松绿之锤 时光权杖:测光模式的深入探讨

                   测光模式的深入探讨

测光方式多种多样，仅有测光元件的准确性、敏感性以及安放位置，还不足以保证测光的准确性。在一幅画面中，各部分光线是千变万化的，而且极不均匀。通常，自然界中光线的明暗分布，若以阴暗部分为基准，明亮部分的光线强度约为它的200倍，所以采用不同的测光方式和测量的区域不同，对测光结果的影响是很大的。 

TTL测光方式有三种基本类型：分区式测光、点测光和加权平均测光。由于照相机市场竞争激烈，每个照相机生产厂家都会宣传自己的测光系统如何地好，但各种名目繁多的测光方式均可归纳成上述三种基本类型。 

测光时，镜头的光圈位置也有所区别，可分成两类： 

1、收缩光圈测光：即将光圈收缩至实际使用值处进行测光。这种方式在早期相机中较常见。但由于收缩光圈后使取景视场变暗、影响聚焦精度等缺点，现在已经很少使用了，在现代自动对焦的单反机中已经没有这种类型的测光系统； 

2、全开光圈测光：无论选用何种光圈值，测光时均使镜头光圈处于最大孔径处，使取景视场始终处于明亮的状态。但要求镜头上具有传递光圈信息到机身的机构。现代自动对焦的单反机全部是全开光圈测光的。 

一、平均测光 

这种方式现已很少采用，但在某些单反机上仍有使用。这种测光方式的测光元件(多为 Cds)通常位于取景器的五棱镜上方，感光部分朝下面对聚焦屏。其视场被动地读取聚焦屏上影像的不同亮度，并加以平均。听起来是很理想的，当聚焦屏上影像的亮度和色调分布均匀时，的确是不错的。 

如果被摄画面阴暗处占大部分，而被摄主体在较明亮处。若按平均测光方式的测光值进行曝光，得到的将是一张被摄主体曝光过度的照片；相反，若被摄画面以高光为主，则有可能得到一张主体曝光不足的照片。所以平均测光方式很快被其他测光方式所代替。

二、点测光和多点测光 

测光方式不是对整个画面，而是对画面中央一个很小的区域进行测光，区域的大小一般为总画面的2%左右，该区域与整个画面相比，可近似地看成是一个点，因而得名。点测光方式的感光元件一般是装在反光镜箱底部，主反光镜的中央部分是半透明的 (透明部分的大小决定了点测光区域的大小，在聚焦屏上会印有该区域大小的图案)。在主反光镜背后另外多加了一个小型的反光镜(副反光镜)。 

点测光灵敏度分布图 

透过镜头的光线，经过主反光镜的半透明部分透射到背后的副反光镜上，副反光镜再将光线反射到测光元件上进行测光。这种方式的特点是测光准确，但较难使用，测光的正确与否与摄影者的经验很有关系。如果测量的区域不是画面的主体，整张照片的曝光就不一定准确，对整个画面的曝光影响很大。一般的使用方法是，若要使某一部分曝光准确，就应对该部分进行测光。点测光方式较受专业人士的喜欢，尤其适合于艺术人像、静物等摄影。 

点测光又称重点测光、中央测光等。 

多点测光方式由点测光方式发展而来，即点测光方式加上记忆装置。拍摄时使被摄体中不同的部位，先后位于取景视场中心进行点测光，照相机内的电子线路将每次的结果记忆下来，并按各点的平均值进行曝光。例如奥林巴斯OM-4Ti，每次对画面的2%测光，可连续记忆八个测光点的读数，并计算出平均值，这样可以兼顾画面中各部分的曝光。 

实际使用中，很少有人将所允许的八点测光测足，最多测三、四次就够用了。多点测光适合于拍摄风景、人像等静止不动的物体，不适合于拍摄动体。因此多点测光虽然精度高，但其实用性远不如分区式测光方式。

三、中央重点加权平均测光

尼康公司在测光系统上实现了突破，首创了这种测光方式。这一方式是平均测光与点测光方式的折衷形式。测光元件装在五棱镜后方(取景目镜上方)，聚焦屏上的影像通过一只小透镜将画面的中央部分投影到感光元件上，测光读数以画面中央部分的亮度为主，即对中央部分的亮度最为敏感。中央区域可以比较宽，但一定要将边缘部分排除在外，这就是“中央重点”的含义，这种做法是符合一般摄影规律的，通常照片的“兴趣点”是位于画面的中央部分。 

