第二章 曝光原理介紹
2.5 曝光的評估方法
2.5.2 曝光區域 ( Exposure Zone )
衡量影像曝光的好壞，可用曝光區域的方法，這個方法是Ansel Adams 等 人於1934 年所建立的，當初這個方法是發展給黑白照片所使用，但今天數位影像 依然可以適用相同的方法去衡量影像曝光的好壞。圖2-6 我們把曝光區域 ( zone ) 分成11 階，分別是第 0 階到第 10 階，代表從暗部到亮部，第 5 階，依照定義是 中灰 ( middle gray )，中灰的 RGB 值為 117，並非直覺的 128。良好的曝光影像應 涵蓋第3 階到第 7 階以上的灰階。下圖 2-7 顯示曝光區域的關係圖。
圖2-6 曝光區域。
圖2-7 曝光區域與相片內容的關係。
(資料來源:http://www.luminous-landscape.com/tutorials/zone_system.shtml )
2.5.3 灰卡 ( 反射率18% )
RGB 色彩空間的 R、G、B 變化量與人眼感知變化量不太一致。相較之下 CIELAB 色彩空間是一種以人眼感知為基礎所設計的色彩空間，L*、a*、b*的變化 量與人眼感知變化量較一致。因此我們說Lab 色彩空間是一個均勻的色彩空間，
這裡所謂的『均勻』是指對人眼的感受而言。如圖2-8 所示，CIELAB 色彩空間的 L*代表人眼視覺的亮度指標；a*、b*則代表人眼視覺的色度座標。L*的亮度公式
L* = 116 * ( y/yn )1/3 – 16 ( 2-15 )
其中 y 為 CIE 亮度值，yn為參考白的亮度值，y/yn相當於物體反射率。當 L* = 100 時，人眼視覺為最亮；當 L* = 0 時，人眼視覺為最暗；當 L* = 50 時，人眼視覺為 中等灰度，此時物體的光線反射率 y/yn = ( (L* + 16 ) / 116 )3= ( ( 50 + 16 ) / 166 )3 = 0.1841 = 18.4%。因此當大自然的景物反射率等於 18%時，人眼感覺為中等灰度 ( L* =50 )。
圖2-8 Lab 色彩空間是一個人眼視覺均勻的色彩空間。
2.4 節 sRGB 定義了一個亮度值如何被儲存在一個影像檔案中，這個亮度值是
一個相對值，例如1.0 代表"顯示器可以表現的最亮值"。sRGB 將一張影像正規化
到0-1 的範圍後，便相當於物體反射率 0-1。因此 18%反射率的灰卡，在正常曝光
後，sRGB 將以 Gamma = 1/2.2 進行壓縮，最後得到 RGB = 0.18(1/2.2) * 255 = 117，
所以 R = G = B = 117 為 18%反射率的灰卡的曝光目標值。圖 2-9 說明了 18%灰卡
的曝光目標值 RGB = 117，此時 Lab 色彩空間的 L* = 50。
圖2-9 18%灰卡的曝光目標值 RGB=117、L=50。
18%反射率的灰卡經常被用在影像曝光評估的場合。若以 18%灰卡進行曝光
若整張影像的統計直方圖都偏右邊區域，則代表曝光過度飽和，如圖2-10 ( c )( d ) ；圖 2-10 ( e )( f ) 曝光適度，影像統計直方圖分佈平均，是較佳曝光。
( a ) ( b )
( c ) ( d )
( e ) ( f )
圖2-10 用統計直方圖快速判斷是否過曝、低曝。
2.5.5 曝光方程式 ( Exposure Equation )
相機曝光方程式敘述的是對於一個景物的平均亮度 ( luminance ) 的曝光數 學關係式，表示如下
A2/T = BSx/K (2-16)
其中 A 代表光圈大小，T 代表曝光時間長度，B 代表一個景物的平均亮度，Sx
代表 ASA arithmetic film speed，K 代表反射光曝光表的修正係數 12.5 cd/m2。對 ( 2-16 ) 式取 log2得 ( 2-17 )、( 2-18 )、( 2-18 ) 式：
log2 ( A2/T ) = log2 ( BSx/K ) ( 2-17 ) log2 (A2) + log2 (1/T ) = log2 ( Bx/K ) + log2 ( Sx ) ( 2-18 ) AV + TV = BV + SV ( 2-19 )
其中 AV 是光圈值 log2 ( A2 )，TV 是快門值 log2 ( 1/T )，BV 是亮度值 log2 ( Bx/K )， SV 是感度值 log2 ( Sx )。( 2-2 ) 式已經定義 EV = log2 ( A2/T ) = log2 ( BSx/K ) ，上式 ( 2-17 ) 給定 Sx後，EV 曝光值就僅由亮度決定。一旦 EV 確定了，就可從光圈與 曝光時間組成的 EV table 中 (表 2-1 ) 去找出適合的快門與光圈設定。如果我們有 測光表讓我們能夠得知環境照明的亮度，接下來便可以用曝光方程式計算可能的 曝光條件排列組合。例如測光表測得反射光為 B = 128 cd/m2時，Sx = 100，K = 12.5，
則可得 EV = log2 ( 128 * 100 / 12.5 ) = 10。EV 等於 10 可以使用的曝光組合，詳見 表 2-1 EV Table 。如果快門是1/60 秒，光圈就用 f #4；如果快門是 1/30 秒，光圈 就用 f #5.6，以下類推。有了參考相機曝光方程式，往往可以得到正確不錯的曝光。