數碼攝影的充分曝光與影像銳化

　　數碼相機充分曝光的必要性
　　學過傳統測光理論的攝影者都知道，測光表最重要的測光還原標準，是把所測光的明度區域還原成18%中灰密度，不管是白是黑，只要測光表對這個部位測光，所取得曝光值都會把它們在底片上還原成1.0密度的中灰度。為了獲得正確的測光值，人們發明了18%中灰板，以反射現場光線的中間亮度值。只要把18%中灰板放置在現場，對著18%中灰板測光，就可以取得相當精確的曝光值。這種測光方式沿用了幾十年，它的好處是，對中間值測光，可以有效涵蓋亮部和暗部層次。在拍攝反轉片的人群中，“寧欠勿過”的測光方式曾一度盛行，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”的照片都要經過調整才能達到正常。每張照片都調整，工作量太大，十分麻煩。到了數碼時代，人們仍然沿用這種測光方式?！皩幥肺疬^”可以使數碼相機獲得安全的曝光，但絕對不是最佳曝光。在數碼攝影中欠曝光，會喪失數碼暗部層次豐富的優勢，使數碼影像暗部缺少更多本來應有的層次，這些層次是膠片所缺少的，按照膠片的曝光理論對待數碼影像，顯然是用老辦法對付新問題，簡單說，對于數碼影像的采集是吃虧的。
　　數碼影像中一個不容忽視的問題是噪點控制。數碼的噪點看上去與膠片的顆粒類似，其實，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?？刂频煤?，顆粒會不太突出；控制不好，顆粒會十分突出。無論怎么控制，都不會完全消除顆粒。顆粒會影響照片的層次表現，甚至還會影響照片的分辨率。數碼影像沒有先天顆粒存在，因此它細膩平滑，過渡自然。但是，由于數碼電路的制造、排列、內部增益、傳輸、高溫損害以及后期制作中強行拉大反差和提高亮度，特別是對于曝光不足的影像大幅提亮暗部或恣意提高飽和度，會使本來平滑的層次中產生噪點和本來不存在的偽色噪點。嚴重的數碼噪點有時會比膠片顆粒還可怕，會毀掉一幅好照片。因此，控制噪點是數碼影像中非常重要的一個環節，從前期拍攝開始到后期制作的全過程都要特別留意。能否控制好數碼噪點，是檢驗數碼攝影能力的試金石。
　　控制數碼噪點應該從曝光做起，充足曝光是降低噪點的根本前提。如果曝光不足，必然要提亮暗部，也就不可避免地會產生噪點。到了這一步，可謂回天無力，因此，數碼必須充足曝光，這樣就不需要大幅提亮暗部，也就不會產生噪點。
　　圖1中“亮度”是灰階RGB的平均值?！肮獗取笔敲肯嗖?級EV值所對應的級差，按照中灰值測光和曝光，膠片和數碼相機都可以輕松記錄5?7級光比而無需后期再去調整。但是請注意，必須按中灰值曝光。在測光時，能否找到并確定中灰區域，使用正確的測光方式就成為關鍵。數碼單反相機的寬容度不少于十級，而絕大多數畫面反差的主要層次都在7級光比之內（不排除有極個別小畫面的極白和極黑）。這些小面積的結構不對畫面主體產生根本性的影響。
　　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。而數碼曝光應當按照中灰偏右的位置曝光，也就是在中灰的基礎上稍稍增加曝光。增加多少要看高光有無溢出，查驗高光數據不能超過RGB 250，最好在 RGB 241?245之間。只要不超過上述數據，增加的量大一些也無妨。
　　我們再利用這張圖，順便看看曝光不足是怎么回事。在曝光時，如果選擇了淺灰區作為曝光基點，就可能錯把淺灰區當成中灰區，也就是減少了曝光，造成曝光失誤。曝光偏重于高光，此時暗部曝光不足，原片上缺少層次。這種照片必須經過后期調整以再現暗部層次，而大幅提亮暗部又會產生暗部噪點。
　　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證曝光，我把它轉成黑白照片，黑白照片能把彩色的RGB數據換算成簡單的RGB值，對曝光查驗一目了然。圖中，白云的亮度為RGB 245，羊群最黑的部位RGB 6，遠景中灰的區域為RGB 128。僅從數據指標看，這是最佳的曝光，也是數據合理的最佳照片。如果高于這些數據，則是曝光過度，低于這些數據，就是曝光不足。
　　我們再看圖3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；遠景的山巒層次漸遠，表現出優美的色彩透視。
　　圖4是圖3的局部放大。通過查驗暗部的噪點可以看到：曝光正確的照片，亮部沒有噪點，暗部也基本看不到噪點，畫面平滑，影像質量很高。