那什么是"加权平均"呢？这是一个数学概念： 

例如有两个数值A和B，则数值(A+B)/2 则是这两个值的平均值； 

如果另外有两个正的系数α和β，满足条件α+β=1；则数值(α*A+β*B)称为数A和B的加权平均值，α和β分别称为A和B的加权系数。  

如果把A看作中央部分的测光值、B为边缘部分的测光值，而且α大于β，那么(α*A+β*B)就是中央重点加权平均值了。 

实际上，边缘部分的加权系数并不是一成不变的，而是像一个山坡一样，逐渐向外减少。越是靠近边缘，加权系数越小；加权系统越大，灵敏度也就越高。 

中央重点加权平均测光方式的中央加权系数比较大，所以中央部分的测光值对最终测光值的影响较大。这种测光方式能同时兼顾被摄主体和四周景物的亮度，因此对被摄主体的测光精度较高，尤其适合于拍摄带风景的人物照片。但对于亮度不均匀或反差太大的场合，该方式具有与平均测光方式一样的缺点。 

中央重点加权平均测光方式已经成为了单反机的常规测光方式。中央区域的大小和加权系数因厂家和型号而异。例如传统相机中尼康F-801和F4的中央区域为直径是12mm的圆形(相对于取景范围而言)，但F-801的中央区域加权系数为0.75，而F4的则为0.6。 

多数中央重点加权平均测光系统的中央重点稍向下偏移一些。在户外拍摄时，明亮天空的亮度对测光结果的影响要小一些。 

中央重点加权平均测光又称中央重点测光、偏重中央平均测光、侧重中央式测光、偏重中心平均测光等。

四、分区式测光 

从前面的分析可知，对于加权式测光，当画面边缘亮度较高时，由于加权系数比较小，故无法在最终测光值中反应出画面反差大这一事实，在逆光、反差大等场合有严重的局限性，因此分区式测光方式就应运而生。 

分区式测光又称多幅面测光、多模式测光或区域分割式测光，主要原理是将画面分成几个区，先测取每个区的亮度，然后经过综合计算，选择相应的测光模式，给出一个能兼顾各区的曝光值。从理论上讲，分区式测光方式都具有自动逆光补偿能力。分区式测光方式中一个区的测光灵敏度分布与中央重点加权平均测光方式的分布很相似，因此中央重点加权平均测光也可称为"单区测光"方式。 

分区式测光方式有多种形式，分区的数量也不同，有双区、三区、五区、六区、八区、十四区和十六区等。

佳能 21分区测光

1、矩阵式测光(Matrix Metering)： 

这是最早出现的分区式测光方式，由尼康公司首创，最早用于1983年出品的尼康FA单反机上，叫做AMP(Automatic Multi Pattern，自动多分区)测光系统，专利注册商标为"矩阵式测光方式"。经过多年考验， 事实证明了这种测光方式实用、准确和使用方便，现代尼康各款单反数码相机的矩阵测光，都是在这一基础上的改进。

矩阵式测光方式的测光元件是装在五棱镜后面，共采用了两只三段测光元件，组合成5个段，将聚焦屏上的画面分成5个区域。  

矩阵式测光方式的工作原理是经过对大量的照片进行分析(F4和F-801用的数据超过24000个)，可以将所测量到的光的特性分成5个亮度值和5个反差值，并按横向和纵向排列，这样就形成了数学上的5X5矩阵(这就是这种测光方式名称的由来)。当5段SPD对各区域同时测光后，将各自的测光结果输入到机身内的计算电路，对画面中的高亮度和低暗度值进行截断处理 (高亮度物体，如太阳、天空等，在一般摄影中是不会作为被摄主体的；而低亮度的测光信号，由于电平过低，难以与杂光干扰信号相区别，从而失去了有用亮度信息的可靠性)。经过截断处理后，运算出4个测光值：中央测光值BV、高亮度中央测光值BH、平均测光值BM和低亮度中央测光值BL。然后根据这个55矩阵中确定从这4个测光值中选择一个作为最终测光值。 

例如画面的景物的亮度是中间值、反差较小，从上述55矩阵中可判断为是拍摄室外一般的风景与人物照，此时应选择BV作为曝光依据；若亮度值稍高、反差值较大，应选择BL作为曝光值，其目的是保留暗部细节。 

