1.1 照片明暗與256級(jí)亮度

一張照片通常必須具有亮部、暗部和中間調(diào)（一般亮度）區(qū)域，其中中間調(diào)區(qū)域是非常重要的，它用于表現(xiàn)照片大部分的細(xì)節(jié)，并可以在暗部和亮部區(qū)域之間形成平滑的過(guò)渡，這樣照片的明暗層次才會(huì)豐富、細(xì)膩起來(lái)。

實(shí)際情況是否如此呢？我們通過(guò)幾張照片來(lái)看。圖1-1所示的照片，暗部和亮部像素非常明顯，畫(huà)面中只剩下純黑和純白像素，中間的灰調(diào)區(qū)域幾乎沒(méi)有，你還能說(shuō)這是一張照片嗎？恐怕只能說(shuō)這是一幅圖像了，因?yàn)檫B最起碼的細(xì)節(jié)和層次都丟失了。

而圖1-2所示的照片，除了黑色的云層和白色的天空部分之外，在水面和木棧道部分出現(xiàn)了一些中間調(diào)的灰色像素，這樣的畫(huà)面雖然依舊缺乏大量細(xì)節(jié)，并且層次過(guò)渡不夠平滑，但相對(duì)前一張照片卻好了很多。

再來(lái)看圖1-3表現(xiàn)的另外一種效果。該照片中，亮部區(qū)域沒(méi)有那么白，呈現(xiàn)出了更多的細(xì)節(jié)；暗部區(qū)域也并非純黑，而是稍微亮了一點(diǎn)，并呈現(xiàn)出許多暗部細(xì)節(jié)；照片大部分的像素集中在了中間調(diào)區(qū)域，并且中間調(diào)區(qū)域的明暗層次過(guò)渡是比較豐富的。這樣照片就變得好看了很多，但仍然不夠好，為什么呢？可以看到，照片在高光和暗部區(qū)域仍然損失了很多層次細(xì)節(jié)，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完美的平滑過(guò)渡。

圖1-4所示的照片與圖1-3很像，但是高光和暗部層次細(xì)節(jié)更為豐富，這讓照片整體的明暗層次過(guò)渡平滑細(xì)膩，給人的感覺(jué)是最好的。需要注意的一點(diǎn)是，即便是我們最終確定的明暗層次最為合理的照片，仍然會(huì)有一些細(xì)節(jié)的損失，特別是在最亮和最暗的部分，這是由相機(jī)的寬容度（在1.1節(jié)的“動(dòng)態(tài)范圍與寬容度”中我們將詳細(xì)介紹）所決定的，在拍攝高反差的逆光照片時(shí)，往往是無(wú)法避免的。但輕微的細(xì)節(jié)損失，一般不會(huì)影響照片整體的格局。

從圖1-1～圖1-4，你可以學(xué)到一個(gè)知識(shí)：照片的明暗層次應(yīng)該是從暗到亮平滑過(guò)渡的，不能為了追求高對(duì)比的視覺(jué)沖擊力，而讓照片損失大量中間灰調(diào)的細(xì)節(jié)。

在數(shù)碼領(lǐng)域，我們可以用不同的亮度值來(lái)描述照片從最暗到最亮的層次。看圖1-5中的第一行，只有純黑和純白兩級(jí)的明暗層次，這與圖1-1只有純黑和純白兩種像素的畫(huà)面效果相對(duì)應(yīng)；第2～4行，除純黑和純白之外，還有灰調(diào)進(jìn)行過(guò)渡，這與圖1-2和圖1-3的效果相對(duì)應(yīng)；而第5行，從純黑到純白之間有256級(jí)明暗層次，并且逐級(jí)變亮，明暗層次的過(guò)渡已經(jīng)非常平滑了，這與圖1-4所示的照片相對(duì)應(yīng)。

