光源和被攝體

▼照度

照度的定義

照度又被稱為投射光，是描述被攝體受照表面被照明程度的參數。照度被定義為單位面積上所接受的光通量。照度E用公式表示如下：

公式2-4中，Φ是光通量，單位為lm（流明）；A是受照面積，單位為m²（平方米）。

當Φ的單位是lm，A的單位是m²時，照度E的單位是Lux（勒克斯），寫作“lx”，是米制統一國際單位。不幸的是，歷史上遺留下來多種單位制式，有英制或厘米·克·秒制，使換算變得復雜，而且這些制式至今仍在使用。英制照度單位為ft-Cd（英尺-燭光）。lx和ft-Cd的換算關系為：

1 lx=0.0929 ft-Cd

1 ft-Cd=10.764 lx

在自然光照明的環境中，光源的照度變化是非常大的。表2-1列舉了一些典型環境的照度情況。僅白天的日光變化，就可以從1lx到100000lx，變化量為100000（即10⁵）lx。表2-2是典型的人工照明的照度水平。與表2-1中的正常日光相比，人工光的照度水平要低得多，根據需要從10lx到10000lx不等。

比較表2-1和表2-2，晴天日光的照度可高達100000lx，而明亮的起居室照度不過200lx，前者的照度是后者的500倍，換算為級數關系應為：

（lg500）/0.3=10

也就是說，僅僅由于環境不同，就可以帶來10級的照度變化，如果環境特殊一些，這個級差還會更大。一般負片的寬容度有8—10級左右，而經過印片所得到的最終影像只有5級左右，遠遠小于照明變化所帶來的光線變化，由此可見控制曝光之重要。

照度E的性質

1.照度的大小與光源的發光強度有關，光源的發光強度越高，則照度越高。

在實際環境中，太陽的發光強度高于人工光源，功率大的人工光源的發光強度高于功率小的人工光源。所以，在日光下拍攝時，由于照度較高，往往使用感光度較低的膠片，如ISO 100/21°。而攝影室內則使用高感光度膠片，如ISO 160/23°或ISO 400/27°。但是，為了得到細膩的影像質量，影室內攝影也常選用感光度較低的膠片。

2.如果光源的發光強度不變，則光源距被攝體越近，被攝體處的照度越高。照度與距離呈平方反比關系，被稱為“照度的平方反比定律”，用公式描述如下：

公式2-5中，E為照度；I為光源發光強度；R為光源到被攝體的距離。

該規律適用于發光均勻的點光源。圖2-5的示意便于我們理解這個概念。對于特定的光源來說，光源的發光強度是一定的，在距離光源近的地方，光源照射的范圍小，所以單位面積上所接受的光通量較多。隨著距離增加，光源所照射的范圍迅速增大，單位面積上所接受的光通量因此減少。例如：假定在距光源1米的地方，照度是1600lx，那么距光源2米處照度將是400lx，4米處的照度就只有100lx了。

影室中所使用的照明光源，其性質接近點光源。當聚光燈或閃光燈與被攝體的距離改變時，被攝體處的照度也相應發生很大變化。根據這個規律，可以通過調節照明與被攝體之間的距離來控制被攝體的照度。在攝影室內照度一般是不均勻的，它取決于照明的分布。

同樣，我們還可以得出這樣的結論：在陽光下拍攝，照度是均勻的。這是因為太陽與地球的距離可以看作無限遠，而我們拍攝時的距離變化與之相比微乎其微，所以太陽被當作平行光源而不是點光源。當平行光源忽略大氣介質的影響時，照度不隨距離的改變而改變。

以上結論對測量照度非常重要。室外拍攝時，在照相機機位測量照度和在被攝體處測量照度的結果都是一樣的。但是，在室內拍攝時，無論是自然光照明還是人工光照明，被攝主體所在位置上的照度和其他地方的照度很可能是不一樣的，所以要測量典型位置上的照度，比如人臉位置的照度，否則測量結果便沒有意義。

3.平行光源相對于被攝體的投射角度對照度的大小有影響。這個規律被稱作“照度的余弦定律”，由以下公式描述：

E=E₀cosα　　　　　　　式2-6

如圖2-6所示，公式2-6中E₀是光線投射角度垂直于被照射表面時的照度，α是光線投射方向與被照射表面法線的夾角（即入射角）。公式2-6表明：當光線垂直照射到被射表面上，α=0°，即cosα=1，照度最高，照度的數值等于E₀。當光源傾斜照射到被照射表面上，照度下降，其數值等于E₀和cosα的乘積。

在極端情況下，光源投射方向與被照表面平行，這時α=90°，因此E=E₀×cos90°=0，照度為零。

照度的余弦定律可以很好地解釋為什么正午的照度高于一天之中其他時間的照度，夏天的照度高于冬天的照度，地球緯度低的地區照度高于緯度高的地區。

4.照度與被攝體表面的反光特性無關。一旦光源的強度和光源的位置確定之后，被攝體的照度就被確定了，無論你拍攝的是白色石膏還是棕色壇子，都不會改變照度的大小。

▼被攝體的反光率（ρ）

反光率ρ是描述被攝體表面對光線反射程度的參數。反光率被定義為，反射光通量與入射光通量之比。用以下公式表示：

公式2-7中：Φ_in是入射光通量；Φ_out是反射光通量。反光率ρ是比值，所以沒有單位。ρ通常用百分比（％）表示。

ρ=0，表示物體完全不反射光線，是理想的黑色。

ρ=100%，表示物體完全反射光線，是理想的白色。

0＜ρ＜100%時，物體是不同等級的灰色（包括不同灰度級的彩色）。

自然界的被攝體反光率都在大于0、小于100%的范圍之內，而且幾乎不存在反光率為0或為100%的理想黑色和白色。常見被攝體的反光率見表2-3。

我們可以建立起這樣一個概念：反光率在40%—50%以上的物體，給人的印象是白色或淺色的；反光率在10%以下的物體，給人的印象是深色的；介乎其間的是中等反光率物體。

