百变的舒舒:【60D摄影课堂之三，　了解直方图，更精确的曝光（新排版！）】

摄影不全部是技术的问题，但是掌握技术却是能表达摄影意图的基础，所以，我们继续60D的摄影技术讨论之旅。下面讨论是关于直方图的问题，理解这个问题，是我们深入理解曝光和后期技术的基础，综合收集网上的信息，并加入一些个人理解，整理如下,这一课，比较晦涩难懂，大家准备好：

 有人说摄影就是用光来绘画，有人说摄影就是与光做游戏，总而言之摄影是离不开光线的，一张好照片最重要也是最基本的就是精确的控制曝光。目前的数码相机可以通过光圈、快门、感光度、曝光补偿等设置来控制曝光量，拍摄的照片也可以通过屏幕回放查看，但是要知道，通过屏幕查看的话并不能最终确定一张照片是否曝光准确了，我们需要通过量化的方法来衡量曝光的准确性。与传统胶片相机相比，如今数码相机的直方图显示功能是十分有用的，从一定程度上讲，这以功能甚至代替了测光表的一些功能。事实上直方图就是通过在相机的显示屏上表现的曝光量柱形图，我们可以以此来确定照片曝光量的多少和准确性。通过直方图的横轴与纵轴线，我们可以很直观地看出照片的曝光情况，在拍摄时能给摄影者带来很大的方便。现在市场上的新产品几乎全部都是数码相机了，包括单反和便携式相机在内，很多产品都具有直方图显示功能，其中有一部分数码相机产品的直方图显示功能更加完善，不仅仅可以显示灰阶（明度）柱状直方图，还可以直观的显示出RGB（红绿蓝）分色直方柱状图。这里主要讨论如何用灰阶直方图来精确控制曝光。

直方图是什么? 直方图描述的是图片显示范围内影像的明度分布图形。直方图左边显示的是图像的阴影信息，中间显示图像的中间色调信息，右边则显示图像的高亮信息。直方图的横轴从左到右代表照片从黑（暗部）到白（亮部）的像素数量，水平轴方向是一个256级明度座标，左边最暗处的值为0，右边最亮处的值为255。直方图的垂直轴方向代表了在给定值下像素的数量，给定值下柱子越高，代表像素信息越多；柱子越低，代表像素信息越少，少到为零。需要注意的是，当像素堆积超出了直方图边框的顶端，代表部分像素超出了相机记录的极限，也就是常说的像素溢出。

在一個直方图內，横轴代表由暗到亮（0到255）的信息，纵轴則代表該亮度值下的像素数量，以下是三種最常見的曝光情況：

1.      過曝 图形偏向右邊，即高光部分堆积大量像素，左邊基本上沒有图形，即暗部没有像素。

2.      正常曝光 (Average)图形很平均地从左到右分佈，中間的图形比較多。呈现为钟的形状，类似为正态分布。

3.      曝光不足 (Underexposed) 图形偏向左邊，即暗部堆积大量像素，右边基本上沒有图形，即高光部分没有像素。

如何用直方图来判断图片的曝光
　　一般我们认为曝光大体分为两种，标准曝光（正确曝光）和特性曝光。按照传统18度灰的理论，标准曝光是在感光元件（CCD或者CMOS）的感光宽容度范围内，将拍摄对象看成是18%度的灰板进行拍照。在数值上，拍摄对象反射后的光线强度与18%度灰反射后的光线在强度是相等的，从而就可以得到标准曝光值。在实际拍摄的时候，为了更好的突出拍摄的主体，拍摄者还会选择特性曝光，如高调和低调等。一幅较好的摄影作品从直方图的显示中可以看到明暗细节都有，在柱状图上的表现就是从左到右都有均匀分布，同时直方图的两侧是不会有像素溢出的。而直方图的竖轴就表示相应部分所占画面的面积，峰值越高说明该明暗值的像素数量越多，如果直方图显示只在左边有，说明画面没有明亮的部分，整体偏暗，有可能曝光不足；如果直方图显示只在右边有，说明画面缺乏暗部细节，很有可能曝光过度；如果整个直方图贯穿横轴，没有峰值，同时明暗两端又同时溢出，说明这幅照片很可能反差过高，这样会使画面的明暗两极都产生不可逆转的细节损失。