在計(jì)算機(jī)中，純黑像素的亮度為0，純白的亮度為255，中間調(diào)的亮度則介于這兩者之間。這樣從0～255，一共有256個(gè)明暗層次。

看到圖1-5中第5行的灰度條，是否有一種似曾相識(shí)的感覺(jué)呢？在Photoshop中打開(kāi)一張照片，然后在“圖像”菜單中選擇“調(diào)整”菜單項(xiàng)，在打開(kāi)的子菜單中選擇“色階”菜單命令，可以打開(kāi)“色階”對(duì)話框。該對(duì)話框的底部，就有這樣一個(gè)從黑到白的動(dòng)態(tài)條，如圖1-6所示。

在色階圖中間的偏下部位，“輸出色階”是一個(gè)灰度條，數(shù)值為0～255，一共256級(jí)，即256個(gè)亮度層次。同樣，0對(duì)應(yīng)純黑，255對(duì)應(yīng)純白，這也對(duì)應(yīng)著照片的256級(jí)亮度。

以上我們是用黑白照片來(lái)舉例說(shuō)明的，但當(dāng)前是彩色攝影的時(shí)代，那么彩色照片是否也能套用這種明暗層次變化的規(guī)律呢？顯然是的！隨便打開(kāi)一張彩色照片，你會(huì)發(fā)現(xiàn)色彩也是有明暗變化的。比如說(shuō)我們打開(kāi)的圖1-7，畫(huà)面中除了近乎白色的水面和黑色的區(qū)域之外，綠色的樹(shù)木、青色的水面也是有明暗變化的，這些區(qū)域就是展現(xiàn)畫(huà)面大量細(xì)節(jié)的中間調(diào)像素區(qū)域，它們占據(jù)了照片的絕大部分面積。

綜上所述，照片的色彩和明暗都是可以用256級(jí)來(lái)進(jìn)行衡量的，后期軟件中對(duì)照片明暗和色彩的修飾和調(diào)整也是以此為基礎(chǔ)的。

為什么是256級(jí)亮度

現(xiàn)在你可能想到一個(gè)問(wèn)題，為什么用0～255來(lái)表現(xiàn)照片的明暗呢？這是由計(jì)算機(jī)自身的特點(diǎn)決定的。計(jì)算機(jī)以二進(jìn)制的0和1來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，一個(gè)存儲(chǔ)單元可以容納8位二進(jìn)制數(shù)，如01010101這種形式。這樣，一個(gè)存儲(chǔ)單元的樣式變化就有28=256種，用于表現(xiàn)亮度時(shí)，就可以表現(xiàn)出256級(jí)亮度，也可以稱為8位的位深度。

其實(shí)，人眼直接看自然界中的景物，能夠分辨出極為驚人的亮度級(jí)別。相機(jī)或計(jì)算機(jī)肯定無(wú)法將這些亮度級(jí)別都呈現(xiàn)出來(lái)，只能進(jìn)行一定數(shù)字化的轉(zhuǎn)換。相機(jī)拍攝的RAW格式原片，通常可以分辨出212或214的亮度級(jí)別，即12位或14位的位深度；在計(jì)算機(jī)中，當(dāng)前可以支持32位、16位的位深度，如圖1-8所示。但從兼容性的角度考慮，還是沿用多年以前的圖像亮度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，即8位的位深度，也就是我們介紹的256級(jí)亮度了。

位深度與照片處理

使用8位的位深度存儲(chǔ)和處理照片，可以獲得更好的兼容性，但也是有缺陷的。我們通過(guò)兩張照片的后期處理來(lái)看一下。圖1-9為JPEG格式原片和提高1.5EV曝光值后的照片效果。照片提高曝光值后，可以發(fā)現(xiàn)非常明顯的問(wèn)題：畫(huà)面的高光部分出現(xiàn)了嚴(yán)重的高光溢出，變?yōu)椤八腊住保欢挡勘惶崃烈院螅皇亲兊没颐擅傻模靼祵哟芜€原很差。