矩阵式测光方式对景物亮度很高的场合，把曝光值控制在低于EV16.33(ISO 100)，从而使拍摄雪景时，可得到白色而不是灰色的效果；还有对低亮度的信号控制在高于EV1，以利于夜景等拍摄。 

另外，一些尼康相机上还设有可以检测纵向拍摄的传感器，所以当相机处于纵向位置时，矩阵分区作相应的修改。 

2、奥林巴斯ESP方式： 

这种方式最早见于OM-40上，全称为(Electro Selective Pat-tern，电子选择分区)测光方式。ESP实际上是一种两分区测光方式，将画面全体分成中央和周围两个部分，中央部分约占总画面的25%，以每秒10次的频率对这两个区域进行测光，从平均值、中央重点加权平均测光、点测光和低亮度点测光种方式中，选择一种作为相机的测光方式。可以解决逆光或暗背景等复杂环境的正确测光问题。当画面中央的亮度与其他部分的测光值相差太大时，测光系统会作出相应的调整，给出以中央区域为主的曝光组合。奥林巴斯将 ESP测光方式用于以后的很多相机中，只要配有点测光和中央重点加权平均测光方式的相机，大多数是按ESP来测光工作的。实际上是两种测光方式都在同时工作，只要两个测光值相差太大，表明被摄主体处于逆光位置，因此相机不是调整曝光值，就是启动相机的内置闪光灯进行填充式闪光补光。

ESP 分区方式将分区测光简化，有利于降低生产成本，所以成为以后一些普及型AF单反机较多采用的测光方式，如美能达的Dynax 3000i和Dynax 5000i、潘太克斯SF7等。

3、佳能分区式综合测光(Evaluative Metering)： 

这种方式的分区类似于尼康矩阵式测光方式。首次见于佳能EOS650上。其特点是将整个画面分成六个区域。其工作原理与矩阵式测光方式类似，将六个区的测光值输入机内CPU进行分析和决定曝光量，分析的基础是记忆在机内的大量数据，而这些数据则是研究了数以千计的典型照片而得出的。在EOS 650/620上，采用了一种所谓的"标准"程序，在EOS 630以后， 则采用了新算法。六分区综合测光方式也是目前最好的测光系统之一。佳能后来在其基础上改进成八分区综合测光方式，用于EOS 10上，以配合其先进的三个AF区域的AF系统。于1992年佳能对此再做改进，变成十六分区， 以配合EOS 5的五个AF区域的AF系统，可以随聚焦点的不同而调整曝光量。现代佳能数码单反相机的分区测光都是在此基础上的改进。

4、美能达分区测光： 

最早见于 Dynax 7000i上，其特点是将画面分成六个区域，但其中五个区域都集中在中央部分，约占总画面的20％，这样能与AF系统更密切地配合使用。由于Dynax 7000i 上有三组测距组件来对被摄体进行测距，因此可以在当被摄体不在画面中央时进行自动聚焦，由于各分区均与AF系统的测距组件相贯通，测光系统会做出相应的调整。即根据被摄主体的位置信息，选择中央五个测光区的重点；与此同时，四周的测光区测量背景亮度，并算出主体亮度和背景亮度的亮度差，判断出是否为逆光。当中央与四周的亮度差大时，就改成对应区域单区测光；亮度差小时，则改成中央重点加权平均测光。

由于被摄体几乎集中在画面中部，所以六个分区都要加以考虑，其测光灵敏度分布类似于中央重点加权平均测光；与对焦点联动，当被摄体偏向于左边，测光灵敏度的分布随之调整。因此，Dynax 7000i上的这种测光方式具有根据主体位置来调整测光灵敏度的优点， 所以称为"智能化测光系统"，它是美能达"专家智能化"蜂巢式测光系统的前身。但由于背景只用一段测光元件测光，无法区分天空和地面的测光值，所以当天空很明亮而地面很暗时，有可能出现测光偏差。 

美能达在测光方面的技术积累被应用于数码相机，并被索尼所继承。

5、宾得分区测光： 

最早见于Z-10上，为六分区，其工作原理与佳能的六分区综合测光方式类似，由于背景只用一段测光元件测光，所以具有与美能达分区测光同样的毛病。 

后在Z-1又改进为八分区，将背景部分分成三个区，上半部背景用一段测光元件，下半部背景则用两段测光元件，解决了Z-10六分区的问题。八分区测光所用算法对暗处加以优先考虑。在正常照明条件下，同时还考虑了中央部位以外的四周部分的阴暗区。在逆光时，只测量中央部分，并假设主体在中央，并加以自动补偿，补偿量取决于由AF系统测量到的拍摄距离。当亮度高于EV16(极亮的物体)操还要多增加一些曝光量，使亮物体仍为亮物体。

