星期五, 6月 11, 2010

再談曝光控制 - 增曝 or 減曝?

延續先前關於曝光控制的討論。我們提到在使用數位相機時,有一派人建議盡可能「增加曝光量」,另一派建議「些微減曝光」。這兩種說法都有他的道理。

1. 盡可能 增加曝光*
在數位時代,影像的紀錄是以 "0與1" 的型態來儲存。此外,一個人要看到連續色階不覺有中斷,那大概是200階。
所以 "2的七次方=128 tone levels" 來記錄並不夠,因此通常是使用 "2的八次方=256 tone levels",也就是我們常說的 8-bit encoding。而顏色是透過三原色記錄(RGB),所以每個顏色 8 bits,總共就會有 24 bits(8+8+8=24)。

[當然,如果你可以 12-bit encoding,甚至更高,那更好!但是我們這邊就先以低標來談]

你如果看到某些硬體規格表上有的寫 "8-bit color" ,有個寫 "24-bit color",不要想說後面哪個規格比較好,因為其實根本是講一樣的東西,只是一個是標示per channel,另一個是標示total,非常混淆吧!

8-bit encoding理論上就可以混和出 256*256*256=16.8百萬色。

然後我們再把曝光的觀念放進來,假設我們是透過 8-bit encoding,那每個顏色從最暗到最亮是 256階,對應到the zone system 來看,我們會發現一個特性:
Screen shot 2010-06-11 at 10.47.22 PM
(這邊為了方便解釋觀念,所以把它簡化)

這特性就是越暗的地方,我們所記錄的資訊越少;在越亮的地方,我們記錄的資訊越多
在 zone I 與 zone II 之間,我們只有 (2-0=)2個 "0與1" 來描述。但在 zone VIII 與 zone IX 之間我們會有 (256-128=)128 個 "0與1"來描述。雖然一樣是差一級曝光,但用來描述漸層的資料量卻不同。

盡可能增加曝光 這種建議,背後動機是為了在曝光瞬間,盡量取得最大資料量。之後再於數位暗房中調整density value 來呈現適當的亮度。



2. 一律 些微減曝*
這種建議則是基於另外一個理由。以感光原件(sensor)的特性,每個像素的感應區塊好比一口井。這口井接收光子,然後將光子的撞擊轉換成電流。當接收的光子數大於一口井可接收的數量後,即無法分辨(類似 measurement 裡的天花板效應,題目不夠難=井太小)。簡單說就是杯子裝滿了,再倒水也倒不進去。

當像素總數越大,雖然可以得到更多細節。但sensor物理總面積不變下,每口井的面積變小,其可容納的最大光子數也就下降,越容易飽和,帶來的副作用就是sensor的dynamic range下降,越容易死白... 這是題外話。

此外,我們在考慮另一個因素:人對於明暗區塊的非線性感受。一個很暗的地方沒有細節黑成一片,並不會吸引我們大腦太多的注意力;但是一個明亮的地方死白成一片,卻會吸引我們大腦的注意力,因此而覺得不自然。

綜合一開始描述的sensor特性,於是建議在曝光時,一律偏向減少曝光來確保沒有地方死白(尤其遇到一個超過sensor dynamic range的畫面,例如 明亮的天空與地面上帶有陰影面的建築物)。而畫面中太暗的部分,只要透過post-processing來增感即可,反正大腦不會特別在意暗部的細節。

結論

- 使用 "增加曝光" 準則
Pro
可以取得最大的資料量
Con
要特別小心控制,避免局部過曝(超過sensor的dynamic range)

- 使用 "一律減曝" 準則
Pro
不用特別小心精準控制,特定區域過曝的機率下降
Con
未取得理論上的最大資料量;事後在暗房裡拉高density value達到適當亮度雖可行,但畫面細節較少、雜訊較多

- 實際生活上的應用考量
-「增加曝光」在日常生活中要實踐會有一些阻力 -
原因一:相機內建的反射式測光錶,會因為大面積的白色或黑色而被誤導,所以不太容易「精確控制曝光」。在設法增加曝光的過程中,有很高機率造成局部過曝。手持式的入射測光錶可以解決這問題,但是也帶來其他不便。你會需要把入射式測光錶擺在被攝者的位置測光,這在很多情況下是有困難的,例如:被攝物在馬路對面,或要拍的是遠方的山頭。但如果是專業的婚紗攝影,這種使用手持式入射測光錶的問題可能就不存在,因為新人就在眼前,且往往有助手協助做測光動作,那增加曝光來取得極大化資料量就可以實現。

原因二:使用相機的內建預覽來觀看 hitogram 雖然可以大致看出曝光是否有過曝,但是相機的預覽是演算後的JPEG檔。而用於預覽的機內JPEG檔顯示過曝,並不代表RAW檔也過曝。因為RAW檔案的明度數據是線性的,但是JPEG顯示出來的是經過 gamma corrected 的資料,而這是不線性的(何謂Gamma可參考 Image Resource網站的說明。底片也是有gamma值的,數位時代有Gamma值的部份更多了,所以誰說底片時代的東西數位不適用?其實概念都通用,只是載體變了,特性有不同罷了。Adams也花了不少時間講gamma、curve,在數位時代,這些東西一樣重要)。因為這是另外一個議題,所以不詳述,這裡要知道的是,你看到的並不反映真正RAW的資料。

考慮以上兩個原因,一律輕微減曝這守則,就成了當無法精確掌控一切時,可以接受的較佳折衷方案。不完美,但可降低發生致命失誤(局部過曝)的機率。


- 我個人的作法
現場時間允許下,盡量讓機內JPEG預覽的曝光分佈右端達到頂點,但不超過(雖然機內演算JPEG檔不能100%反映RAW檔的資料範圍,但似乎也沒有更好的方案。除非相機廠商改變機內預覽相片的演算機制)。由於是拍攝RAW檔,事後到數位暗房重新檢視曝光分佈,並作精確調整。

也就是有人說的 Exposing To The Right (ETTR)。以高光處為曝光時的基準、以高光處為暗房裡調整曝光的基準(exposing for highlights and developing for the highlights)。

- How about a proper exposure? 何不直接正確曝光?
因為你會發現,要在相機裡面,每一次都完全精準的正確曝光,並沒有那麼容易。一方面是硬體的限制,如: 機內測光錶的誤判,相機螢幕預覽與電腦螢幕不一致... etc.。另一方面是有人為判斷上的錯誤,如: 你自己估算的補償沒算準... etc. 所以往往在第一時間的曝光已經盡力,但有時還是需要到暗房裡再做調整,這時就要考慮到怎麼樣才能取得最大資料量,而且又不犯無法補救的錯誤。這些關於「傾向增曝與傾向減曝的討論」是基於這樣的情境下。

更不要說,有時候同一個 底片/RAW檔,你會想要在tone上做不同的詮釋,那 底片/RAW檔 在第一時間的曝光方式,攸關有多少資料可以讓你操弄、能給你多少彈性,就很重要了。

*增曝光 or 減曝光
這裡我刻意避免使用「曝光過度」與「曝光不足」這詞彙,是因為我們在談的是「蓄意的增減曝光」,而不是「曝光上的無心失誤」。這種分法我在 Ansel Adams 的"The Negative"裡讀到,覺得認同因而採用。

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