曝光值

攝影中,曝光值(Exposure Value,EV)代表能夠給出同樣曝光的所有相機光圈快門組合。這一概念是在一九五零年代在德國發展起來的,被試圖用以簡化在等價的拍攝參數之間進行選擇的過程。曝光值同樣也可以表示曝光刻度上的一個級差,1EV對應於兩倍的曝光比例並通常被稱為「一檔」。

曝光值最早是使用符號來表示。ISO標準中延續了這一使用方法,但在其它地方EV這個縮寫更為常見。

儘管理論上所有曝光值相同的拍攝參數都會給出相同的曝光,但是它們並不一定能拍出完全相同的照片。曝光時間(快門速度)決定了運動模糊的程度,如右圖所示。光圈則決定了景深

高速快門,短暫曝光
慢速快門,長時間曝光

正式定義

曝光值是一個以2為底的對數刻度系統。

其中N是光圈(f值);t是曝光時間(快門),單位秒。

曝光值0(EV0)對應於曝光時間為1秒而光圈為f/1.0的組合或其等效組合。如果曝光值已經確定了下來,那麼就可以依據它來選擇曝光時間和光圈的組合,如表1所示的那樣。

曝光值每增加1將改變一檔曝光,也就是將曝光量減半,比如將曝光時間或光圈面積減半。這一點可能會引起迷惑。之所以是減少而不是增加,是因為曝光值反映的是相機拍攝參數的設置,而非底片的照度(這一點將在下一段中提到)。曝光值的增加對應於更快的快門速度和更大的f值。因此,明亮的環境或是較高的感光度(一般稱作ISO)應當對應於較大的曝光值。

拍攝參數與曝光量

「曝光值」其實是一個被誤用的名詞,因為它反映的是拍攝參數(camera settings)的組合,而不是曝光量(photometric exposure)。曝光量的定義是:

其中是曝光量,是影像平面的照度,而是曝光時間。照度f值所控制,但也取決於環境亮度。

為了避免混淆,一些作者使用機身曝光(camera exposure)來指代拍攝參數。1964年的ASA照相機自動曝光控制標準(ASA PH2.15-1964)採用了相同的途徑,並使用了更確切的術語「機身曝光參數」(camera exposure settings)。然而,攝影師通常既使用「曝光」來指代拍攝參數,又用其來指代曝光量。

曝光值與其代表的拍攝參數

表1. 曝光時間(單位秒或分鐘「m」),* 在不同的曝光值和f值下
EV f
1.0 1.4 2.0 2.8 4.0 5.6 8.0 11 16 22 32 45 64
−6 60 = 1 m 2 m 4 m 8 m 16 m 32 m 64 m 128 m 256 m 512 m 1024 m 2048 m 4096 m
−5 30 60 2 m 4 m 8 m 16 m 32 m 64 m 128 m 256 m 512 m 1024 m 2048 m
−4 15 30 60 2 m 4 m 8 m 16 m 32 m 64 m 128 m 256 m 512 m 1024 m
−3 8 15 30 60 2 m 4 m 8 m 16 m 32 m 64 m 128 m 256 m 512 m
−2 4 8 15 30 60 2 m 4 m 8 m 16 m 32 m 64 m 128 m 256 m
−1 2 4 8 15 30 60 2 m 4 m 8 m 16 m 32 m 64 m 128 m
0 1 2 4 8 15 30 60 2 m 4 m 8 m 16 m 32 m 64 m
1 1/2 1 2 4 8 15 30 60 2 m 4 m 8 m 16 m 32 m
2 1/4 1/2 1 2 4 8 15 30 60 2 m 4 m 8 m 16 m
3 1/8 1/4 1/2 1 2 4 8 15 30 60 2 m 4 m 8 m
4 1/15 1/8 1/4 1/2 1 2 4 8 15 30 60 2 m 4 m
5 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 1 2 4 8 15 30 60 2 m
6 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 1 2 4 8 15 30 60
7 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 1 2 4 8 15 30
8 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 1 2 4 8 15
9 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 1 2 4 8
10 1/1000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 1 2 4
11 1/2000 1/1000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 1 2
12 1/4000 1/2000 1/1000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 1
13 1/8000 1/4000 1/2000 1/1000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2
14 1/8000 1/4000 1/2000 1/1000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4
15 1/8000 1/4000 1/2000 1/1000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8
16 1/8000 1/4000 1/2000 1/1000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15

* 下標m表示以分鐘計的曝光時間

曝光數據表

有時候可能沒有測光表可供使用,或是場景的光線情況十分特殊因而難以測量。然而,自然光和許多人工照明場景都是可以預測的,所以可以通過查表來獲得較為精確地曝光值。

表2. 不同場景下的曝光值(ISO100)

