這幾個概念在網上資料比較少，講得都比較模糊。

勇哥先上一張圖，后面再介紹具體的概念。

什么是曝光？

盡管攝影自誕生以來，無數人都在探索相機這個工具究竟能發揮那些作用。但一個最基本的作用，就是把我們眼睛看到的通過攝影來記錄下來。

我們的人眼其實和擁有測光系統的照相機有著類似的工作機制，先對光線的強度進行測定，再計算出合適的曝光參數進行曝光。一個證明就是我們如果在中午看完電影從電影院出來，我們會本能的感覺到外面的光線非常刺眼，但只要稍微閉一下眼，就立刻適應了。也就是說，我們的眼睛在光線強度突然發生巨大變化的時候，也是需要一些時間去“調整曝光參數”的。

如果把我們的視覺系統比做照相機的話，大家都應該能理解，我們瞳孔其實就起到了照相機鏡頭光圈類似的作用，我們的科學家已經證明了我們的瞳孔在看東西的時候一直在運動著的，會根據眼睛所注意到的物體的亮度，放大收縮。這個視野范圍約37度到38度，那么如果把我們的視覺系統比做照相機的話，那么這就是一臺帶測光的自動檔照相機。

好，有了以上的理論基礎，我們來解釋一個問題：在逆光情況下為什么我們眼睛看的人或者物都是正常亮度，可是相機咔嚓一下就黑了呢？

原因有以下幾個方面，

第一，基于前面對眼睛的闡述，我們之所以看到很正常，其實我們的眼睛在注意看東西的時候，實際上只有37到38度左右的有效視野范圍，比如大太陽下的人，你看人臉，實際上天空你并沒注意到，但是你看到天空的時候，你眼睛實際上注意力有調整到了天空，等于又針對了天空進行“測光”，如果人和太陽光比過強，你的眼睛抬頭的時候，實際上也是要本能的瞇起來的。這就是我們視覺系統在“調整曝光參數”的證明。但即便如此，相機完成這些轉換要比我們的視覺系統慢的多，而且必須一張一張的拍。

也許有同學會問，好像不對啊，37度38度范圍如果離開的夠遠，那么我們眼睛的有效范圍也很大，肯定可以同時注意到人和天空了。

那么這就是第二個原因，我們人眼可以接受的最亮的光強和最暗的光強比——也就是“寬容度”的概念（關于“寬容度”可以點擊查看我的另外一篇專欄文章：產品測試|關于華為P9照相功能寬容度測試 - 知乎專欄，）約為50000倍，換算為光圈的檔數約15.6檔的光圈，也就是2的15.6次方。而我們目前的照相機寬容度，可以查到的數據最高約為14檔，2的14次方換算一下也就是16000倍多一些，50000倍和16000倍相比差距還是很可觀的。

什么是快門

工業相機一般都具備電子快門特性，電子快門不需任何機械部件。相機采用電子脈沖長度控制相機傳感器對光的積分時間。由于相機感光時間越長，信號電荷累積也越多，輸出信號的幅值也越大。相機輸出的僅是電子快門開啟時的傳感器累積的光電荷信號，其余時間里的光電荷信號則被泄放。電子快門的特點是無運轉噪聲、速度檔次多、速度快，適合分析快速運動過程，但存在圖像的不連續、間斷跳躍感。

目前，相機的最短電子快門時間一般為百萬分之一秒, 較高的電子快門速度對于觀察運動圖像會產生一個“動作凍結”效應，從而大大地增加了相機的動態分辨率。同時，當電子快門速度提高時，在傳感器積分時間內，聚焦在傳感器上的光通量減少，將會降低相機的靈敏度。因而高速的電子快門需要有充足的光照才能保證圖像正常的灰度。

常見的電子快門的方式有全局快門（Global shutter）和卷簾快門（rolling shutter）兩種，全局快門是曝光時，傳感器上所有像素在同一時刻開啟曝光并在同一時刻曝光結束，將物體某時刻的狀態成像，對運動物體而言類似將運動物體凍結了，所以適合拍攝高速運動的物體。卷簾快門是逐行順序開啟曝光，不同行間曝光的開啟時刻有個很小的延遲，所以不適合運動物體的拍攝。

