這幾個(gè)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(lái)，無(wú)數(shù)人都在探索相機(jī)這個(gè)工具究竟能發(fā)揮那些作用。但一個(gè)最基本的作用，就是把我們眼睛看到的通過(guò)攝影來(lái)記錄下來(lái)。

我們的人眼其實(shí)和擁有測(cè)光系統(tǒng)的照相機(jī)有著類似的工作機(jī)制，先對(duì)光線的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定，再計(jì)算出合適的曝光參數(shù)進(jìn)行曝光。一個(gè)證明就是我們?nèi)绻谥形缈赐觌娪皬碾娪霸撼鰜?lái)，我們會(huì)本能的感覺(jué)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(shuō)，我們的眼睛在光線強(qiáng)度突然發(fā)生巨大變化的時(shí)候，也是需要一些時(shí)間去“調(diào)整曝光參數(shù)”的。

如果把我們的視覺(jué)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(shí)候一直在運(yùn)動(dòng)著的，會(huì)根據(jù)眼睛所注意到的物體的亮度，放大收縮。這個(gè)視野范圍約37度到38度，那么如果把我們的視覺(jué)系統(tǒng)比做照相機(jī)的話，那么這就是一臺(tái)帶測(cè)光的自動(dòng)檔照相機(jī)。

好，有了以上的理論基礎(chǔ)，我們來(lái)解釋一個(gè)問(wèn)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(gè)方面，

第一，基于前面對(duì)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(shí)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(yáng)下的人，你看人臉，實(shí)際上天空你并沒(méi)注意到，但是你看到天空的時(shí)候，你眼睛實(shí)際上注意力有調(diào)整到了天空，等于又針對(duì)了天空進(jìn)行“測(cè)光”，如果人和太陽(yáng)光比過(guò)強(qiáng)，你的眼睛抬頭的時(shí)候，實(shí)際上也是要本能的瞇起來(lái)的。這就是我們視覺(jué)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(jué)系統(tǒng)慢的多，而且必須一張一張的拍。

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

那么這就是第二個(gè)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(cè)試|關(guān)于華為P9照相功能寬容度測(cè)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(mén)

工業(yè)相機(jī)一般都具備電子快門(mén)特性，電子快門(mén)不需任何機(jī)械部件。相機(jī)采用電子脈沖長(zhǎng)度控制相機(jī)傳感器對(duì)光的積分時(shí)間。由于相機(jī)感光時(shí)間越長(zhǎng)，信號(hào)電荷累積也越多，輸出信號(hào)的幅值也越大。相機(jī)輸出的僅是電子快門(mén)開(kāi)啟時(shí)的傳感器累積的光電荷信號(hào)，其余時(shí)間里的光電荷信號(hào)則被泄放。電子快門(mén)的特點(diǎn)是無(wú)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲、速度檔次多、速度快，適合分析快速運(yùn)動(dòng)過(guò)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(mén)時(shí)間一般為百萬(wàn)分之一秒, 較高的電子快門(mén)速度對(duì)于觀察運(yùn)動(dòng)圖像會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“動(dòng)作凍結(jié)”效應(yīng)，從而大大地增加了相機(jī)的動(dòng)態(tài)分辨率。同時(shí)，當(dāng)電子快門(mén)速度提高時(shí)，在傳感器積分時(shí)間內(nèi)，聚焦在傳感器上的光通量減少，將會(huì)降低相機(jī)的靈敏度。因而高速的電子快門(mén)需要有充足的光照才能保證圖像正常的灰度。

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

如果相機(jī)的曝光時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)使速度快的運(yùn)動(dòng)物體變模糊。工業(yè)相機(jī)的電子快門(mén)可以使曝光時(shí)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(mén)控制具有很大的靈活性，給視覺(jué)系統(tǒng)帶來(lái)了極大的好處。電子快門(mén)的曝光時(shí)間的變化，僅僅改變了相機(jī)光敏像元對(duì)外來(lái)光的感光積分時(shí)間，但不會(huì)改變相機(jī)內(nèi)在的視頻讀出周期。對(duì)于運(yùn)動(dòng)物體來(lái)說(shuō)，快門(mén)時(shí)間越短，所獲取的圖像越精確，即越不模糊，但過(guò)短的曝光時(shí)間會(huì)需要光照強(qiáng)度大大提高，給光照技術(shù)帶來(lái)很大的困難，所以應(yīng)選擇合適的快門(mén)時(shí)間。

工業(yè)相機(jī)工作過(guò)程中曝光(Exposure)是圖像傳感器進(jìn)行感光的過(guò)程。在曝光過(guò)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(guò)一定的方式將電荷移出。從光曝光對(duì)照片質(zhì)量的影響很大,如果曝光過(guò)度,則照片過(guò)亮,失去圖像細(xì)節(jié);如果曝光不足,則照片過(guò)暗,同樣會(huì)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(guò)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(gè):

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(shí)間的光通量越大,光圈越小,則單位時(shí)間的光通量越小。

曝光時(shí)間。也就是快門(mén)速度。

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

快門(mén)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(lái)。

增益。經(jīng)過(guò)雙采樣之后的模擬信號(hào)的放大增益。

由于在對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行放大的過(guò)程中同時(shí)也會(huì)放大噪聲信號(hào),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(lái)的數(shù)據(jù)，是要優(yōu)先調(diào)節(jié)的，以調(diào)節(jié)曝光時(shí)間為主。

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

增益一般只是在信號(hào)弱，但不想增加曝光時(shí)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(shí)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，特別是在暗處。

數(shù)碼相機(jī)的ISO就是這里說(shuō)的增益，增大ISO，是增加感光器件對(duì)光的靈敏度。高感光度對(duì)低光照靈敏，同時(shí)對(duì)噪雜信號(hào)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(shuō)白了就是改變ISO，改變CMOS傳感器的感光性能，但是會(huì)影響到畫(huà)質(zhì)。調(diào)節(jié)曝光補(bǔ)償則是為了改變快門(mén)速度，不改變ISO不會(huì)影響畫(huà)質(zhì)。

工業(yè)相機(jī)不同增益時(shí)圖像的成像質(zhì)量不一樣，增益越小，噪點(diǎn)越??；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(gè)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(píng)價(jià)各廠商的相機(jī)產(chǎn)品時(shí)，往往后評(píng)價(jià)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(hào)弱，但不想增加曝光時(shí)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(lái)的數(shù)據(jù)，是要優(yōu)先調(diào)節(jié)的，以調(diào)節(jié)曝光時(shí)間為主。

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

審核編輯 ：李倩