曝光控制中的传统与革新

张宁

4.3胶片和数字摄影机之辨

4.3.1 ISO的“陷阱”

胶片时代感光度是指感光乳剂在特定的曝光条件和显影条件下对光的敏感程度，这个参数是使用摄影器材进行曝光控制的依据。计算黑白负片的感光度时，是以规定的冲洗条件冲洗后的底片达到规定密度所需要的曝光量为准的，彩色负片则要考虑三层乳剂各自的感光能力。每一种胶片都有其基准ISO，通过迫冲或降感，胶卷的ISO可以被升高或降低。降感会降低胶片的反差，同时提高其宽容度；迫冲则会增大反差，同时增加颗粒感。

标清时代的摄像机是没有ISO的，只有灵敏度。不同灵敏度的机型之间的曝光量也从来不用曝光指数EV或光圈档位来换算，改变灵敏度的方法是使用增益（用dB表示）。以CCD和CMOS作为感光单元的摄像机和胶片的曝光显影原理风马牛不相及，两者相安无事平行发展几十年。在实际创作中，标清摄像机一直遵循着将18%的灰板的亮度信号支配在50IRE21单位。由于黄种人皮肤反光率为23%，在没有中灰板和示波器的情况下，往往会把一级斑马纹的电平设定调整到700毫伏视频信号电平幅度的60%-65%，正好是灰板反光率提高5个百分点的IRE位置。摄像机和胶片虽殊途，却同归。

有一点要特别提出，不同的标清摄像机由于灵敏度不同，在把18%中灰的亮度支配到50IRE时，曝光参数也不相同。用测光表测光的方法并不适用于当时的摄像机，测光表主要的作用在于确定场景中合适的光比，创造特定的影调效果。

现在几乎所有的数字摄影机都转向了ISO，因为以感光度、光圈和快门形成的“曝光三角形”在创作中具有无可比拟的可操作性。但数字产品的ISO必须通过其他的方法来确定，具体方法记录在标准《摄影技术.数字静物照相机.曝光指数、ISO感光度标定值、标准输出灵敏度和推荐曝光指数的测定；ISO 12232：2006》中。制造商遵循这些标准来为传感器确定ISO值，也就是现在大家常说的基准ISO或者基础、原生ISO，保证了具有相同灵敏度的传感器和胶片一样对光线具有相同的敏感程度。这是否意味着所有适用于胶片摄影的测光表与曝光控制技术，对数字摄影机同样适用？

以SONY的F55为例：（表1）

以Kodak标准灰卡测光作为曝光基准，分别用S-Log2和REC.709模式分别对灰板进行拍摄，然后再把S-Log2映射到REC.709，实验证明S-Log2的18%曝光点和SONY给出的参数说明相吻合，基准点偏低。（图54、55）

Log模式下，中灰板的输出偏低，而且不同的Log模式比如S-Log和Log-C也是有差异的。再以ARRI Amira为例：（表2）

情况大致相同，只是18%中灰更亮，再向上一档对应的是白种人肤色，也比S-Log2亮。显然ARRI在实际曝光控制时，比S-log2更适用。针对这种情况，SONY研发出了S-Log3系列并作为建议选项。在人们揣测SONY的动机是否是用3系替代2系时，SONY委婉地否认了。为获得更好的暗部对比度S-Log3还在阴影区域降低了趾部。图56是SONY的S-Log2、S-Log3和ARRI Log-C、电影投影机、ACES22特性曲线的比较。

摄影师在用Log进行曝光控制时，要比胶片曝光更加小心。不但要熟悉所使用的Log特性曲线的特点，还必须开拍前试片，确定曝光补偿的数量。

图57中的场景的亮度范围超过了9档，用S-Log2拍摄能很好的照顾到高光和暗部。

拍摄时在人脸的位置标准灰板测光，然后以此为基础以0.3EV为单位上下包围曝光。测试证实如果是以灰板标准测光值F11进行曝光，加载官方的LUT映射后人脸的亮度偏低，后期调整的幅度过大，暗部的密度会被破坏。补偿曝光0.7EV对于这个场景的大光比来说是比较折中的选择，高光细节虽然有所减少，但是仅仅是窗户的最亮部失去了一些层次，而对于台面上F64的位置依然細节丰富，最关键的是人脸的亮度能够提升到理想的状态，而暗部的密度没有崩溃。（图58）

