí)現(xiàn)，目前恐怕連想都不敢想。
　　4、使用低通濾鏡——改善影像節(jié)律反差，現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī)上了。
　　5、采用大面積、高密度像素的CCD（CMOS）面板陣列——加大陣列密度可以減少摩爾條紋發(fā)生的幾率和程度，這一點(diǎn)在全畫幅數(shù)碼相機(jī)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。
　　6、使用軟件消除條紋——已有這樣的軟件，但尚不能完全消除條紋。
　　7、使用模糊影像降低節(jié)奏邊緣反差的計(jì)算方法——在數(shù)碼相機(jī)處理器寫入模糊程序，有效降低影像節(jié)奏與相機(jī)節(jié)奏發(fā)生干涉條紋的機(jī)會(huì)。
　　上面7種方式中，最簡(jiǎn)單、最有效的是第7種方法。效果最好，但是帶來了影像模糊、焦點(diǎn)不實(shí)的副作用。這就是數(shù)碼影像焦點(diǎn)不實(shí)最重要的原因。
　　讓我們?cè)僮屑?xì)看看數(shù)碼影像是怎樣運(yùn)用“模糊”這一智慧解決摩爾條紋的。
　　如圖10，對(duì)圖層執(zhí)行高斯模糊，數(shù)值5.0，摩爾條紋完全消除，上層與下層完全融合在一起，呈現(xiàn)均勻的灰色混合效果。當(dāng)然，數(shù)碼影像使用模糊來消除摩爾條紋的過程沒有這么簡(jiǎn)單，但原理是一樣的，我們確實(shí)看到了模糊的作用和威力，數(shù)碼軟肋——摩爾條紋的堡壘，終于被攻破了。
　　綜上所述，影像不夠銳利是數(shù)碼影像的特征所致。為了修正和補(bǔ)救這種無奈，數(shù)碼影像的研究者想出了一個(gè)好辦法——銳化。通過后期銳化，某種程度上可以把原始焦點(diǎn)不實(shí)的影像變得清晰，解決數(shù)碼結(jié)構(gòu)性缺陷帶來的難題，最終得到清晰的影像。
　　某些影友只看到數(shù)碼影像模糊的一面，就妄下定論。如果深入了解了銳化，也就是全面理解了數(shù)碼影像的完整技術(shù)鏈，相信再不會(huì)被模糊的表象所困惑而輕易懷疑數(shù)碼照片的畫質(zhì)了。
　　通過銳化，可以從某種程度上改正數(shù)碼原片焦點(diǎn)松軟的通病。
　　傳統(tǒng)攝影年代，攝影人苛求高素質(zhì)鏡頭，因?yàn)楹苗R頭可以再現(xiàn)某種細(xì)節(jié)和某種色調(diào)的微小變化。數(shù)碼影像除了仍然由鏡頭決定影像素質(zhì)之外，還多了軟件銳化這一新鮮功能?？梢哉f，一款普通專業(yè)鏡頭拍攝的照片銳化后，有時(shí)會(huì)超過昂貴的專業(yè)鏡頭拍攝的不經(jīng)銳化的膠片或者數(shù)碼影像。
　　數(shù)碼照片的“虛焦”、“疲軟”是人為有意形成的。能夠有意為之，就能有意消之。通過銳化，可以使某些“焦點(diǎn)不實(shí)”的照片變得清晰，甚至可以達(dá)到纖毫畢現(xiàn)的程度。當(dāng)然，銳化需要技巧，這些技巧在后面的內(nèi)容中會(huì)詳細(xì)介紹?，F(xiàn)在我們先樹立一下信心，看看下面的圖片。銳化能做到什么程度，銳化的實(shí)際效果到底如何？
　　圖11這是一張佳能1Ds Mark Ⅲ相機(jī)的官方樣片，原片是半身像，這里剪裁成面部特寫來對(duì)照，左圖是未經(jīng)銳化原圖100%放大看，焦點(diǎn)疲軟，右圖是銳化后的效果，讀者只能從印刷的雜志上觀察對(duì)比了。
　　先看人物的右眼，銳化前的睫毛、眉毛只有形狀沒有細(xì)節(jié)。銳化后毛發(fā)清晰顯現(xiàn)，眉毛顯出每根的走向，特別虹膜和眼白，可以看到附著在眼球上的血管和虹膜細(xì)節(jié)，瞳孔和虹膜出現(xiàn)主體球感。再看額頭高光區(qū)的對(duì)比，銳化后可以看到毛孔。銳化不僅僅是提高了清晰度，還稍微提高了反差，起到了加強(qiáng)質(zhì)感的效果。接著看看人物左眼和左唇上方，面部顯現(xiàn)出平常距離肉眼不易看到的極細(xì)的絨毛，這樣的細(xì)節(jié)，恐怕要用放大鏡直接放到真人的臉上才能看到。
　　最后看看頭發(fā)。銳化前頭發(fā)的發(fā)絲是含糊的，銳化后發(fā)絲層次分明，有了前后空間感，在焦點(diǎn)中的發(fā)絲每一根都非常清晰且互不干擾。與銳化前的頭發(fā)相比，差異明顯。
　　圖12該圖為佳能EOS 1Ds Mark Ⅱ相機(jī)的官方樣片 ，這是在攝影棚中使用佳能“人像王”85毫米F1.2鏡頭以f/11用顯色性極好的閃光燈拍攝的，拍攝技巧無可挑剔。100%放大后，發(fā)現(xiàn)焦點(diǎn)有些“疲軟”，清晰度不夠，一般人很可能看了這種廠家認(rèn)為最好的、作為樣片展示的照片而對(duì)數(shù)碼失去信心。且慢，看看下面銳化之后的效果。
　　圖13該圖顯示了銳化前后的對(duì)比，銳化后的照片的細(xì)節(jié)是驚人的，一般的觀察都把注意力放在清晰度提高了多少，其實(shí)還有其他更多改變。請(qǐng)注意縱觀全畫面，除了銳化，人物的立體感增加了，鼻梁挺了，臉部、下巴、唇部顯示了圓潤(rùn)的起伏，眼睛出現(xiàn)球體狀。這是一張全身像，僅僅剪裁面部一小塊放大，況且人臉處在畫面的邊緣，銳化后可以看到下頜處臉上的細(xì)絨毛，甚至能看到腿上被蚊子叮過細(xì)小紅點(diǎn)，銳化后的清晰度讓人滿意。
　　
　　注：本文摘編自劉寬新《數(shù)碼影像核心技術(shù)》一書。