光線條件 EV100
日光
強烈陽光下的明亮沙灘和雪景(陰影銳利清晰)a 16
強烈陽光下的一般場景(陰影很清晰)a,b 15
朦朧日光下的一般場景(陰影柔和) 14
明亮陰天下的一般場景(沒有陰影或勉強可見) 13
非常陰沉的一般場景(完全沒有陰影) 12
強烈陽光下四周無遮擋的陰影區 12
戶外,自然光
彩虹
晴朗的天空背景 15
多雲的天空背景 14
日落和天際線
日落前一刻 12–14
日落時 12
日落後一刻 9–11
月亮,c 高度 > 40°
滿月 15
凸月 14
四分之一月 13
新月 12
月光,月亮在高度40°以上
滿月 −3 to −2
凸月 −4
四分之一月 −6
北極光和南極光
明亮的 −4 to −3
一般的 −6 to −5
室外,人工光源
霓虹燈或其他明亮標誌 9–10
夜間體育運動 9
火焰和起火的建築 9
明亮的街景 8
街道夜景和櫥窗 7–8
夜晚車流 5
夜市和遊樂場 7
聖誕樹 4–5
泛光燈照明的建築、紀念碑和噴泉 3–5
亮燈建築的遠景 2
室內,人工光源
畫廊 8–11
體育賽事,舞台表演等等 8–9
馬戲團表演 8
泛光燈照明的冰雕 9
辦公室及工作場所 7–8
住房內 5–7
聖誕樹 4–5
  1. 有關直射日光的曝光值適用於日出之後兩小時到日落之前兩小時之間的陽光,並認為是正面照射在物體上(順光)。作為粗略估算,側面照射時曝光值應減1,背面照射(逆光)時減2。
  2. 這一近似結果是由陽光16法則導出的。
  3. 這些曝光值適用於夜晚使用長焦鏡頭望遠鏡拍攝月亮,並使月亮呈現為中間影調。通常它們並不適於包含有月亮的風光攝影。在風光攝影中,月亮通常接近於地平線,因此其亮度在此高度有很大的不同。此外,風光攝影必須同時照顧到天空、前景和月亮。因此無法給出一個通用的曝光值。

表2給出的曝光值是合理的常規指引,但也要謹慎使用。數值被進行了四捨五入取整以求簡化,而且省略了由其出處——ANSI曝光指南——所描述的大量條件。此外,這些數據並未考慮色移的調整,也沒有考慮倒易律失效的影響。ANSI曝光指南(ANSI PH2.7-1986)詳細解釋了如何合理運用表格所給的數據。

表2中的數據適用於ISO為100的底片或等效IS0為100的數位相機設置。對於某一感光度S,應當以這一感光度高出(低於)ISO100的曝光檔數進行增減,用公式表示為:

比如,ISO400比ISO100高出兩擋:

使用ISO400的底片拍攝夜間室外體育活動時,查表得曝光值9,而後加上2得到EV400=11。

對於更低的感光度,以這一感光度低於ISO100的曝光檔數降低曝光值(增加曝光)。比如ISO50比ISO100低了一檔。

使用ISO50的底片拍攝多雲天空下的彩虹時,查表得曝光值14並減1得到EV50=13。

設置相機的曝光值

大多數相機並沒有提供直接設置曝光值的方法;不過一些品牌如祿萊(Rolleiflex,Rolleicord型號等)和哈蘇所製造的中畫幅相機允許在鏡頭上指定曝光值。設定的曝光值可以被鎖定從而使光圈和快門偶聯,此時調整快門速度或光圈中任意一者將會使另一數值相應調整以保持曝光值不變。安塞爾·亞當斯(1981,39)簡要論述了哈蘇相機曝光值刻度的使用方法。

EV表示的曝光補償

許多現代照相機都允許設置曝光補償,並通常用EV這個詞來表示。在這種情況下,EV指的是相機測光數據減去實際曝光值的差。比如+1EV的曝光補償意味著增加一檔曝光,不管是通過延長曝光時間還是更小的f值

在這裡,EV的含義和先前刻度系統中的EV(曝光值)恰好是相反的。增加曝光對應於減少曝光值(-EV),因此+1EV的曝光補償意味著更小的EV(曝光值);反過來,-1EV的曝光補償的結果是更大的EV。例如,測得某一比中性灰更亮的物體的EV為16,並設定+1EV的曝光補償以修正曝光,那麼最終的拍攝參數對應於EV15(而不是17)。

用EV表示的測光表示數.