　　作為試驗，圖5這張照片有意減少了一級曝光，使曝光不足。畫面沒有圖4通透明麗。顯得影調發悶，因此必須提亮。
　　圖6是圖5的局部放大，查驗暗部的噪點可以看到，曝光不足的照片由于必須提亮暗部，迫使暗部產生噪點。與圖4的相同局部相比，出現了高光噪點和偽色噪點，雖然還不太嚴重，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，噪點會相當突出。
　　
　　數碼相機成像的原理與應對
　　數碼相機拍攝的原片焦點松軟，不銳利的現象甚至讓有的人認為數碼相機普遍存在跑焦問題。其實，這些都不是空穴來風，數碼確實存在焦點不實的可能性，這與數碼相機的摩爾條紋和采用模糊計算的成像機理有關。模糊的原因由以下三個原因造成。
　　第一，數碼成像的結構特征。數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，使光線轉變為電流，以電流大小記錄影像明暗，與濾光鏡配合，承載RGB色彩和影調，最終以像素組合的形式完成影像再現。電磁波（可見光線是其中的一部分）是多波長復合體，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，會形成輕度的焦外繞射，對成像不利。因此需要將有害光濾除。在傳統膠片上，乳劑涂層常常達到十多層，其中部分層就承擔過濾有害光的作用。數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，也是蒙在數碼成像元件“眼睛”上的“太陽鏡”。況且是三片（有的相機是一片或兩片），對影像的清晰度一定會帶來不良影響。
　　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奏，以防止與感光元件的整齊排列節奏干涉而出現摩爾條紋。改變空間頻率的低通濾鏡對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，由一個紅、一個藍、兩個綠，共四個感光元件組合而成的感光單元排列組成了CMOS面板。一個多么整齊的陣列！如果是閱兵，這堪稱標兵陣營；但是若用來照相，它橫平豎直的節律會造成很大的麻煩。整齊排列就會形成節奏，這個相機的節奏如果與照片中的某種節奏相遇，就可能產生類似牛頓環的干涉，出現摩爾條紋。
　　第二，造成數碼成像焦點不實的另一個原因是摩爾條紋。
　　如圖8，新建一個文件，在“圖層0”以2毫米的寬度（8個像素）制作純黑白豎條線時，先制作幾條，然后復制到全畫面，再放大至600%，復制“圖層0”為“圖層0副本”，這兩個圖層的條紋節奏現在完全一樣?？瓷先ス澴圊r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域畫一個選區，用“變形”命令拉寬少許，改變這個區域的條紋節奏。把“填充”改為50%透明度，執行變形命令。經過變形，選區內的黑白條紋上下層之間出現節奏錯開的差拍，出現了有節律的摩爾條紋。
　　
　　上面演示的是完全垂直的成縱列黑白條紋中發生的摩爾條紋現象，在現實攝影中，幾乎不可能遇到與相機感光元件排列完全平行的拍攝節奏。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垂直或平行。于是，影像的節律與相機節律會發生彎曲干涉。這種干涉是致命的，因為發生的摩爾條紋會形成影紋和大片色彩斑紋，嚴重破壞影像。
　　圖9我們仍然用前面做過的選區來演示。這一次不僅是拉寬節奏，還要“變形”。(對選區用快捷鍵Ctul+t，再單擊右鍵，選擇“變形”)，為了模擬攝影實況，把“圖層0”副本填充綠色，把“圖層0”填充紅色。在這個區域里隨意拖拉幾下，使垂直打亂，出現節律彎曲。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繞出現，這是最接近真實攝影的情況。
　　數碼相機如果不能夠解決摩爾條紋的問題，則根本不能照相，這是數碼必須面對的大難題，我們看看數碼的發明者怎么解決這個難題。
　　第三，造成數碼成像角度不實的最后一個原因是模糊計算。解決摩爾條紋有下列7種方法，這些方法也會造成影像不實，我們一一分析它們的利與弊。
　　1、使用模糊成像的鏡頭——只會模糊影像，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展后，可以解決感光元件極小化和無序電路排線，才有望實現，目前恐怕連想都不敢想。