4.3.2 降感和迫冲的数字化应用

对感光度的“称谓”，Canon、Sony和Panasonic使用ISO，而ARRI使用EI。从学术上说，ARRI更准确。胶片时代，摄影机通过更换不同速度的胶片来改变感光度，而数字摄影机并不能随时更换感光单元（CMOS等）来改变感光度，唯一的方法是通过功率放大器放大信号来获得不同的感光度。

EI ： exposure index，即曝光指数的一种变换值。现在业内的许多人望文生义把EI翻译成曝光指数，可谓失之毫厘谬以千里。曝光指数即EV，系根据感光片固有感光度所确定的曝光量，用这个曝光量曝光，再用普通显影可以生成曝光正确的底片。EI值则系根据感光片非固有的感光度所确定的曝光量，必须有某种特殊显影加工才能获得曝光正确的底片。例如ISO400作为EI800曝光，然后加强显影，可使底片效果与ISO800胶片相近。23

所以对于数字摄影机来说，调整ISO的说法是不准确的，容易误导摄影师，导致在创作中对暗部细节或者亮部细节的错误强调。调整ISO，更准确的说是调整EI是数字摄影机对胶片降感和迫冲的数字化应用，它不但改变了感光单元的灵敏度，更关键的是它改变了18%中灰在整个影调中的位置，进而影响到整个影调结构的构成。从图59 SONY官方给出的数据中可以说明这一点。

ARRI的官方数据也说明了18%的位置会改变，但宽容度不变（图60）。ISO或EI的调整和更换不同感光度的胶片存在着巨大相似性，和降感、迫冲获得特殊的影调关系有异曲同工之妙。但现在的摄影师大多把这种调整作为应对照度不足的应急办法。ISO本质上是A/D电路前的放大电路，所以在数字摄影机用Log方式记录时，ISO的设置会影响最终记录下来的数据。应急使用的后果是改变了原有的影调结构，通过后期再调整是无能为力的。

对EI的深度解读同时也说明了前期“试片”工作的重要性，用不同的EI分别拍摄片子中重要的、典型的场景，比如ISO160、200、400、800、1600、3200等等24，后期映射调色后看哪一种EI的反差和色彩质量最好或者最合适，实拍时就采用此EI值。

4.3.3 曝光和光比控制的复杂性

有了以上对ISO和EI的辨析，可以得出结论：18%中灰不再是曝光的基准，但它依然是影调控制的绝对参考。两层意思并不矛盾，下面详细说明。

18%中灰不再是曝光的基准。中灰是否是大自然的平均亮度？这个问题在胶片时期就存在争议，现在的科学研究发现，明暗度平均的场景，实际平均反光率仅为13%，但为了保持技术标准的连贯性，今天的灰卡仍一如以往的做成18%的灰，根据这个结果，柯达公司建议摄影师使用18%灰卡来进行替代性测光时，补偿+0.5EV的曝光量作为正确曝光的参考25。数字摄影时代，面对如此丰富的Log，如果以18%灰板作为测光和曝光的依据，忽略不同伽马的特性和不同的EI条件下中灰的位置，一定会导致曝光的偏差，增加后期DI的工作量和难度，如果偏差较大则会严重影响影像质量。