一些測光表(如賓得點測表)會直接顯示ISO100下的曝光值。其他測光表,尤其是數字式的,可以顯示選定ISO下的曝光值。多數情況下這種差別無關緊要。使用賓得測光表示,可以通過曝光計算機來得到拍攝參數;而數字式測光表則直接顯示光圈和快門速度。

近來,許多網站上的文章使用光值(light value, LV)來指代ISO100下的曝光值。然而這一術語並非出自某一標準組織,其不同的定義之間也互相衝突。

EV與照明條件的關係

在給定照明條件下所應採用的f值與曝光時間由下式給出:

其中:

  • 是相對光圈 (f值)
  • 是曝光時間,單位秒
  • 是場景平均輝度
  • 是ISO指數
  • 是反射式測光表校正常數

代入等式右邊,曝光值是:

同樣也可以由入射式測光結果計算拍攝參數,其公式為:

其中:

  • E是照度
  • 是入射式測光表校正常數

以曝光值表示時,等式右邊成為:

若是代入等式的左邊,EV表示了拍攝參數的實際組合;代入右邊時,EV表示為達到所謂「正確」曝光所應該採用的拍攝參數組合。這一EV與亮度或照度的形式關聯有其局限性。雖然在典型在日光場景下它通常很有效,但是卻並不太適合非常反常的光線分布狀況:在這種下最佳的曝光值通常取決於攝影師的主觀評價而不是死板的照度和亮度計算。

對於給定的環境亮度和膠捲速度,更大的EV意味著更少的曝光量;而在曝光量一定的情況下,EV越大說明場景越亮。

EV和APEX

照相曝光量加算系統(APEX)由美國國家標準協會(ASA)於1960年推出,用於計算單色底片速度。這一系統將曝光量的「以2為底的對數刻度」概念擴展到了所有曝光方程涉及的變量上,使得方程的應用簡化為加減運算。以EV表示時,曝光方程的左邊成為:

其中Av(光圈值)和Tv(時間)的定義為:

其中:

AvTv 分別代表其與f/1和1秒這兩個值之間相差的擋數。

然而,使用APEX需要光圈和快門使用對數刻度值,而這從來就沒有整合到消費者所使用的相機中。在APEX推出之後不久,大多數相機就裝備了內置的測光表,從而消除了使用曝光方程的必要,並導致APEX很少被應用。

曝光值作為照度與亮度的量度

在給定感光度和測光表校正常數之後,曝光值與亮度(或照度)之間便建立了直接的關聯。嚴格地說,曝光值並不是亮度或照度的量度:事實上,一個對應於某一亮度(或照度)的曝光值是用以指示照相機(已知其感光度)來獲取所謂的正確曝光用的。然而,攝影器材生產商在實踐中常常用感光度100時的曝光值來表達亮度,如在說明測光範圍或對焦靈敏度時。這一做法由來已久。標準的做法是同時聲明所用測光表校正常數和對應的感光度,但很少有廠商會這麼做。

不同廠商所選用的反射式測光表校正常數之間有微小的差別。一個普遍的選擇是12.5(佳能尼康和世光)。在感光度100時,曝光值與亮度的關係為:

表3顯示了該關係式下不同曝光值所對應的亮度值。用這個式子,一個以曝光值為示數的反射式測光表可以用來測量亮度。

和亮度一樣,攝影器材生產商在說明測光範圍時也常用感光度100時的曝光值來表示照度。

入射式測光表的情況比反射式測光表要複雜得多,因為校正常數C與傳感器類型有關。有兩種傳感器很常見:平面型(餘弦響應)和半球型(心形響應)。用平面型傳感器測量照度時,C 的典型值是250,而照度的單位是勒克斯(lux)。在 C = 250時,照度與感光度100下的曝光值的關係為:

表3顯示了該關係式下不同曝光值所對應的照度值。用這個式子,一個以曝光值為示數的入射式測光表可以用來測量亮度。

儘管(用平面型傳感器)測量得到的照度可以用以指示對於一個平面物體的曝光,這一辦法對於通常的場景卻不是那麼有用,因為這些場景中的許多元素都不是平的,其相對於相機的朝向也各不相同。半球型傳感器在測量影像曝光時更為實用。對於半球型傳感器,C值通常在320(美能達)和340(世光)之間。如果對「照度」的定義不那麼嚴格的話,半球型傳感器所測得的結果可以說是指示了「場景照度」。

更多內容可見測光表條目。

表3.曝光值與亮度(感光度100,K=12.5)和照度(感光度100,C=250)
  EV     亮度,
cd/m2  
  照度,
lx
 
−4 0.008 0.156
−3 0.016 0.313
−2 0.031 0.625
−1 0.063 1.25
0 0.125 2.5
1 0.25 5
2 0.5 10
3 1 20
4 2 40
5 4 80
6 8 160
7 16 320
8 32 640
9 64 1280
10 128 2560
11 256 5120
12 512 10,240
13 1024 20,480
14 2048 40,960
15 4096 81,920
16 8192 163,840

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