白加黑減說AE
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玩單反攝影的朋友在控制曝光上有一個很重要的經驗：白加黑減 。
這張圖是單反相機的曝光表，我們拍照時，半按快門，相機就會進行測光，中間紅色的小箭頭會指示出相機當前的曝光，我們讓小箭頭落在0處，一般的情況，這就是合適的曝光。
根據白加黑減的原則 ： 在拍白色為主的場景時，要加一些曝光，也就是讓小箭頭往右一點；
反之，在拍黑色為主的場景時要減一些曝光，讓小箭頭往左一點。
這樣操作才能得到曝光合適的照片。這就是所謂的『白加黑減』。
那麼為什麼要做這種操作呢？那就得從自動曝光（AE）的基本原理說起。
在單反相機里，主流的自動曝光演算法是均值法，這是由於專業相機要通過各種標準測試，必須符合計量科學的種種標準的約束，在這方面，只有均值法比較合適。除了均值自動曝光法還有直方圖法，以及各種混合法控制曝光。
均值法，就是通過控制圖像的平均亮度達到合適曝光的方法。
問題1： 什麼是曝光？
sensor的亮度也就是sensor的曝光。
曝光 = ISO X 光圈 x 曝光時間 ；
如果以ISP的角度來看：
Total exposure = analog_gain x digital_gain_sensor x Exposure_time_sensor x
Isp_digital_gain這裡的isp_digital_gain 包括了white balance gain等會增加圖像亮度的運算操作。
問題2： 什麼是測光？
測光就是測量出當前圖像的曝光，相機是如何測量出圖像的亮度的呢？
這是一個ISP的基本流程圖，在demosaic前的位置，或者demosaic後緊挨著的位置，會計算出圖像的亮度均值。
攝影時候調整光圈，快門，感光度，讓AE metering的值達到一個目標值，這就是曝光控制的過程。
問題3：這個AE的目標值是怎麼確定的呢？
那就得先說成像系統的目標是什麼？成像系統的目標就是存儲或者顯示人的視覺感知。為了達到這個目的，人類研究了幾百年，各路科學家或者科研組織都研究出自己的一套標準，比如CIE：國際照明組織有一套標準。ITU：國際電聯，又有一套標準。每一套標準都對應著成像系統最終存儲或者顯示的圖像的色彩和亮度的目標值，人們給這個目標值起了很費解的名字，色彩空間——color space。所以當你調節專業顯示器的時候，你會發現一個選項列表，什麼adobe RGB ，CIE RGB, sRGB，其中sRGB是微軟提出的標準，也是使用最廣泛的一個標準，很多成像系統都是先把圖像輸出為sRGB色彩空間，然後再按需要轉換到別的色彩空間上。
那麼按照sRGB色彩空間，Gamma = 2.2，如果拍一個color checker，成像的目標就是把圖像處理成這樣的數值：
對於這樣一個典型場景，整個圖像的平均反射率是18%，也就Neutral 5這個patch的反射率，那麼從曝光的角度，就是使圖像的平均亮度達到Neutral 5這個patch的亮度122。
從成像的pipe line上看，曝光的控制是在gamma運算之前進行的，那麼就得把gamma運算進行逆運算，
Gamma 計算的公式是：
Output = 255（Input/ 255)1/gamma
那麼做逆運算就是：
Input = 255 x (Output/255)gamma
把122 代入進去，結果是約等於50.
也就是說AE的目標就是把圖像的平均亮度在gamma前調整到50。
問題４：為什麼要白加黑減呢？
說到這裡，已經把曝光的原理說得很明白了，成像系統統計處當前的圖像的平均亮度，調整曝光時間，感光度，光圈，數字增益等等，讓圖像的平均亮度達到５０。但是，所有這些都是基於一個前提：圖像的平均反射率是１８％。也就是上邊所說的典型場景。當平均反射率大於１８％的時候，比如白色為主的場景，那麼這個假設就不成立，所以需要提高曝光，這樣才能使圖像和實際一致，否則圖像就會發暗。同理，當平均反射率低於１８％的時候，比如黑色為主的場景，就要降低曝光，否則圖像就顯得太亮了。這就是所謂的『白加黑減』的原理。
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