為了驗證camera在不同亮度等級的光照場景下都能有合適的曝光效果，一般會分別在強光、中光和弱光條件下進行拍攝測試分析。

對于AE（自動曝光）模式的成像系統(tǒng)來說，做曝光誤差的測試可以有效提前預防一些曝光誤差帶來的不良畫面效果。比如常見的畫面曝光不足（欠曝），盡管亮部區(qū)域層次豐富，但是暗部丟失細節(jié)；又或者是畫面過曝，高光區(qū)域一片白，無層次、無信息。

基礎概念

? 曝光

指在攝影中進入鏡頭照射在感光元件上的光量，由光圈、快門、感光度（ISO）的組合來控制。

如果進光量太大，照片過亮；進光量太小，則照片過暗。

? 影響曝光的因素有哪些？

影響曝光的三要素包括：ISO感光度、快門速度（即曝光時間）、光圈大小。每個設置以不同方式控制曝光。

光圈：控制光線可以進入相機的區(qū)域，光圈越大，曝光量越多，畫面越亮。

快門速度：控制曝光持續(xù)時間，快門速度越快，進光量越少，畫面越暗。

ISO感光度：控制相機傳感器對給定光量的敏感度，感光度越高，曝光量越多，畫面就越亮，但噪點也越多。

—— 圖源網絡

因此，可以使用上述三種設置的多種組合來實現相同的曝光。然而，關鍵是知道要做出哪些權衡，因為每個設置也會影響其他圖像屬性。例如，光圈影響景深，光圈越大，景深越小，背景容易虛化模糊；快門速度影響運動模糊，快門速度越慢越容易造成運動模糊；ISO感光度影響圖像噪點，感光度越高，圖像暗區(qū)噪點越多。

? 什么是正確曝光？

這并沒有準確的答案，但可以遵循總原則：照片要能真實反映拍攝時的環(huán)境亮度。如果一張正午戶外的照片被拍得昏暗如夜，這張照片就曝光不足，反之則是曝光過度。曝光是否準確是根據日常生活經驗判斷，或者是基于拍攝要求做定制，比如一些攝影藝術照的特殊曝光要求等。

—— 圖源網絡

通常，相機經過Sensor驅動優(yōu)化和影像ISP調試后，相機對大部分場景做的自動曝光是相對正確的，但也有不準的時候。典型的例子是雪景，本來應該雪白刺眼的場景拍出來卻是一片灰色；再比如對著一堆煤球拍，本來是純黑，拍出來卻是灰煤。這些場景出現明顯的曝光失誤，失誤根源是相機的反射式測光原理。

—— 圖源網絡

? 什么是中性灰曝光？

我們之所以能看見東西，不外乎兩種情況：一是物體本身可以發(fā)光，比如太陽或人造光源；大多數情況則是物體能夠反射外來光線。反射的光線越多，物體就越亮，反之則越暗。

—— 圖源網絡

中灰是介于白色和黑色之間的中間色調。中灰也被稱為18%灰。18%代表中灰反射的光量。相機認為平均反射率為18％的曝光是正確的。

那為什么中灰會是18%而不是50%呢？簡單的答案是我們的亮度視覺感知不是線性的。盡管白色物體反射100％的光，黑色物體反射0％的光，但亮度只有它們的1/4的物體并不會反射25％的光，只有它們的1/2的物體也不會反射50％的光。