　　4、使用低通濾鏡——改善影像節律反差，現在已經應用在數碼相機上了。
　　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生的幾率和程度，這一點在全畫幅數碼相機上已經實現。
　　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奏邊緣反差的計算方法——在數碼相機處理器寫入模糊程序，有效降低影像節奏與相機節奏發生干涉條紋的機會。
　　上面7種方式中，最簡單、最有效的是第7種方法。效果最好，但是帶來了影像模糊、焦點不實的副作用。這就是數碼影像焦點不實最重要的原因。
　　讓我們再仔細看看數碼影像是怎樣運用“模糊”這一智慧解決摩爾條紋的。
　　如圖10，對圖層執行高斯模糊，數值5.0，摩爾條紋完全消除，上層與下層完全融合在一起，呈現均勻的灰色混合效果。當然，數碼影像使用模糊來消除摩爾條紋的過程沒有這么簡單，但原理是一樣的，我們確實看到了模糊的作用和威力，數碼軟肋——摩爾條紋的堡壘，終于被攻破了。
　　綜上所述，影像不夠銳利是數碼影像的特征所致。為了修正和補救這種無奈，數碼影像的研究者想出了一個好辦法——銳化。通過后期銳化，某種程度上可以把原始焦點不實的影像變得清晰，解決數碼結構性缺陷帶來的難題，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碼影像的完整技術鏈，相信再不會被模糊的表象所困惑而輕易懷疑數碼照片的畫質了。
　　通過銳化，可以從某種程度上改正數碼原片焦點松軟的通病。
　　傳統攝影年代，攝影人苛求高素質鏡頭，因為好鏡頭可以再現某種細節和某種色調的微小變化。數碼影像除了仍然由鏡頭決定影像素質之外，還多了軟件銳化這一新鮮功能?？梢哉f，一款普通專業鏡頭拍攝的照片銳化后，有時會超過昂貴的專業鏡頭拍攝的不經銳化的膠片或者數碼影像。
　　數碼照片的“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“焦點不實”的照片變得清晰，甚至可以達到纖毫畢現的程度。當然，銳化需要技巧，這些技巧在后面的內容中會詳細介紹?，F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，銳化的實際效果到底如何？
　　圖11這是一張佳能1Ds Mark Ⅲ相機的官方樣片，原片是半身像，這里剪裁成面部特寫來對照，左圖是未經銳化原圖100%放大看，焦點疲軟，右圖是銳化后的效果，讀者只能從印刷的雜志上觀察對比了。
　　先看人物的右眼，銳化前的睫毛、眉毛只有形狀沒有細節。銳化后毛發清晰顯現，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節，瞳孔和虹膜出現主體球感。再看額頭高光區的對比，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，起到了加強質感的效果。接著看看人物左眼和左唇上方，面部顯現出平常距離肉眼不易看到的極細的絨毛，這樣的細節，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。銳化前頭發的發絲是含糊的，銳化后發絲層次分明，有了前后空間感，在焦點中的發絲每一根都非常清晰且互不干擾。與銳化前的頭發相比，差異明顯。
　　圖12該圖為佳能EOS 1Ds Mark Ⅱ相機的官方樣片 ，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，發現焦點有些“疲軟”，清晰度不夠，一般人很可能看了這種廠家認為最好的、作為樣片展示的照片而對數碼失去信心。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比，銳化后的照片的細節是驚人的，一般的觀察都把注意力放在清晰度提高了多少，其實還有其他更多改變。請注意縱觀全畫面，除了銳化，人物的立體感增加了，鼻梁挺了，臉部、下巴、唇部顯示了圓潤的起伏，眼睛出現球體狀。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絨毛，甚至能看到腿上被蚊子叮過細小紅點，銳化后的清晰度讓人滿意。
　　
　　注：本文摘編自劉寬新《數碼影像核心技術》一書。