基於物理的的相機(一):曝光

Moving Frostbite to Physically Based Rendering中講了Frostbite引擎的基於物理的整套管線流程,其中就包括物理相機

世界中的部分物體亮度是很高的,比如光源,相機的亮度範圍也是有限,就需要將世界的亮度重新映射到相機的亮度範圍,最終顯示在照片上

 

需要做這件事的處理就是曝光,曝光代表有多少光線顯示在圖像上。

控制曝光的三個參數就是:快門速度、光圈大小、感光度(ISO)

如果需要相同數量的光線顯示在圖像,改變其中一個設置,他們必須在其他參數上進行逆補償,確保最終的曝光值相同。

快門

在快門打開時感光元件/交卷會開始感光,關閉時結束感光,

這個時間就決定感光元件讀取的光量,所以晚上拍照需要增大快門時間

快門速度一般的表示方法是以秒爲單位1/100s、1/30s、2s...

快門速度從2秒增加到4秒會得到雙倍光量

快門時間足夠長,可以拍出動態模糊的效果

光圈

通常稱爲f-number(N),透鏡的焦距(f)與孔徑(D)的比,N= f/d。孔徑越大,進入相機的光線就越多。

光圈數值和光圈大小是剛好相反的,小的“光圈數值”代表了大光圈,大的“光圈數值”代表了小光圈。比如f/1.2、f/1.8、f/2.8這三組數值都表示大光圈(一般f/+一個數值特指光圈數值),其中f/1.2的光圈最大,而f/18、f/22、f/32則表示小光圈,其中f/32最小。

光圈大小會影響景深(焦點)。光圈大,背景虛化強;光圈小,背景虛化小。

感光度(ISO)

感光度也稱ISO,通常感光度值是直接在ISO後邊加數值表示的,ISO100爲低感光度,ISO6400爲高感光度。感光度,就是感光元件對光線的敏感程度。

感光元件以前是膠片,膠片感光然後產生化學變化,使得底片上留有物體的影像;而數碼時代的感光元件是cmos或者ccd。

感光度會影響畫面噪點,感光度小的畫質細膩噪點少;感光度大的畫質噪點多,後期Grain就是模擬這個噪點

 

這三個參數構成了曝光,下一篇寫自動曝光實現

 

參考:

[LR14] Sébastien Lagarde, Charles de Rousiers – “Moving Frostbite to Physically Based Rendering 2.0”, SIGGRAPH 2014

https://placeholderart.wordpress.com/2014/11/16/implementing-a-physically-based-camera-understanding-exposure/

https://www.bhphotovideo.com/explora/photography/tips-and-solutions/understanding-exposure-part-2-aperture

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