下面举例说明：

曝光不足图

  曝光过度图

色彩反差过高图

色彩反差低图

 正常曝光图                                                                                                                              

 用Photoshop来调整直方图
　　直方图不仅仅可以在拍摄的时候对照片进行曝光量的显示，在后期调整的时候还可以进行修改。Photoshop软件中的直方图与数码相机中的直方图显示原理是一样的，也可以用图形来表示图像的每个亮度级别拥有的像素数量，展示像素在图像中的分布情况。直方图显示图像在阴影（显示在直方图中左边部分）、中间调（显示在中间部分）和高光（显示在右边部分）中包含的细节是否足以在图像中进行适当的校正。Photoshop中的直方图还提供了图像色调范围或图像基本色调类型的快速浏览图。低色调图像的细节集中在阴影处，高色调图像的细节集中在高光处，而平均色调图像的细节集中在中间调处，全色调范围的图像在所有区域中都有大量的像素，识别色调范围有助于确定相应的色调校正。正确曝光的照片在亮度色调的分布情况上应该是比较平均的，具体表现在直方图上曲线形状看上起是平滑而饱满的，由左端0位置开始，渐进变化，平滑过渡到右端255的位置，在各亮度等级上均有像数表现，并且在左端（最暗处）和右端（最亮处）没有溢出现象，保留着各亮度的细节层次。曝光过度的照片，在直方图右边亮部的曲线溢出会较明显，溢出的部分在照片表现为“死白”，也就是白的部分没有任何细节；如果直方图的左边暗部看不见末端，而且峰值有溢出的现象，则表明该幅照片的暗部细节没有被数码相机完全记录下来，溢出的部分在照片里表现为“死黑”，也就是黑的部分没有任何细节，这些像素的记录值为0，而右边亮部的峰值低，且所占比例很小，画面偏暗，需要增加曝光。具体如何调整，方法有很多种，如增减曝光、调整曲线、图层混合等等。而RAW格式由于采用14位深的数据，可以记录更多的曝光信息，在后期调整中的优势比较明显，有数码时代的底片之称。

 向右曝光原理

　　关于动态范围 :首先，为讨论方便起见让我们将数码单反相机的动态范围对应成光圈5档包围(实际上应该是近6档，但没有必要在这里计较太多)，5档之外就超出相机的动态范围了:不是曝光不足(暗部没有细节和层次)就是曝光过度(亮部没有细节和层次)，这也许就是为什么很多软件将直方图分成5个区域的原因之一吧。通常我们所处理的RAW实际上是12位图像(不错，理论上应该是16位的，但现在所有数码单反都是在现实16位空间里使用12位RAW记录数据——总归好于JPG的8位)。12位RAW能够反映出4096 (2的12次方)离散亮度值。这也许会让人联想到，如果用相当于5档光圈的动态范围去覆盖这个4096 级亮度，那么每档覆盖820=4096/5，事实如此吗?永远要记住“一半”在这里也是有效的(2的N次方)，数码单反的动态范围相当于5档光圈，其中第 1档(最亮的部分)覆盖了2048级色调——为什么会这样?这是因为数码单反的CCD或CMOS记录的信号是线性的，而相当于5档光圈动态范围的每1档较其上档都会将光线减半，同时将剩余的一半留给了下档。（按：这里的位深数据是比较老的信息，如尼康的D90是12位的信号，而60D是14位深的信号，按佳能官网的解释，14位信号转换可达到16,384色调等级(2¹⁴)，其信息量是12位信号处理的4倍。原理是一致的，就没有更新到14位数据了。）下表给出更为详细的说明:

这张表说明了很多问题，其中最重要也是我们最常犯的一个错误就是，如果我们不好好利用直方图最右边那个区域(通常我们看到的直方图都被分为5个区)，实际上我们就白白浪费了手中昂贵的数码单反几近一半的动态范围！当然，我们都知道(至少应该知道)数码摄像最最忌讳的就是曝光过度——亮度超出了动态范围，玩负片的都有这样的经验。如果曝光过度，也就是说照片的亮度超出了直方图最右侧，那么我们只能对这张照片说bye-bye了。讲了半天，简单归纳一下：数码和胶片最大不同之处在于，数码单反应该尽可能充分利用直方图中最亮的那一档，因为它覆盖了4096亮度级的一半2048，而在通常直方图上我们看到的这一档，只占整个直方图的五分之一。从直方图的角度来看，数码单反需要向右曝光，而普通胶片通常要求曝光居中。

