【球盟会】从零开始的摄影教学——相机的底层逻辑是什么？正确的认识曝光

摘要

临近暑假，想必很多盒友有着“入门摄影”的念头。为了帮助大家少走弯路，我打算写一个系列文章，从最基础的摄影知识开始，一步步带你掌握摄影

球盟会官网报道

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临近暑假，想必很多盒友有着“入门摄影”的念头。为了帮助大家少走弯路，我打算写一个系列文章，从最基础的摄影知识开始，一步步带你掌握摄影

如果你对器材感兴趣或者还没有相机，可以参考我之前写的《掏心掏肺》系列文章https://api.xiaoheihe.cn/v3/bbs/app/api/web/share?link_id=6379706d1b13

别光收藏,给我点个赞吧，球球了QAQ

相机是如何工作的？

很多人都知道，相机通过镜头把光线引导到传感器上，从而生成图像。

但今天，我们换个角度——从曝光出发，重新理解相机是如何工作的：

没什么意思，只是炫耀一下 ：>

什么是曝光？为什么有档位？

在摄影中，曝光（Exposure）指的是相机感光元件接收到光线的总量，它直接决定了照片的明暗程度。而对于曝光，不知道你是否经常听到一个词，叫‘档位’（stop），它就是我们形容曝光强弱的单位。

曝光一档的通俗解释：

加一档曝光 = 让照片变亮一倍

减一档曝光 = 让照片变暗一半

所以当你听到某某相机有14档动态范围的时候，“14档”中的“档”就是我们前面说的档位

所以：14 档 = 相机传感器从最亮的可记录信号到最暗的可记录信号（不被噪声淹没），能分辨 2的14次方=16,384 个亮度级别

顺带一提，人眼有大约20档动态范围

图文无关 怕你看的无聊

相机是如何自动曝光的——18度灰

50度灰还有哪些老登知道咳咳……今天不聊这个

18度灰是什么？你有没有想过，相机是怎么知道照片到底有没有过曝或者欠曝

过曝就是照片太亮了，亮部细节被“亮炸”了，变成一片死白。

欠曝就是照片太暗了，暗部细节被“黑吞”了，变成一片死黑。

在自动化如此发达的今天，这个问题似乎有点蠢，但实际上相机比你想得要蠢得多。它根本不知道你拍的是白雪还是黑猫，也不知道你想让照片明亮还是昏暗。相机只是机械地把你眼前的画面当作一块“18%反光率的灰卡”来处理。

这就是所谓的“18度灰曝光”原理：
无论画面中是什么内容，相机默认你要拍的是一块中等灰的物体，大约能反射 18% 的光线。因此它通过测光，把整张照片的平均亮度压到这个水平。

这在很多时候是合理的，比如一个光线均匀的街景或者正常光照下的人像。但问题来了：

• 你拍一只全黑的狗，相机会觉得“哎呀太暗了”，于是自动加曝光，拍出来一只灰狗。

• 你拍一片白雪，相机会觉得“哎呀太亮了”，于是自动减曝光，结果拍出来灰雪。

这就是为什么我们经常需要手动调整曝光补偿，以及曝光补偿这个按键在相机上优先级很高

箭头指的就是曝光补偿的按键（转盘）

光圈与光圈优先——A档

光圈的值通常被记为F，值越小代表着光圈越大（是不是有点绕）

我们现在拿一颗镜头举例，50mmF2,那么这颗镜头的有效孔径直径就是50/2=25mm

那么光圈F4呢？很简单50/4=12.5mm。

所以很明显，光圈的值越小，镜头的有效孔径直径就越大，那么进光量就越多，同时带来了更浅的景深（也就是更强的虚化）。

强劲虚化口牙——红翅黑鹂 为了这张照片快被野蚊子咬死了QAQ

提问：35mmF2的有效孔径直径是多少？200mmF4的呢？谁的有效孔径比较大？

答：35/2=17.5mm 200/4=50mm 虽然35mm的光圈更大但200mm的有效孔径更大

那么相机的A档也就很简单了，它会允许你自己选择光圈大小，然后自动调整快门速度与iso配合你达到正常的曝光

快门速度与快门优先——S档

快门速度不仅仅控制着进光量，它也决定着物体的动态模糊。

你是想让世界定格在某一瞬间，还是让它在镜头中缓缓流动？

答案，就藏在快门速度的选择上。当我们说快门是“1/1000 秒”时，意味着快门帘只打开千分之一秒，传感器只接收了极其短暂的光。这样的设定适合凝固快速移动的物体，比如飞鸟、水花四溅的瞬间。

