這幾個概念在網(wǎng)上資料比較少，講得都比較模糊。

勇哥先上一張圖，后面再介紹具體的概念。

什么是曝光？

盡管攝影自誕生以來，無數(shù)人都在探索相機(jī)這個工具究竟能發(fā)揮那些作用。但一個最基本的作用，就是把我們眼睛看到的通過攝影來記錄下來。

我們的人眼其實(shí)和擁有測光系統(tǒng)的照相機(jī)有著類似的工作機(jī)制，先對光線的強(qiáng)度進(jìn)行測定，再計算出合適的曝光參數(shù)進(jìn)行曝光。一個證明就是我們?nèi)绻谥形缈赐觌娪皬碾娪霸撼鰜?，我們會本能的感覺到外面的光線非常刺眼，但只要稍微閉一下眼，就立刻適應(yīng)了。也就是說，我們的眼睛在光線強(qiáng)度突然發(fā)生巨大變化的時候，也是需要一些時間去“調(diào)整曝光參數(shù)”的。

如果把我們的視覺系統(tǒng)比做照相機(jī)的話，大家都應(yīng)該能理解，我們瞳孔其實(shí)就起到了照相機(jī)鏡頭光圈類似的作用，我們的科學(xué)家已經(jīng)證明了我們的瞳孔在看東西的時候一直在運(yùn)動著的，會根據(jù)眼睛所注意到的物體的亮度，放大收縮。這個視野范圍約37度到38度，那么如果把我們的視覺系統(tǒng)比做照相機(jī)的話，那么這就是一臺帶測光的自動檔照相機(jī)。

好，有了以上的理論基礎(chǔ)，我們來解釋一個問題：在逆光情況下為什么我們眼睛看的人或者物都是正常亮度，可是相機(jī)咔嚓一下就黑了呢？

原因有以下幾個方面，

第一，基于前面對眼睛的闡述，我們之所以看到很正常，其實(shí)我們的眼睛在注意看東西的時候，實(shí)際上只有37到38度左右的有效視野范圍，比如大太陽下的人，你看人臉，實(shí)際上天空你并沒注意到，但是你看到天空的時候，你眼睛實(shí)際上注意力有調(diào)整到了天空，等于又針對了天空進(jìn)行“測光”，如果人和太陽光比過強(qiáng)，你的眼睛抬頭的時候，實(shí)際上也是要本能的瞇起來的。這就是我們視覺系統(tǒng)在“調(diào)整曝光參數(shù)”的證明。但即便如此，相機(jī)完成這些轉(zhuǎn)換要比我們的視覺系統(tǒng)慢的多，而且必須一張一張的拍。

也許有同學(xué)會問，好像不對啊，37度38度范圍如果離開的夠遠(yuǎn)，那么我們眼睛的有效范圍也很大，肯定可以同時注意到人和天空了。

那么這就是第二個原因，我們?nèi)搜劭梢越邮艿淖盍恋墓鈴?qiáng)和最暗的光強(qiáng)比——也就是“寬容度”的概念（關(guān)于“寬容度”可以點(diǎn)擊查看我的另外一篇專欄文章：產(chǎn)品測試|關(guān)于華為P9照相功能寬容度測試 - 知乎專欄，）約為50000倍，換算為光圈的檔數(shù)約15.6檔的光圈，也就是2的15.6次方。而我們目前的照相機(jī)寬容度，可以查到的數(shù)據(jù)最高約為14檔，2的14次方換算一下也就是16000倍多一些，50000倍和16000倍相比差距還是很可觀的。

什么是快門

工業(yè)相機(jī)一般都具備電子快門特性，電子快門不需任何機(jī)械部件。相機(jī)采用電子脈沖長度控制相機(jī)傳感器對光的積分時間。由于相機(jī)感光時間越長，信號電荷累積也越多，輸出信號的幅值也越大。相機(jī)輸出的僅是電子快門開啟時的傳感器累積的光電荷信號，其余時間里的光電荷信號則被泄放。電子快門的特點(diǎn)是無運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲、速度檔次多、速度快，適合分析快速運(yùn)動過程，但存在圖像的不連續(xù)、間斷跳躍感。

目前，相機(jī)的最短電子快門時間一般為百萬分之一秒, 較高的電子快門速度對于觀察運(yùn)動圖像會產(chǎn)生一個“動作凍結(jié)”效應(yīng)，從而大大地增加了相機(jī)的動態(tài)分辨率。同時，當(dāng)電子快門速度提高時，在傳感器積分時間內(nèi)，聚焦在傳感器上的光通量減少，將會降低相機(jī)的靈敏度。因而高速的電子快門需要有充足的光照才能保證圖像正常的灰度。

常見的電子快門的方式有全局快門（Global shutter）和卷簾快門（rolling shutter）兩種，全局快門是曝光時，傳感器上所有像素在同一時刻開啟曝光并在同一時刻曝光結(jié)束，將物體某時刻的狀態(tài)成像，對運(yùn)動物體而言類似將運(yùn)動物體凍結(jié)了，所以適合拍攝高速運(yùn)動的物體。卷簾快門是逐行順序開啟曝光，不同行間曝光的開啟時刻有個很小的延遲，所以不適合運(yùn)動物體的拍攝。