這意味著在計算平均亮度水平時，我們不能使用算術平均數，而要使用幾何平均數。要計算幾何平均數，您需要將兩個數字相乘，然后找出結果的平方根。

這就是為什么中灰被稱為18%灰的原因。在白色和黑色之間的中點處，那個灰色只反射了18%的光。

——圖源網絡

以一張客廳照片為例，客廳墻壁又白又亮，而電視機的大屏幕又黑又暗，窗簾和家具等亮度居中。那這個時候要以誰的亮度來確定曝光？

相機自動測光取平均數，最后給出一個讓圖片達到中間灰的曝光值，這就是大家經常討論的中性灰曝光。

一般相機內部的自動測光采用了簡單粗暴但有效的方式，它認為全世界所有場景的平均亮度都是18%灰的亮度。（該方法基于科學家認為自然界的平均反射率是18%這一理論。）

因為大部分生活場景都是明暗交織的，平均起來差不多是灰色，所以相機大多數情況下自動測光都相對準確，整體會有相對正確的曝光效果。

但在雪景這樣的純白場景（或者煤球等純黑場景）時，如果相機依然給出中間灰效果的曝光值，那會拍出來就會白雪成灰雪，煤球成灰球的圖片。

此時，我們就要對自動曝光值予以修正，對雪景增加曝光，煤球減少曝光，這樣才能拍出亮度和色調正確的照片。

測試與分析

我們一般從三個維度測試成像系統(tǒng)的曝光效果：

曝光時間

曝光準確性

曝光穩(wěn)定性

當然，并不是所有的用戶都需要看這三個維度的數據，這需要看用戶的具體需求。但通常，一般用戶只需參考曝光準確性即可。

所以，以下測試講解也是基于曝光準確性的測試方法和數據參考。

? 測試卡選擇

針對曝光誤差測試，我們可以選擇Q14灰階測試卡或是colorchecker 24色經典測試卡。在專業(yè)光學實驗室內，通過拍攝相應的圖像測試卡，并通過圖像分析軟件得到曝光誤差的數據結果。

colorchecker 24色經典測試卡的色塊是在眾多色彩中一系列經科學配制的 24個參照色，包含了彩色、原色和灰度色塊等。這些色塊大多代表自然物體，如人體皮膚、樹葉和藍天。

由于它們代表各自對應物的色彩，并且以同樣的方式反射可見光譜中的光，這些色塊可在任何光源下與其代表的自然物體的色彩相匹配。

不僅可用于色彩再現，還可用于數碼相機創(chuàng)建白平衡，以確保在任何光照條件下都可產生標準白。

? 測試環(huán)境搭建

1、將ColorChecker 24色經典測試卡吸附在中性灰色背板上，左右居中、水平平齊；

2、測試推薦色溫、照度條件（A光：30Lux＆800Lux；TL84：30Lux＆800Lux；D50/D65: 30Lux＆800Lux，有條件的話可以驗證D75：30Lux＆800Lux），測試圖卡的表面照度均勻性需達到90%以上；

3、將設備固定在夾具中，需檢查設備鏡頭有無臟污，若有則需使用鏡布進行擦拭，若鏡頭損壞則需更換設備；

4、將三腳架、云臺調平，調整畫面，圖像畫面占比建議在1/2到2/3之間，畫面中測試卡表面不反光；鏡頭表面和測試卡表面相對平行且畫面上下、左右對稱；

5、拍攝時，先進行鏡頭遮擋，重新觸發(fā)3A，等畫面穩(wěn)定后進行拍攝。建議拍攝3張樣本圖像。

點擊觀看視頻：測試課堂第十二講 | 曝光誤差

? 軟件分析解讀

1. 打開imatest軟件，點擊colorcheck模塊。

2. 導入需要分析的圖片，選擇讀取分離文件，點擊是的。

3. 軟件會自動識別色塊，需調整ROI大小，確保ROI在色塊中心。ROI大小建議在0.65左右，若畸變較大可根據實際情況調整。

4. 在“Colorchecker參考”這里需要選擇24色卡的標準色彩數據。如果是自己測試的色度數據，需要選擇LAB file 項目以打開測試的色度文件。

(1)?對于反射24色卡，推薦選擇X-Rite defalut:post-Nov2014 D50；

(2)?對于透射24色卡，選擇LAB D50 file(CSV or CGATS)，然后點擊確認，軟件會提示加載參考文件進去。

選擇需要使用的色差公式，以及顯示的分析結果種類，點擊確認。

5. 選擇需要保存的結果圖片及csv數據文件。

6. 打開csv結果數據文件，讀取第22個色塊的像素亮度值，推薦值在100到160。如下方結果示例，像素亮度值在148，說明曝光是比較適宜的。

本期內容就到這里，如果有任何疑問或者是其他感興趣的話題都可以到下方評論區(qū)進行留言！

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