相機(jī)中平衡兩側(cè)光線(上)
在攝影創(chuàng)作中,光線的均勻性直接決定著圖像的質(zhì)感與還原度。當(dāng)場景中兩側(cè)光線存在差異 —— 可能是左側(cè)強(qiáng)光、右側(cè)陰影,或是左右色溫截然不同時(shí),相機(jī)需要通過一套多維度的協(xié)同機(jī)制,將這種失衡的光線 “馴服”,最終呈現(xiàn)出明暗過渡自然、色彩和諧統(tǒng)一的畫面。這一過程涉及光學(xué)設(shè)計(jì)、傳感器性能、電路控制與算法優(yōu)化的深度融合,每一個(gè)環(huán)節(jié)都在為 “平衡” 二字服務(wù),其精密程度遠(yuǎn)超肉眼可見的圖像效果。
鏡頭作為光線進(jìn)入相機(jī)的第一道 “關(guān)卡”,其光學(xué)設(shè)計(jì)是平衡兩側(cè)光線的基礎(chǔ)。早期相機(jī)鏡頭常因鏡片材質(zhì)的折射率不均、鏡片邊緣與中心的厚度差異,導(dǎo)致兩側(cè)光線的透過率出現(xiàn)偏差 —— 例如,邊緣鏡片對(duì)藍(lán)光的吸收更強(qiáng),使得畫面左右兩側(cè)呈現(xiàn)出微妙的明暗或色溫差。為解決這一問題,現(xiàn)代鏡頭采用了 “非球面鏡片” 與 “低色散鏡片” 組合:非球面鏡片通過特殊的曲面設(shè)計(jì),讓兩側(cè)光線在通過鏡片時(shí)的折射角度趨于一致,避免邊緣光線因折射過度導(dǎo)致的亮度衰減;低色散鏡片則通過摻雜鑭系元素,降低不同波長光線(尤其是紅光與藍(lán)光)在鏡片兩側(cè)的色散差異,確保左右兩側(cè)的光譜成分保持均衡。此外,鏡頭鍍膜技術(shù)的進(jìn)步也功不可沒,多層增透膜能針對(duì)不同波長的光線進(jìn)行選擇性增透,例如在廣角鏡頭中,通過調(diào)整邊緣鍍膜的厚度,可將兩側(cè)光線的透過率差異控制在 1% 以內(nèi),從源頭減少光線失衡的可能性。
當(dāng)光線穿過鏡頭抵達(dá)感光元件時(shí),傳感器的 “光電響應(yīng)均勻性” 成為平衡兩側(cè)光線的關(guān)鍵。CMOS 或 CCD 傳感器由數(shù)百萬個(gè)像素組成,理論上每個(gè)像素對(duì)光線的敏感度應(yīng)完全一致,但實(shí)際生產(chǎn)中,半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)分布、像素電路的微小差異,會(huì)導(dǎo)致兩側(cè)像素對(duì)相同強(qiáng)度的光線產(chǎn)生不同的電荷輸出 —— 左側(cè)像素可能對(duì)綠光更敏感,右側(cè)則對(duì)紅光響應(yīng)更強(qiáng),形成畫面兩側(cè)的 “色偏”。為彌補(bǔ)這一缺陷,相機(jī)廠商在傳感器出廠前會(huì)進(jìn)行 “暗電流校準(zhǔn)” 與 “光電響應(yīng)校準(zhǔn)”:暗電流校準(zhǔn)通過在全黑環(huán)境下檢測(cè)每個(gè)像素的自發(fā)電荷輸出,記錄下兩側(cè)像素的暗電流差異,在后期處理中自動(dòng)抵消;光電響應(yīng)校準(zhǔn)則通過均勻光源照射傳感器,測(cè)量兩側(cè)像素在相同光強(qiáng)下的電荷輸出差值,生成 “像素校正矩陣”,當(dāng)相機(jī)工作時(shí),實(shí)時(shí)調(diào)用該矩陣對(duì)兩側(cè)像素的信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。例如,若右側(cè)某區(qū)域像素的敏感度比左側(cè)低 5%,處理器會(huì)自動(dòng)將該區(qū)域的信號(hào)放大 5%,確保兩側(cè)的亮度輸出保持一致。
曝光控制機(jī)制在動(dòng)態(tài)平衡兩側(cè)光線中扮演著 “實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)器” 的角色。當(dāng)場景中兩側(cè)光線強(qiáng)度差異較大(如左側(cè)逆光、右側(cè)順光)時(shí),單純的光學(xué)與傳感器校準(zhǔn)難以完全平衡,此時(shí)相機(jī)的 “中央重點(diǎn)測(cè)光” 與 “矩陣測(cè)光” 系統(tǒng)開始發(fā)揮作用。中央重點(diǎn)測(cè)光會(huì)優(yōu)先考慮畫面中心區(qū)域的光線強(qiáng)度,同時(shí)對(duì)兩側(cè)光線進(jìn)行加權(quán)計(jì)算 —— 例如,左側(cè)光線過強(qiáng)時(shí),系統(tǒng)會(huì)適當(dāng)降低整體曝光,同時(shí)通過局部快門速度調(diào)整(在卷簾快門相機(jī)中,可微調(diào)兩側(cè)像素的曝光時(shí)間),讓左側(cè)高光區(qū)域的曝光時(shí)間縮短 1/3,右側(cè)陰影區(qū)域延長 1/3,實(shí)現(xiàn)兩側(cè)亮度的動(dòng)態(tài)平衡。矩陣測(cè)光則更為智能,它將畫面劃分為數(shù)十個(gè)區(qū)域,對(duì)兩側(cè)光線進(jìn)行獨(dú)立測(cè)光,并與內(nèi)置的場景數(shù)據(jù)庫比對(duì) —— 當(dāng)檢測(cè)到兩側(cè)光線屬于 “側(cè)光場景” 時(shí),自動(dòng)啟動(dòng) “動(dòng)態(tài)范圍優(yōu)化” 功能,通過提升右側(cè)暗部像素的增益、降低左側(cè)高光像素的電荷飽和閾值,擴(kuò)大兩側(cè)光線的動(dòng)態(tài)平衡范圍。在高端相機(jī)中,甚至?xí)捎?span> “雙感光元件” 設(shè)計(jì),主傳感器負(fù)責(zé)捕捉全局光線,副傳感器專門監(jiān)測(cè)兩側(cè)光線的差異,實(shí)時(shí)向處理器反饋調(diào)整參數(shù),確保曝光過程中兩側(cè)光線始終處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。