如果相機(jī)的曝光時間過長，就會使速度快的運(yùn)動物體變模糊。工業(yè)相機(jī)的電子快門可以使曝光時間得到控制和調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)是非機(jī)械式的，快門控制具有很大的靈活性，給視覺系統(tǒng)帶來了極大的好處。電子快門的曝光時間的變化，僅僅改變了相機(jī)光敏像元對外來光的感光積分時間，但不會改變相機(jī)內(nèi)在的視頻讀出周期。對于運(yùn)動物體來說，快門時間越短，所獲取的圖像越精確，即越不模糊，但過短的曝光時間會需要光照強(qiáng)度大大提高，給光照技術(shù)帶來很大的困難，所以應(yīng)選擇合適的快門時間。

工業(yè)相機(jī)工作過程中曝光(Exposure)是圖像傳感器進(jìn)行感光的過程。在曝光過程中,CCD/CMOS收集光子并轉(zhuǎn)換成電荷;曝光結(jié)束后,CCD/CMOS通過一定的方式將電荷移出。從光曝光對照片質(zhì)量的影響很大,如果曝光過度,則照片過亮,失去圖像細(xì)節(jié);如果曝光不足,則照片過暗,同樣會失去圖像細(xì)節(jié)?？刂破毓饩褪强刂瓶偟墓馔?也就是曝光過程中到達(dá)CCD/CMOS表面的光子的總和。

影響曝光的因素

有三個:

光圈。

光圈控制光線進(jìn)入的通路的大小,光圈越大,則單位時間的光通量越大,光圈越小,則單位時間的光通量越小。

曝光時間。也就是快門速度。

在數(shù)碼相機(jī)中,可以采用電子快門,也可以采用傳統(tǒng)的機(jī)械快門。

快門速度和光圈大小是互補(bǔ)的,比如,為了加更多的光可以進(jìn)來。

增益。經(jīng)過雙采樣之后的模擬信號的放大增益。

由于在對圖像信號進(jìn)行放大的過程中同時也會放大噪聲信號,因此通常把放大器增益設(shè)為最小,曝光和增益是直接控制傳感器(CCD/CMOS)上讀出來的數(shù)據(jù)，是要優(yōu)先調(diào)節(jié)的，以調(diào)節(jié)曝光時間為主。

在不過曝的前提下，增加曝光時間可以增加信噪比，使圖像清晰。當(dāng)然，對于很弱的信號，曝光也不能無限增加，因?yàn)殡S著曝光時間的增加，噪音也會積累， 曝光補(bǔ)償就是增加拍攝時的曝光量。

增益一般只是在信號弱，但不想增加曝光時間的情況下使用，一般相機(jī)增益都產(chǎn)生很大噪音。工業(yè)相機(jī)在不同增益時圖像的成像質(zhì)量不一樣，增益越小，噪點(diǎn)越?。辉鲆嬖酱?，噪點(diǎn)越多，特別是在暗處。

數(shù)碼相機(jī)的ISO就是這里說的增益，增大ISO，是增加感光器件對光的靈敏度。高感光度對低光照靈敏，同時對噪雜信號也靈敏，信噪比小，所以高感光度噪點(diǎn)也多(可利用圖片軟件的降噪功能減輕或去除)。

調(diào)節(jié)亮度增益說白了就是改變ISO，改變CMOS傳感器的感光性能，但是會影響到畫質(zhì)。調(diào)節(jié)曝光補(bǔ)償則是為了改變快門速度，不改變ISO不會影響畫質(zhì)。

工業(yè)相機(jī)不同增益時圖像的成像質(zhì)量不一樣，增益越小，噪點(diǎn)越小；增益越大，噪點(diǎn)越多，特別是暗處。增益在工業(yè)相機(jī)中叫增益，在民用數(shù)碼相機(jī)、單反中，有一個更常用的名字叫ISO。

ISO越大，則增益越大，圖像的噪聲也越多。而評價各廠商的相機(jī)產(chǎn)品時，往往后評價其在高增益條件下的成像質(zhì)量如何。

增益一般只是在信號弱，但不想增加曝光時間的情況下使用。一般相機(jī)增益都產(chǎn)生很大噪音的，所以幾乎不怎么用。

其中曝光和增益是直接控制傳感器（CCD/CMOS）上讀出來的數(shù)據(jù)，是要優(yōu)先調(diào)節(jié)的，以調(diào)節(jié)曝光時間為主。

不過曝的前提下，增加曝光時間可以增加信噪比，使圖像清晰。軟件上有個選項(xiàng)可以把過曝的區(qū)域顯示出來。當(dāng)然，對于很弱的信號，曝光也不能無限增加，因?yàn)殡S著曝光時間增加，噪音也會積累。所謂冷CCD就是靠降溫減少噪音，從而可以長時間曝光拍攝弱信號。

審核編輯 ：李倩