1.1 照片明暗與256級亮度

一張照片通常必須具有亮部、暗部和中間調（一般亮度）區域，其中中間調區域是非常重要的，它用于表現照片大部分的細節，并可以在暗部和亮部區域之間形成平滑的過渡，這樣照片的明暗層次才會豐富、細膩起來。

實際情況是否如此呢？我們通過幾張照片來看。圖1-1所示的照片，暗部和亮部像素非常明顯，畫面中只剩下純黑和純白像素，中間的灰調區域幾乎沒有，你還能說這是一張照片嗎？恐怕只能說這是一幅圖像了，因為連最起碼的細節和層次都丟失了。

而圖1-2所示的照片，除了黑色的云層和白色的天空部分之外，在水面和木棧道部分出現了一些中間調的灰色像素，這樣的畫面雖然依舊缺乏大量細節，并且層次過渡不夠平滑，但相對前一張照片卻好了很多。

再來看圖1-3表現的另外一種效果。該照片中，亮部區域沒有那么白，呈現出了更多的細節；暗部區域也并非純黑，而是稍微亮了一點，并呈現出許多暗部細節；照片大部分的像素集中在了中間調區域，并且中間調區域的明暗層次過渡是比較豐富的。這樣照片就變得好看了很多，但仍然不夠好，為什么呢？可以看到，照片在高光和暗部區域仍然損失了很多層次細節，并沒有實現完美的平滑過渡。

圖1-4所示的照片與圖1-3很像，但是高光和暗部層次細節更為豐富，這讓照片整體的明暗層次過渡平滑細膩，給人的感覺是最好的。需要注意的一點是，即便是我們最終確定的明暗層次最為合理的照片，仍然會有一些細節的損失，特別是在最亮和最暗的部分，這是由相機的寬容度（在1.1節的“動態范圍與寬容度”中我們將詳細介紹）所決定的，在拍攝高反差的逆光照片時，往往是無法避免的。但輕微的細節損失，一般不會影響照片整體的格局。

從圖1-1～圖1-4，你可以學到一個知識：照片的明暗層次應該是從暗到亮平滑過渡的，不能為了追求高對比的視覺沖擊力，而讓照片損失大量中間灰調的細節。

在數碼領域，我們可以用不同的亮度值來描述照片從最暗到最亮的層次。看圖1-5中的第一行，只有純黑和純白兩級的明暗層次，這與圖1-1只有純黑和純白兩種像素的畫面效果相對應；第2～4行，除純黑和純白之外，還有灰調進行過渡，這與圖1-2和圖1-3的效果相對應；而第5行，從純黑到純白之間有256級明暗層次，并且逐級變亮，明暗層次的過渡已經非常平滑了，這與圖1-4所示的照片相對應。

在計算機中，純黑像素的亮度為0，純白的亮度為255，中間調的亮度則介于這兩者之間。這樣從0～255，一共有256個明暗層次。

看到圖1-5中第5行的灰度條，是否有一種似曾相識的感覺呢？在Photoshop中打開一張照片，然后在“圖像”菜單中選擇“調整”菜單項，在打開的子菜單中選擇“色階”菜單命令，可以打開“色階”對話框。該對話框的底部，就有這樣一個從黑到白的動態條，如圖1-6所示。

在色階圖中間的偏下部位，“輸出色階”是一個灰度條，數值為0～255，一共256級，即256個亮度層次。同樣，0對應純黑，255對應純白，這也對應著照片的256級亮度。

以上我們是用黑白照片來舉例說明的，但當前是彩色攝影的時代，那么彩色照片是否也能套用這種明暗層次變化的規律呢？顯然是的！隨便打開一張彩色照片，你會發現色彩也是有明暗變化的。比如說我們打開的圖1-7，畫面中除了近乎白色的水面和黑色的區域之外，綠色的樹木、青色的水面也是有明暗變化的，這些區域就是展現畫面大量細節的中間調像素區域，它們占據了照片的絕大部分面積。