18%灰依然是影調控制的最佳参考。从标清摄像机的曝光控制可以得到启示：不论灵敏度是F8还是灵敏度为F11的摄像机，在常规的曝光控制上都要把中灰支配在示波器的中部，也就是50IRE的位置。中灰是自然界万物的平均反光率，它的正确还原意味着整个影调的传递和人眼主观感受的完美匹配。数字摄影机中的Log模式按照规范的测光，中灰亮度偏低，但这并不意味着摄影师在创作中机械的把中灰支配到30.3%—34.3%（S-Log2），而是一定按照叙事的要求进行曝光补偿。简单说如果不考虑剧情要求的时间气氛，只是完成正确曝光，那么要确保自己拍摄的素材映射到投放设备的动态范围、色域后，被拍摄对象和中灰板亮度一致的影调能够支配到示波器的中间位置。（图61）

不只是曝光，光比的控制也有了新的要求。标清时代最早的2：1、4：1，高清时代的8：1，到数字摄影机14档的动态范围下使用16：1都不能称作大光比。从技术发展的角度可以说数字摄影机的新发展的确离更准确的还原甚至超越人眼有了革命性的进步，但是从创作控制规范的角度说，仍然有很长的路要走。

4.4数字摄影时代的曝光控制规范

按照数字摄影机的特性，可以参考综合运用以下三种曝光控制的方法：

4.4.1选用对数空间的监视器

如果用广播级的高清监视器，符合Rec.709规范的图像能正确的还原其伽马空间和色域空间。Rec.709是符合传统电视制作流程标准的一种输出格式（色域空间的模式）。Rec.709是the International Telecommunication Unions ITU-R Recommendation BT.709的简称。因为Rec.709是用来显示图像的视频监视器的国际标准，所以用通用的显示器监看Rec.709模式的图像是非常匹配的。另外Rec.709的图像可以被大部分的高清视频后期软件轻易的处理。

用其他色域模式记录的图像则需要选用对数模式的监视器，或者通过中间设备在输出给监视器上的信号加载LUT26，例如Arri Alexa Log-C模式拍摄的图像。（图62和图63）

前期拍摄中数字摄影机往往要应用特殊的曝光对数曲线（Log），像Canon C-Log、Arri Alexa的 Log-C、Sony的S-Log、RED R3D媒体的REDFilmLog设置，都是曝光对数曲线的应用。早期的数字摄像机由于电路系统的宽容度远远低于胶片，记录动态范围细节的能力非常有限，而采用这些对数曲线能弥补数字产品的先天不足，能够最大限度的保护图像中高光和阴影部分的细节。但是不通过LUT映射和后期处理，在普通的监视器上图像的动态范围会被压缩在很窄的范围，图像给人的直接感受是平和灰。所以前期拍摄时监看最好选用对数监视器或者是带Log模式的监视器。

这里需要特别提醒的是，虽然对数监视器能够还原反差和色彩，但这种还原是在监视器内部应用LUT映射的结果。如果场景的反差较大，摄影机拍摄的Log素材即使记录了所有的亮度层次，映射到监视器上仍然有可能丢失高亮和暗部层次，干扰摄影师的判断。另外，由于外部环境亮度变化的影响，监视器里的影像并不能非常准确的反映实际的曝光结果。所以不能以监视器里看到的影像作为在曝光的参看和光孔的设置的绝对依据，还是要结合实际量光、定光来综合处理决定。借助示波器成为精确曝光控制的必然选择。

4.4.2借助示波器合理进行曝光补偿

本章第3部分详细介绍了如何借助示波器定光，换一种方式说，如果想快速“进阶”，最有效的方法是从问对的问题开始。

“如何确定影像已经正确曝光？”

“正确的人脸、皮肤影调应该如何把握？”

“什么样的亮度能称得上恰到好处？”

“如何设定影像的高光部分？”

熟悉曝光分区和波形之间的对应关系，才能准确判断曝光在不同的场景中是否合理，是否准确表现了时间感，也就是时间定位。图64是波形示波器的0-1023波形范围和0-10共11个分区的对位示意图，简单表明了波形和分区之间的转换。借助于这种对应关系，摄影师来判断场景的曝光是否准确。