 通过前面的分析我们不难理解“向右曝光”的含义了：尽可能使直方图向右分布，但同时又要保证不能曝光过度(过饱合)。从操作层面看这点其实很容易做到，大多数相机LCD屏在检查图像时，都会闪烁标志照片过曝的部位。如果出现过曝则略调一下相机的快门或光圈(看哪个更重要了)再来一张，直到曝光过度提示消失为止。(个人来看这种办法可行但最好还是通过经验积累而一次成功，因为有些瞬间可能一辈子就那么一次。同时注意的是，虽然RAW工具都可以进行数码曝光补偿亮度调整之类的，但这种补偿是有限度的:不可能将曝光过度的部分细节再移回来:RAW直接记录了CCD或CMOS上的信息，可是如果CCD或CMOS因为曝光过度没有记录下细节，后期RAW处理也是回天无术了)。 “向右曝光”得到RAW照片肯定会让人感觉“太亮”了。不过没有关系:使用RAW处理软件的亮度(数码曝光)和对比度调整，调整直方图分布(居中) 并使照片看上去“正常”就行了。操作很简单也很容易理解，但蕴含着很复杂的图像处理知识:这种变换首先最大化了照片信噪比，其次弱化了照片暗部可能因多色分调处理所引起的不平滑问题以及可能存在的噪点。“向右曝光”一定是针对16/12位RAW的。与某些人所想像不同的是，数码单反在记录RAW时是不做任何非线性变换的，所有非线性变换都是从 RAW转换器开始发生的(也就是我们所使用的RAW软件)。所以，“向右曝光”仅对RAW有效:使用RAW格式拍摄并注意“向右曝光”，按上述办法在 RAW转换器中手动调整照片、最后再向Photoshop输出。通过简单的三步曲，数码单反的带宽得到了最优利用——又一个使用RAW的理由。 　　“向右曝光”另一大好处是可以降低ISO值。从操作层面看“向右曝光”实际上应该是在正常测光的基础上再开大光圈或者放慢快门速度，二者是等效的，在进入相机的光量增加的情况下，也给使用较低的感光度（ISO）提供了可能。对于手持拍摄、拍摄移动物体或较暗光线条件下拍摄，往往需要在ISO、快门速度和光圈大小三者之间需要做出艰难选择，而“向右曝光”能够有效改善信噪比并减少暗部噪点，因而还是值得的。

　试验:“向右曝光”也许并不常用，因为这项技术需要在拍摄过程中投入大量精力并且花大量时间对RAW进行后期处理。但在某些情况下确实需要改善信噪比并充分利用数码单反的动态范围，这项技术就显得特别有效了——没有必要怀疑，只要自己试试就行了。 平常的夏日、兰天、白云和绿草，使用三角架以正常测光条件先拍摄一张，看看直方图。现在，+1EV(过曝)再来一张(+1EV只是一个参考，注意不要将最亮部分比如云真的过曝了)。多试几次，原则上是没有过曝闪烁的前提条件下直方图尽可能向右分布。 先将“正常曝光”的那张在RAW转换器中进行常规处理并输出至Photoshop;然后将“向右曝光”的那张在RAW转换器中进行同样操作也输出至Photoshop，由于是“向右曝光”，所以除常规操作之外在RAW转换器中别忘记修正Gamma、亮度和对比度，使之呈正态分布。现在让我们来对比两张在Photoshop里的效果，仔细对比暗部的噪点和多色分调形成的不连续过渡。能不能看出区别?如果没有区别，那么还是沿袭原来的拍摄风格吧!如果发现了区别，那么你就算是掌握这项技术了——今后一定会受益无穷。提示：还可以使用高ISO值在夜间做一次对比测试，理论上高ISO形成的噪点比较多，所以个人认为便于发现差别。现在很多DSLR（数码单反）仍只能显示亮度直方图（按：60D是可以分离显示RGB直方图的），而无法分离通道显示。这意味着R、G或B某个或某几个通道已经过曝了，但亮度直方图却没有闪烁显示。确实有时某(几)个通道过曝是个问题，但仅在这点上使用RAW拍摄还是优于JPG，因为在RAW中我们所关注的是相机本身色彩空间中的过曝问题，而非工作RGB色彩空间(RAW转换器经过色调调整后才将原始RAW变换到工作色彩空间)。sRGB甚至Adobe RGB会将相机原始色彩空间中的不少颜色裁掉。 最理想的解决方案是相机厂商能够按相机色彩空间通道给出过曝显示闪烁，而不是现在这么简单的亮度闪烁。这也是为什么Camera Raw给出的是不同通道直方图的叠加，而不是简单的亮度直方图的原因。从实际操作角度而言，这并不是什么大问题，因为实际场景中最亮的部分总是以最接近自然的状态被还原(比如云)。如果还是担心过曝的话，就使用曝光包围然后从中选出最理想的就行了。总结，最理想的曝光方式：尽可能使直方图向右分布但又一定不能过曝。这种曝光方式利用更多的亮度级别帮助我们确保亮部细节不被丢失;同时越是向右曝光就留下了越多的亮度级来表现暗部细节。很多人为了保护高光部分细节而故意对整张照片做欠曝处理而造成暗部发黑，问题是随后如何恢复这些暗部细节呢?最暗的部分只有128位亮度级的表现力，所以调整曲线打开暗部不可避免要造成多色分调了。

进一步探讨向右曝光的要领：

　　未采用向右曝光的图像，非常接近拍摄反转片的效果，而采用向右曝光的图像，显得灰，平或缺少反差。可能更多的人会看到未采用的，而不接受采用的，那么，为什么还要采用向右曝光的方法？

