自动曝光原理


自动曝光的原理

曝光是摄影中十分重要的一个环节,它决定了一张图片的明暗,如下图所示,第一张图片太暗,而第三种图片太亮。

曝光由什么来决定

使用过数码相机的人都知道曝光由光圈、曝光时间、ISO三者共同决定,详细的关系就不赘述。

光圈:控制进光量

曝光时间:光到达的时间长度

ISO:增益

但是对于手机以及其他电子产品使用的微型摄像头,光圈大小是固定的,所以手机拍照的曝光由曝光时间和**增益(ISO)**来控制。

什么是自动曝光

数码相机中有一种手动模式,可手动设置光圈、曝光时间、ISO来控制曝光,该模式的使用对摄影师的要求会比较高。另外 数码相机的全自动模式、光圈优先模式、快门优先模式以及手机等电子产品的曝光都属于自动曝光。

自动曝光就是相机代替人的操作,自动调节曝光时间、光圈、ISO进行曝光,使得所摄物体亮度正常。这句话解释起来很简单,但是存在两个难点问题:第一,相机不如人眼这样可以直观的分辨图像明暗,如何判断这幅图像是否亮度合适;第二,如何调整曝光时间、光圈、ISO,这三者调节的比例。

自动曝光的标准

在此之前需要了解物体的亮度与色彩是由物体对光线的反射率来决定的。例如纯黑色的放射率是0,纯白色的反射率是100%,处于中间的灰度的反射率是18%,这就是18%中间灰度。

具有一定反射率的物体在最终的图像中被还原到了其相应的灰度级,这就意味着达到了正确的曝光。例如摄影师们通常在拍摄之前使用中性灰卡测试曝光是否正常。

但是相机在各种场景下无法识别物体的反射率,因此采用了一个简单粗暴而又行之有效的方法,统一将图像整体平均亮度设置为中性灰的亮度。该方法基于**科学家认为自然界的平均反射率是18%**这一理论。当然,这个方法也不是走遍天下都不怕,比如拍摄雪景时需要增加曝光补偿,不然会偏暗,因为雪景的亮度远远大于中性灰度。这也就是摄影中的一句口诀的由来“白增黑减”。

自动曝光算法

上面已经讲了自动曝光的标准,也就确立了曝光目标,要达到这一目标还要自动曝光算法来实现。

目前比较常见的算法有平均亮度法、权重均值法、亮度直方图等。其中最普遍的就是平均亮度法。平均亮度法就是对图像所以像素亮度求平均值,通过不断调整曝光参数最终达到目标亮度。而权重均值法是对图像不同区域设置不同权重来计算图像亮度,例如相机中的各种测光模式的选择就是改变不同区域的权重。亮度直方图法是通过为直方图中峰值分配不同权重来计算图像亮度。

自动曝光实现的过程:

第一步:对当前图像进行亮度统计;

第二步:根据当前图像亮度确定曝光值;

第三步:计算新的曝光参数,曝光时间、光圈、增益;

第四步:将新的曝光参数应用到相机;

第五步:重复步骤一到四,直到亮度满足要求。

曝光参数调整_曝光表

前面留下两个问题:“第一,相机不如人眼这样可以直观的分辨图像明暗,如何判断这幅图像是否亮度合适;第二,如何调整曝光时间、光圈、ISO,这三者调节的比例。” 第一个问题在前面有过解释,第二个问题也就是自动曝光实现步骤的第三步,曝光值由光圈、曝光时间、增益沟通决定,当计算出一个曝光量,曝光三要素有很多种组合方式。一般情况下有曝光曲线,每个曝光量对应一组参数。手机中曝光曲线可以通过Tuning调整。

From: 积极的悲观主义者


文章作者: 夜法之书
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