五、局部测光 

这是佳能公司首创、属点测光方式的改进方式。其特点是测光范围比点测光要大些，如在佳能EOS-1上为总画面的5.8%(点测光为2.3%)；在 EOS 650上为6.5%；在EOS 10上为8.5%。 

局部测光是中央重点加权平均测光和点测光方式的折衷方式。中央重点加权平均测光方式易于使用，但在照明条件奇特的场合下无能为力；而点测光方式能准确地控制曝光量，但难以使用，要经验比较丰富后才能发挥效用。局部测光方式则处于二者之间。如在拍摄一幅半身肖像时，如果背景光很亮，而且人脸上的亮度又不均匀，若用中央重点加权平均测光方式给出的测光值来曝光，有可能使人脸曝光不足；而使用点测光时，额头的读数与下巴的读数可能会有差别，只有经验丰富时才能知道该测取哪一部分的读数。采用局部测光方式，因测光区域较点测光大，所以能兼顾人脸上的各部分的曝光。 

局部测光灵敏度分布图

六、蜂巢式测光和十六区测光 

蜂巢式测光是美能达在其第三代AF单反机Dynax 7xi上首创的，它也是属分区测光方式中的一种，但比较特别，故单独介绍，其分区方法见图3-10(a)。整个画面共分成14个区域，中央有13个面积相同的六边形小区域，似蜂巢状的，其余部分属第14个区域。分别由14段SPD进行测光，中央13段SPD测量前景(即被摄主体)曝光值，任何位于第14段 SPD测光范围内的景物均算是背景。 

蜂巢式测光方式是美能达Dynax 7000i 上的分区测光方式的自然发展。Dynax 7000i上的智能化测光系统虽然能根据被摄体在画面的位置来选择重点区域，但毕竟由于中央部分的五个区域过小(只占总画面的20%)，当被摄体偏离中心不太远时还是很有效的，但若主体更偏离中心部分时， Dynax 7000i的分区测光方式就有些难以应付了。由于Dynax 7xi照相机的AF区域特别宽，而且用4组测距组件来进行测距，每次聚焦准确后，可以得出4个(垂直拍摄时有3个)测距值，照相机运用模糊逻辑分析出被摄主体的位置及大致尺寸，从而判断出被摄画面是否为风景、近摄、动体或正常的肖像摄影等，再参照照相机内储存的大量构图数据和焦点距离等值，判断出画面中部的13个 SPD中究竟哪几个是测量被摄主体的。判断成功后，就以这几个测光值为重点参考量，再综合考虑其他区域的测光值，给出使被摄主体曝光准确的曝光量。 

以前所有的分区式测光方式(或多或少，包括 Dynax 7000i)都是以中央区域为重点的，而蜂巢式测光方式则不同，它可以是中央重点也可以不是，完全取决于被摄主体所处画面中的位置，即是以被摄主体为重点。中部的13块区域中的任何一块或几块都有可能成为重点，这就是美能达所谓的"专家智能化测光方式"。从图3-8中可看出，被摄主体几乎可以在画面的任意位置，Dynax 7xi都能给出适当的曝光量。 

蜂巢式测光方式的优点之一是在逆光时也能够方便正确地测量出被摄主体的曝光值，即具有自动逆光补偿功能。例如照相机判断出被摄主体所处的位置之后，就以其所对应的 SPD测光值作为重点来选择曝光值，尽管此时存在着逆光，但照相机已经知道这些高亮区域属于背景，所以对这些区域的测光值考虑甚微，所以光线强烈的背景对曝光值的选择并没有多大的影响，照相机仍以被摄主体的测光值来进行曝光。 

从理论上讲，蜂巢式测光方式是至目前为止最为理想的测光方式，它的工作方式更加接近人的思考方式，但是否成功则取决于能否准确地判断出被摄主体在画面中所处的位置，即AF区域是否足够大和模糊逻辑的程序设计是否正确。如果模糊逻辑设计得不正确，那么它所推理出来的主体位置就有可能与实际的不相符，从而导致选出来的曝光量不正确。经过多年的验证，这种测光方式的确很有效，所以后来Minolta的AF SLR都基本配置了这样的测光模式。 