如果相機的曝光時間過長，就會使速度快的運動物體變模糊。工業相機的電子快門可以使曝光時間得到控制和調節，這種調節是非機械式的，快門控制具有很大的靈活性，給視覺系統帶來了極大的好處。電子快門的曝光時間的變化，僅僅改變了相機光敏像元對外來光的感光積分時間，但不會改變相機內在的視頻讀出周期。對于運動物體來說，快門時間越短，所獲取的圖像越精確，即越不模糊，但過短的曝光時間會需要光照強度大大提高，給光照技術帶來很大的困難，所以應選擇合適的快門時間。

工業相機工作過程中曝光(Exposure)是圖像傳感器進行感光的過程。在曝光過程中,CCD/CMOS收集光子并轉換成電荷;曝光結束后,CCD/CMOS通過一定的方式將電荷移出。從光曝光對照片質量的影響很大,如果曝光過度,則照片過亮,失去圖像細節;如果曝光不足,則照片過暗,同樣會失去圖像細節。控制曝光就是控制總的光通量,也就是曝光過程中到達CCD/CMOS表面的光子的總和。

影響曝光的因素

有三個:

光圈。

光圈控制光線進入的通路的大小,光圈越大,則單位時間的光通量越大,光圈越小,則單位時間的光通量越小。

曝光時間。也就是快門速度。

在數碼相機中,可以采用電子快門,也可以采用傳統的機械快門。

快門速度和光圈大小是互補的,比如,為了加更多的光可以進來。

增益。經過雙采樣之后的模擬信號的放大增益。

由于在對圖像信號進行放大的過程中同時也會放大噪聲信號,因此通常把放大器增益設為最小,曝光和增益是直接控制傳感器(CCD/CMOS)上讀出來的數據，是要優先調節的，以調節曝光時間為主。

在不過曝的前提下，增加曝光時間可以增加信噪比，使圖像清晰。當然，對于很弱的信號，曝光也不能無限增加，因為隨著曝光時間的增加，噪音也會積累， 曝光補償就是增加拍攝時的曝光量。

增益一般只是在信號弱，但不想增加曝光時間的情況下使用，一般相機增益都產生很大噪音。工業相機在不同增益時圖像的成像質量不一樣，增益越小，噪點越小；增益越大，噪點越多，特別是在暗處。

數碼相機的ISO就是這里說的增益，增大ISO，是增加感光器件對光的靈敏度。高感光度對低光照靈敏，同時對噪雜信號也靈敏，信噪比小，所以高感光度噪點也多(可利用圖片軟件的降噪功能減輕或去除)。

調節亮度增益說白了就是改變ISO，改變CMOS傳感器的感光性能，但是會影響到畫質。調節曝光補償則是為了改變快門速度，不改變ISO不會影響畫質。

工業相機不同增益時圖像的成像質量不一樣，增益越小，噪點越小；增益越大，噪點越多，特別是暗處。增益在工業相機中叫增益，在民用數碼相機、單反中，有一個更常用的名字叫ISO。

ISO越大，則增益越大，圖像的噪聲也越多。而評價各廠商的相機產品時，往往后評價其在高增益條件下的成像質量如何。

增益一般只是在信號弱，但不想增加曝光時間的情況下使用。一般相機增益都產生很大噪音的，所以幾乎不怎么用。

其中曝光和增益是直接控制傳感器（CCD/CMOS）上讀出來的數據，是要優先調節的，以調節曝光時間為主。

不過曝的前提下，增加曝光時間可以增加信噪比，使圖像清晰。軟件上有個選項可以把過曝的區域顯示出來。當然，對于很弱的信號，曝光也不能無限增加，因為隨著曝光時間增加，噪音也會積累。所謂冷CCD就是靠降溫減少噪音，從而可以長時間曝光拍攝弱信號。

審核編輯 ：李倩