▼亮度（B）

亮度在攝影中又被稱作反射光。亮度B被定義為：發光面、透光面或反光面在人眼觀察方向所看到的明暗程度。用公式可表示為：

公式2-8中：I是發光面的發光強度或透光面的透射光強度或反光面的反射光強度，發光強度I的單位是Cd（坎德拉）。A是發光面、透光面或反光面的面積，單位是m²（平方米）。

亮度B的單位是：Cd/m²（坎德拉／平方米），以前也稱為nt（尼特）或Cd/ft²（燭光/平方英尺）、asb（亞熙提）等。

與照度類似，Cd/m²是統一國際單位，而Cd/ft²和asb是其他制式單位。

Cd/m²和Cd/ft²的換算關系為：

1 Cd/m²=0.0929 Cd/ft²

1 Cd/ft²=10.764 Cd/m²

asb與Cd/m²的換算關系為：

我們可以把被攝體按照亮度水平分割為一個個面積單元，而攝影所做的就是將這些不同亮度記錄在膠片上。

例如，在圖2-7的場景中，亮度關系主要是這樣組成的：

第一，三個僧人的臉和裸露的肌膚。

當人物是攝影的主體時，肌膚的質感再現永遠是最重要的。所以，僧人的臉和肌膚在本例中是被重點考慮和需嚴格掌握的部分。如果攝影的對象是人物的近景或特寫，那么人臉可細分為受光面和背光面兩個單元。

第二，僧人的袈裟。

第三，前景的地面。

本例中，人物的肌膚、衣服和地面雖然表面質感和顏色各不相同，但反光率比較接近。

第四，背景的白墻。

高亮度的白墻是畫面中最亮的部分，在其襯托下，我們可以清晰地區分出三個僧人的體態。如果背景的墻面也和地面的反光率差不多的話，恐怕這張照片要灰成一片，無法觀賞了。

無論是多么復雜的被攝體，只要控制住它們的亮度關系，曝光控制的目的就達到了。

▼照度E、亮度B和反光率ρ之間的關系

照度和被攝體的反光率共同決定了被攝體的亮度

被攝體的亮度B與被攝體受到光線照射的強度E和被攝體的反光率ρ有關。對于反光的被攝體來說，照度的大小和反光率的高低共同決定了亮度的大小。在相同照度的條件下，反光率越高，則被攝體亮度越高；在被攝體反光率相同的條件下，受到光源照射的照度越高，則被攝體亮度越高。這個關系用公式表達為：

公式2-9中：B為亮度，單位是Cd/m²；E為照度，單位是lx；ρ為反光率；π為圓周率。

公式2-9還有另一個版本：

B=Eρ　　　　　　式2-10

這是由于前面所說過的歷史上存在多種制式的緣故。在公式2-10當中，B的單位是asb；E的單位是lx。

例：當照度為133.5 lx的光線照射到反光率為18%的物體上時，求：被攝體的亮度是多少？

解：將數據代入公式2-9得：

所以，被攝體的亮度是7.65Cd/m²。

被攝體的表面反光特性對其的亮度分布有影響

照度E、亮度B和反光率ρ之間的關系還受物體表面反光特性的影響。被攝體表面典型的反光特性為：完全漫反射、鏡面反射以及介于兩者之間的不完全漫反射，如圖2-8所示。

完全漫反射表面

粗糙表面具有漫反射的性質。如圖2-8a所示，完全漫反射表面的反光特性符合余弦分布，與光源來自何方無關。所以，在任何角度上觀察被攝體，其亮度都是一樣的。

鏡面反射表面

光滑的表面具有鏡面反射的性質。如圖2-8b所示，反光的方向性很強，反光的方向和光源投射方向相對于物體的法線而對稱，我們將這一角度稱為反射角。

不完全漫反射表面

不完全漫反射表面的反光特性介于完全漫反射和鏡面反射之間，有一定的方向性。如圖2-8c所示，不完全漫反射表面在光源反射角的方向上反光最強，亮度最高；其他方向上的亮度不如反射角方向。

由此可見，除了完全漫反射被攝體以外，其他被攝體的亮度均和光源相對于物體表面的夾角有關。

自然界中的大多數物體表面屬于不完全漫反射表面。表面比較粗糙的物體，其表面反光特性接近于漫反射特性，亮度在各個方向上觀察都是比較一致的。而表面光潔的物體，如鏡面、玻璃表面、漆器等，其表面反光特性接近于鏡面反射特性，亮度在各個方向上觀察都不一樣。在逆光下，我們常常會看到水面上有耀眼的光斑，這就是自然界中的鏡面反射現象。觀察具有鏡面反射性質的物體表面時，當觀察方向處在反射角的位置上，物體表面非常明亮；而觀察方向處于其他方向，則物體很暗，甚至是黑的。