基于物理的的相机(一):曝光

末蓝、 2022-04-22 06:20 197阅读 0赞

Moving Frostbite to Physically Based Rendering中讲了Frostbite引擎的基于物理的整套管线流程，其中就包括物理相机

世界中的部分物体亮度是很高的，比如光源，相机的亮度范围也是有限，就需要将世界的亮度重新映射到相机的亮度范围，最终显示在照片上

![20181102202101378.png][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dvbGY5Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

需要做这件事的处理就是曝光，曝光代表有多少光线显示在图像上。

控制曝光的三个参数就是：快门速度、光圈大小、感光度(ISO)

如果需要相同数量的光线显示在图像，改变其中一个设置，他们必须在其他参数上进行逆补偿，确保最终的曝光值相同。

# 快门 #

在快门打开时感光元件/交卷会开始感光，关闭时结束感光，

这个时间就决定感光元件读取的光量，所以晚上拍照需要增大快门时间

快门速度一般的表示方法是以秒为单位1/100s、1/30s、2s...

快门速度从2秒增加到4秒会得到双倍光量

快门时间足够长，可以拍出**动态模糊**的效果

# 光圈 #

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dvbGY5Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

通常称为f-number(N)，透镜的焦距(f)与孔径(D)的比，N= f/d。孔径越大，进入相机的光线就越多。

光圈数值和光圈大小是刚好相反的，小的“光圈数值”代表了大光圈，大的“光圈数值”代表了小光圈。比如f/1.2、f/1.8、f/2.8这三组数值都表示大光圈（一般f/+一个数值特指光圈数值），其中f/1.2的光圈最大，而f/18、f/22、f/32则表示小光圈，其中f/32最小。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dvbGY5Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

光圈大小会影响**景深(焦点)**。光圈大，背景虚化强；光圈小，背景虚化小。

# 感光度(ISO) #

感光度也称ISO，通常感光度值是直接在ISO后边加数值表示的，ISO100为低感光度，ISO6400为高感光度。感光度，就是感光元件对光线的敏感程度。

感光元件以前是胶片，胶片感光然后产生化学变化，使得底片上留有物体的影像；而数码时代的感光元件是cmos或者ccd。

感光度会影响**画面噪点**，感光度小的画质细腻噪点少；感光度大的画质噪点多，[后期Grain就是模拟这个噪点][Grain]。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dvbGY5Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

这三个参数构成了曝光，下一篇写自动曝光实现

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dvbGY5Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dvbGY5Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

参考：

\[LR14\] Sébastien Lagarde, Charles de Rousiers – [“Moving Frostbite to Physically Based Rendering 2.0”][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][https_www.bhphotovideo.com_explora_photography_tips-and-solutions_understanding-exposure-part-2-aperture]

[20181102202101378.png]: /images/20220422/974fe9fb570e4f4fb90abb9168ba1d16.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dvbGY5Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220422/1a8b5b3ea9514b27be02cd4f077e8685.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dvbGY5Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220422/29e8bbb0ca4e49f5a47b54c5186a0b14.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dvbGY5Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20220422/b921bea0e67f4c11b31d7141714d8b6d.png
[Grain]: http://www.wolf96developer.cn/index.php/2018/11/02/unity-postprocessing-stack-v2%E6%BA%90%E7%A0%81%E5%88%86%E6%9E%90%E5%85%ABgrain%E9%A2%97%E7%B2%92%E6%95%88%E6%9E%9C/
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dvbGY5Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20220422/34675ad2c2204a31b5c4176a221bf9c9.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dvbGY5Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20220422/8d4c1a558abc42fcbc1723ded333c6b7.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dvbGY5Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20220422/8fccdc396bf540dc9e664a2dfebea329.png
[Moving Frostbite to Physically Based Rendering 2.0]: http://www.frostbite.com/wp-content/uploads/2014/11/course_notes_moving_frostbite_to_pbr_v2.pdf
[https_www.bhphotovideo.com_explora_photography_tips-and-solutions_understanding-exposure-part-2-aperture]: https://www.bhphotovideo.com/explora/photography/tips-and-solutions/understanding-exposure-part-2-aperture