图65显示是一个比较明亮的室内，以18%中灰板作为测光基准，按照测光表读数进行曝光。通过监视器目测，只是从灰白色的墙壁就非常容易看出影像曝光不足，右上角窗户透入的高光应该位于9区和10区之间，也就是波形示波器900——1023的范围。人物的面部亮度应该位于6区，考虑到室内场景光线照度比室外要弱一些，普遍降半区的曝光更加符合观众根据日常生活经验对空间环境的判断，所以把人物面部的曝光锁定在5区和6区之间，高光锁定在9区和10区之间。转换成波形示波器指标则是人物面部亮度波形顶部位于580附近，室外亮度波形頂部在950附近。

曝光补偿直到达到上述要求。（图66）

遮罩（MASK）把影像的局部分离，定位查看波形。（图67）

数字摄影机的Log模式极大提高了数字摄影机的动态范围，使之可以达到甚至超越胶片的宽容度。宽动态范围可以让摄影师表现个人风格的余地更大，比如曝光过度的高调和曝光不足的暗调。但在每个片子开拍之前，摄影师都必须对即将用到的摄影机进行测试，掌握摄影机的特性以便充分的发挥其优势。

4.4.3特殊场景曝光偏移以扩展特定影调层次

“向上曝光”扩展暗部细节层次。根据场景的特点，如果不存在特别的高亮部分，而且叙事要求扩展暗部细节层次，可以利用Log曲线的特点向上曝光。然后配合后期的工艺流程，利用调色软件的反差控制工具把影调压缩到合理的时间气氛。

利用EI改变影调结构。以ARRI Amira为例，Amira的基准感光度是ISO800，分配给中灰上部和下部的动态范围最为优化，即能保证暗部低噪点又能使高光干净平滑。针对特定的创作需求，EI可以以1/3档为单位从ISO160至3200进行调整。（表3）

EI虽不会改变14档的动态范围，但是影像的影调结构却发生了重大变化。EI值越低，18%中灰位置上移，系统分配给暗部的动态范围增加，也就意味着暗部的噪点会更少，但同时高光的动态范围压缩，层次过度减少。EI值越高，18%中灰位置下移，暗部噪点会增加，细节减少，但同时高光的动态范围得到扩展。

结语：对一个摄影师来说，精确的曝光控制是一项非常重要的能力要求。在一条抽象的感光特性曲线上，如何精确地控制被摄景物的亮度范围和内部层次之间的亮度间距，以及确定能够反映创作意图的曝光点，往往被看成是一个摄影师技术和艺术综合素质的体现。重视对不同摄影机感光特性曲线的研究测试，通过在开拍前进行大量细致的技术和气氛效果试验，来掌握不同的参数设置与实际影像效果之间的关系，其重要性不言而喻。

胶片时代如是，数字摄影时代亦如是！

21. IRE是一个在视频测量中的单位，以创造这个名词的组织——“无线电工程学会（Institute of Radio Engineers）”来命名的。IRE把视频信号的有效部分——视频安全黑色（黑电平）到视频安全白色（白电平）之间平分成100份，定义为100个IRE单位，即0～100IRE。100IRE相当于700毫伏视频信号电平。

22. Academy Color Encoding Specification的缩写，译为：学院色彩编码系统。是美国电影艺术与科学学院提出的新一代的电影制作标准。

23. 这是《简明摄影词典》中解释，其中没有给出EI的中文叫法，笔者认为可以叫做相对感光度。

24. 最理想的是用1/3EV的间隔来拍摄，比如ISO64，ISO80，ISO100，ISO125，ISO160等等，但是现在的数字摄影机的设置的EI间隔是1EV。

25. 美国国家地理学会摄影丛书《实用摄影手册》，彼得·K·布里恩、罗伯特·凯普托著，黄忠宪译。辽宁教育出版社，2003年7月第一版。P137。

26. LUT是Look-up table的缩写，也就是“像素灰度值映射表”。LUT的出现是为了转换现在的各种标准，精确的再现色彩空间和亮度空间。