蜂巢式测光方式后来也装备在Dynax 3xi/SPxi上，但蜂巢数由原来的13块减至7块。 

佳能于1992年新推出的EOS 5 采用了五个可选择的AF区域，总体AF区域特别宽，为了配合新型的AF系统，因此重新设计了一个十六区测光系统，能较完美地解决对主体进行准确测光的问题。 

佳能十六分区测光的工作原理说明如下：分区中的A0～A4区对应于五个AF区域，选择AF区域时就相当于选择了测光的重点；C12～C15则对应于背景。如果选择A1作为主体聚焦点，则测光重点是以A1区为主，并综合考虑周围A0、A3和B6的测光值；如果主体在中央，则以A0为主，综合考虑B5、A1和A2的测光值；如果以A4为主体聚焦点，说明主体很靠近画面的边缘，故以A4为主，综合考虑的只有B10和B11两区的测光值了。由此可见，十六分区测光系统， 也能随着聚焦点的不同自动地调整测光重点。

七、3D矩阵式测光 

这种测光方式首次出现在1992年推出的尼康F90，这是一种扩展了的矩阵式测光方式。原来的矩阵式测光方式只能测取两维摄影画面的参数，而3D矩阵式测光方式能将拍摄距离考虑在内，因此称为3D(即三维之含义)矩阵式测光。为了配合新型的十字交叉型AF系统，尼康再次将原来的五分区变成了八分区，即将原来中间的一个区细分成4个小区，其中最中心的三个区完全与新开发的CAM246 AF模块的AF区域相吻合，从而新型的3D矩阵式测光系统第一次与AF系统相联系。这种测光方式只有与新型的 D型AF镜头配合使用时才有效，因为只有D型镜头能向机身提供拍摄距离。  

3D矩阵式测光系统根据下列四类数据来决定曝光量： 

   第一组：从八段测光元件测得的亮度数据，并以各种方式组合； 
   第二组：从八段测光元件测得的反差数据，并以各种方式组合； 
   第三组：从D型AF镜头传递来的聚焦距离数据； 
   第四组：从机身AF系统测量得到的散焦量。 

显然，第一和第二组数据是必不可缺的，这也是尼康最早设计矩阵式测光方式所依据的数据，因此这两组数据构成了矩阵式测光的基础。照片处理网(http://www.photops.com)

3D矩阵式测光方式比矩阵式测光多了第三和四组数据。引入这两组数据是基于这样的考虑。在正常的摄影中，被摄主体大多是在构图画面的中央部分，所以八分区的中央大区的测光数据是很灵敏和对曝光是起决定性的作用，特别是被摄体处于逆光时，只要周围测光元件的测光值与中央测光元件的测光值相差较大时，测光系统就能判断出此被摄主体是逆光的，为了保证主体的曝光准确，就要增加曝光或者启动闪光灯进行填充式闪光。但在近摄时，过细的分区会由于高放大倍率而造成误差，从而测光不准，因此引入了第三组数据，这组数据决定了测光分析系统对各段测光元件的侧重性，如当主体在远处时，使用八个段的数据进行分析；当主体很近时(即在近距离摄影时)，则偏向于中央的大分区(该分区约占全画面13%)，相当于局部测光。 

第四组数据则用来确定被摄主体是否在画面中央，由于CAM246自动聚焦模块的范围较大，横向达7mm，所以可检测出中央部分的散焦量。例如，检测到的散焦量不是太大，相机内的计算机就判断出主体在画面中央，因此对中央一段的测光值加重考虑；如果散焦量很大(离焦)，计算机判断出主体不在画面中央 (如先锁定焦点，再偏离中心进行重新构图)， 所以根据周围几段的亮度和反差值加权着重考虑。 

在使用焦点锁定时，如果测光系统测出整个画面是主体与背景的反差很大 (如主体处于强烈逆光或背景很暗而主体被完全照明等)，在最终决定曝光量时，还考虑了在重新构图前那一时刻的测光值，以减少误差。 

上述方法也适合用电子焦点检测装置进行手动聚焦。而且还采用了模糊逻辑算法来进行平滑的数据处理，以避免在连续拍摄中曝光量的突然变化而造成曝光误差。