圖1-10為RAW格式原片和提高1.5EV曝光值后的效果。從改變曝光值后的照片可以看到，雖然原高光部分有些溢出，但并沒(méi)有完全損失細(xì)節(jié)，仍然能分辨出層次；而暗部區(qū)域則變得明暗適中，并且層次細(xì)節(jié)也很理想了。

出現(xiàn)圖1-9和圖1-10所示的問(wèn)題，原因只有一個(gè)，那就是RAW格式與JPEG格式文件的位深度不同。當(dāng)前，我們使用的JPEG照片文件的位深度是8位，而RAW格式文件的位深度則為14位。較大的位深度讓你在對(duì)照片進(jìn)行處理時(shí)，能有更大的發(fā)揮空間。

照片的色彩是由紅、綠、藍(lán)三種色彩混合而成的，每種顏色都具有28=256級(jí)亮度，三種色彩任意組合，那么一共會(huì)組合出256×256×256=16777216種顏色。人眼基本上能夠識(shí)別1600萬(wàn)種色彩，兩者大致剛好能夠匹配起來(lái)。

反觀RAW格式照片，差別就很大了。RAW格式一般是具有14位色彩深度，即紅、綠、藍(lán)三種色彩分別具有214級(jí)亮度，最終構(gòu)建出來(lái)的顏色數(shù)是4398046511104。如此多的色彩數(shù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了人眼能夠識(shí)別的程度。這樣的好處就是給后期處理帶來(lái)了更大的余地，而不會(huì)輕易出現(xiàn)那種8位位深度的照片寬容度不夠的問(wèn)題，如稍稍提高曝光值就會(huì)出現(xiàn)高光曝光過(guò)度、損失細(xì)節(jié)的情況。

動(dòng)態(tài)范圍與寬容度

動(dòng)態(tài)范圍（Dynamic Range）與寬容度都是指從最暗到最亮的范圍，但所指的對(duì)象不同。動(dòng)態(tài)范圍主要針對(duì)數(shù)碼照片，而寬容度則主要針對(duì)的是感光元件（膠片）。

動(dòng)態(tài)范圍是數(shù)碼時(shí)代的概念，針對(duì)的是照片。打開(kāi)兩張照片，圖1-11所示的畫(huà)面反差很高，有非常暗的部分，也有非常亮的部分，并且中間影調(diào)的層次過(guò)渡很平滑，細(xì)節(jié)豐富，我們就可以說(shuō)這是動(dòng)態(tài)范圍很大的照片；圖1-12明暗對(duì)比不明顯，照片中缺乏暗部和亮部，即暗部不夠暗，亮部又不夠白，這種照片就是動(dòng)態(tài)范圍很小的照片。

另外，照片的動(dòng)態(tài)范圍是可以進(jìn)行修飾和調(diào)整的。針對(duì)動(dòng)態(tài)范圍不夠大的照片，我們可以通過(guò)很多種方法進(jìn)行優(yōu)化。如圖1-13所示，畫(huà)面明顯缺乏暗部和高光部位像素，那我們可以參照直方圖對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，將其拉伸到0～255的全亮度范圍，這樣照片的動(dòng)態(tài)范圍就足夠大了，如圖1-14所示。

與動(dòng)態(tài)范圍不同，寬容度是從膠片時(shí)代沿用下來(lái)的概念，是指膠片所能正確容納的景物亮度反差的范圍。能將亮度反差很大的景物正確記錄下來(lái)的膠片稱為寬容度大的膠片，反之則稱為寬容度小的膠片。所謂“正確”是指在最暗部和最亮部也能呈現(xiàn)出足夠多的細(xì)節(jié)層次，如果無(wú)法顯示細(xì)節(jié)，那就表示寬容度不夠了。

到了數(shù)碼時(shí)代，寬容度被用于描述感光元件對(duì)明暗反差的容納能力。一般來(lái)說(shuō)，寬容度越大越好。通常情況下，高檔數(shù)碼單反相機(jī)的寬容度要好于中低檔機(jī)型。