前几天拍的筑巢中的双色树燕

如果你把快门速度放慢到 1 秒、2 秒甚至 30 秒，传感器就会像睁着眼睛盯着世界，任何移动中的物体都会在画面上留下轨迹。

我们计算快门速度也很有意思，想让画面亮一档或者暗一档，只需要快门速度乘2或者除2即可。比如1/500秒的快门速度，想要曝光＋1，那就1/500×2=1/250秒

那我问你那我问你：已知光圈F2到F2.8是一档。F2.8到F4是一档

问：现在快门速度1/500，光圈从F2.8到F4，为了保持曝光不变，快门速度应该是多少？那F2.8到F2呢？

答：F2.8到F4.曝光少了一档，为了增加一档曝光那么快门速度应该×2,所以1/500×2=1/250

F2.8到F2多了一档，快门速度应该÷2，所以1/500÷2=1/1000

你算对了吗？

爱因斯坦与ISO

提到爱因斯坦你的第一反应是什么？相对论？

但实际上因为受时代限制，那个年代的科学家没法证明相对论，所以爱因斯坦获得的诺贝尔奖并不是因为相对论，而是他发现的光电效应，也就是我们现在所使用的相机cmos的理论基础。

在理想条件下

字丑，别介意

一颗光子进入cmos，被光电效应转化为一个电子，被关在一个有容量上限的池子中（电容中），这时候我们测量电容的电压就可以知道光的强弱了。假设我的池子上限为100，那当有1个电子在池子里，池子的读数为1%，对应的照片的亮度也为1%

那我问你：一个光子能转化成一个电子，现在来了20个光子，池子的读数为多少？99个呢？120个呢？

答：20%。99%。100%

我们发现了什么？120个光子理论上读数应该是120%，为什么会是100%？因为池子的上限就是100%，多余的溢出去了！这就是我们说的像素的满阱容。也是为什么过曝的画面信息就没了，因为无论是 200 个光子还是 2000 个光子，最终读出的都是 100%，画面就是一样的白啦。

那ISO呢？

有趣的小知识 ISO 并不是某个技术术语的简写，而是源自国际标准化组织的名称：

ISO = International Organization for Standardization

ISO实际上是个放大器，我们假设ISO100时，一个光子变一个电子。那ISO200时，一个光子就会变成两个电子，ISO400对应4个，800对应8个。

古尔丹，代价是什么呢？

在现实环境中我们需要考虑cmos的底噪，当你放大信号的时候，底噪也相对应的放大了，屏幕上就会出现很多噪点。

以防你没见过噪点，我把机身降噪关了

不仅如此，ISO的提高还会损失动态范围，其实也很好理解，因为提高 ISO 实质上是通过增益放大，从而抬高图像亮度。然而，由于池子存在上限，所以一张图片中（不再是一个像素了哦）高光部分更容易饱和丢失；同时读出噪声也被一同放大，造成低信噪比区域的阴影细节损失，因此导致动态范围下降。

这也是为什么需要双原生ISO

似乎你应该完全了解曝光了

来点难题吧

快门速度1/500 光圈F2.8 ISO 400，现在光圈变成了F2，快门速度是1/2000，那么ISO应该是多少？

图文无关，我觉得好看就拍下来了

答：光圈大一档，快门小了两档，所以综合是小了一档，ISO应该大一档来抵消，ISO400 × 2=800，所以ISO应该变为800

你做对了吗？

写在最后

光电转化那部分的数据都是为了好计算凑的，要是光子电子能一转一，全人类都感谢你。

下期打算讲讲色温与曝光模式和包围曝光之类的吧，没想好，看看大家更想看哪方面内容

最初我是想写点关于摄影审美以及如何提升，还有各位摄影大师是怎么拍照创作的，担心曲高和寡，也就提不起劲。

而入门的文章写的人也不少了。我就想了想要么不做要么做绝，所以这个系列不仅仅会讲偏硬核的基础原理，还会讲讲各种以实战为主的东西

如果你都看到这里了，不关注投资我一波吗？

最后的思考题，相同光圈的镜头在相同ISO的全画幅和半画幅相机上，快门速度是一样的吗？