　　从直观的角度来说，直方图所映射的是色调范围。为了语言表达方便，我们将其规划为暗调，3/4调，中间调，1/4调和高光，镜面高光等。

　　而从实际采集和记录动态范围的角度来看，数码相机回放直方图（以及有关图像处理软件显示的直方图）所表达的含义要相对复杂。数码相机在采用RAW格式采集和记录图像信号的时候，是以12位色深来处理模数转换的离散亮度值（通称为色调级），12位的RAW文件能反映出4096（2的12次方）色调，若将其分成五个区映射在直方图上，其分布并不是平均的，而是以下图所示的线性GAMMA方式分布（可将最左侧的两个区域视为一个区，由右至左每个区的色调级减半。这是由数码相机的CMOS或CCD线性计算方式所决定的，也是色调值在直方图上的实际映射。

现在将线性GAMMA分布映射到直方图下方，我们就能直接看到直方图所反映的色调级与区域的关系。原来直方图右侧的一半竟然涵盖了全色调级的1/2,直方图右侧的2/3区域涵盖了全色调级的3/4……这时候，我们来观察下面的直方图：

图1

图2（看上去暗部表现不足，平淡）

图1在左侧的一半，只有2048色调级。图2左右两侧都有，可以说有2048+1024＝3072色调级。所以我们可以通俗地理解，向右曝光能够记录和展现更多的色调信息，否则将不能记录甚至丢失众多色调信息。所以当不会应用向右曝光时，拍摄的照片暗部细节过渡不平滑或严重缺失，会让人指责数码照片细节不好，或者，当采用后期提亮暗部的时候，会出现大量的噪点和斑痕，使得后期处理无从下手……

　　其实，图2尽管表面看起来灰平，反差不够，但通过后期的简单调整就能实现好的效果。重要的是，它将有丰富的暗调细节和色调过渡。这就集中反映了一个关键问题：传统摄影胶片的性质决定影像，而数码摄影需要技术再造底片。也就是说，在传统摄影的过程中，选用不同性质的胶片决定了最终影像的效果和品质。而现在的数码摄影，影像的品质和我取决于拍摄者对数码技术的掌握和应用，包括前期拍摄时的相机，也包括后期的处理手段。

数码摄影全程色调控制

　　第一，拍摄时的控制，也许要转变思维，不再把数码相机当做照相机看待和使用，而要把它当做静态影像采集器。所以不要追求拍摄回放照片的效果，而要观察回放直方图信号采集的多少。要贯彻向右曝光的方法。每次拍摄之后立即回放直方图，观察并调整曝光让直方图尽量靠右（右侧不溢出或轻微溢出）。不妨尝试使用大光圈，很多时候大光圈能让直方图更丰满。传统摄影中的小光圈景深大的概念不适用数码相机，往往使用超过F16的光圈，其景深及远景的清晰度反而不如使用稍大些的光圈。

　　另外，拍摄之前要进行设置，将其色彩空间设置为ADOBE RGB而不是SRGB，以便采集和记录更多的色彩信息。

　　第二，RAW转换的控制。首先在基本选项卡上进行调控。如果高光或暗部溢出，则首先想办法进行挽救，若高光和暗部均不溢出，则尽力拓展色调，让直方图更宽泛而尽量减少缺失。

　　其次也是重要的，即将向右曝光的应用延伸至此。自从ACR（Adobe Camera Raw）增加了“填充亮光”功能之后，就能在调整曝光、亮度的基础上，通过向右移动“填充亮光”滑块，使直方图中的像素向右移动。

　　再次要应用“振动”（细节饱和度）它能增加图像中低饱和度色彩的饱和度，对于全局色彩校正等过程中的色调分离现象有抑制作用。

　　第三、全局色彩校正（包括局域色彩校正）中的控制。在全局色彩校正的过程中仍然可以落实向右曝光的策略，就是在黑场、白场和灰场设置完成之后，不要急于关闭色阶选项卡，而是要适当将灰度系数滑块向左移动，使直方图中的像素向右移动。其次，拓宽色调或单独使用曲线、色阶等命令都会造成不同程度的色调分离，可能尝试将其图像混合模式改为明度来弥补，或创建新的色相饱和度调整图层，适当增加全局的饱和度。

上述的全程色调控制的要点是：在控制高光和暗部不溢出的前提下，尽力拓宽色调并尽量向右曝光，同时不断弥补色调分离。也就是说：在数码影像捕获、RAW转换和全局色彩校正的过程中，宗旨就是展现影像的品质。而当上述工作流程完成后，才最后按需求制作图像的影调或反差，最简单的方法就是创建一个曲线调整层，按其预设（总结了大量的不同胶片的成像规律）选择一个最终表现方式。