綜上所述，照片的色彩和明暗都是可以用256級來進行衡量的，后期軟件中對照片明暗和色彩的修飾和調整也是以此為基礎的。

為什么是256級亮度

現在你可能想到一個問題，為什么用0～255來表現照片的明暗呢？這是由計算機自身的特點決定的。計算機以二進制的0和1來存儲數據，一個存儲單元可以容納8位二進制數，如01010101這種形式。這樣，一個存儲單元的樣式變化就有28=256種，用于表現亮度時，就可以表現出256級亮度，也可以稱為8位的位深度。

其實，人眼直接看自然界中的景物，能夠分辨出極為驚人的亮度級別。相機或計算機肯定無法將這些亮度級別都呈現出來，只能進行一定數字化的轉換。相機拍攝的RAW格式原片，通常可以分辨出212或214的亮度級別，即12位或14位的位深度；在計算機中，當前可以支持32位、16位的位深度，如圖1-8所示。但從兼容性的角度考慮，還是沿用多年以前的圖像亮度計算標準，即8位的位深度，也就是我們介紹的256級亮度了。

位深度與照片處理

使用8位的位深度存儲和處理照片，可以獲得更好的兼容性，但也是有缺陷的。我們通過兩張照片的后期處理來看一下。圖1-9為JPEG格式原片和提高1.5EV曝光值后的照片效果。照片提高曝光值后，可以發現非常明顯的問題：畫面的高光部分出現了嚴重的高光溢出，變為“死白”；而暗部被提亮以后，只是變得灰蒙蒙的，明暗層次還原很差。

圖1-10為RAW格式原片和提高1.5EV曝光值后的效果。從改變曝光值后的照片可以看到，雖然原高光部分有些溢出，但并沒有完全損失細節，仍然能分辨出層次；而暗部區域則變得明暗適中，并且層次細節也很理想了。

出現圖1-9和圖1-10所示的問題，原因只有一個，那就是RAW格式與JPEG格式文件的位深度不同。當前，我們使用的JPEG照片文件的位深度是8位，而RAW格式文件的位深度則為14位。較大的位深度讓你在對照片進行處理時，能有更大的發揮空間。

照片的色彩是由紅、綠、藍三種色彩混合而成的，每種顏色都具有28=256級亮度，三種色彩任意組合，那么一共會組合出256×256×256=16777216種顏色。人眼基本上能夠識別1600萬種色彩，兩者大致剛好能夠匹配起來。

反觀RAW格式照片，差別就很大了。RAW格式一般是具有14位色彩深度，即紅、綠、藍三種色彩分別具有214級亮度，最終構建出來的顏色數是4398046511104。如此多的色彩數，遠遠超過了人眼能夠識別的程度。這樣的好處就是給后期處理帶來了更大的余地，而不會輕易出現那種8位位深度的照片寬容度不夠的問題，如稍稍提高曝光值就會出現高光曝光過度、損失細節的情況。

動態范圍與寬容度

動態范圍（Dynamic Range）與寬容度都是指從最暗到最亮的范圍，但所指的對象不同。動態范圍主要針對數碼照片，而寬容度則主要針對的是感光元件（膠片）。

動態范圍是數碼時代的概念，針對的是照片。打開兩張照片，圖1-11所示的畫面反差很高，有非常暗的部分，也有非常亮的部分，并且中間影調的層次過渡很平滑，細節豐富，我們就可以說這是動態范圍很大的照片；圖1-12明暗對比不明顯，照片中缺乏暗部和亮部，即暗部不夠暗，亮部又不夠白，這種照片就是動態范圍很小的照片。

另外，照片的動態范圍是可以進行修飾和調整的。針對動態范圍不夠大的照片，我們可以通過很多種方法進行優化。如圖1-13所示，畫面明顯缺乏暗部和高光部位像素，那我們可以參照直方圖對其進行調整，將其拉伸到0～255的全亮度范圍，這樣照片的動態范圍就足夠大了，如圖1-14所示。

與動態范圍不同，寬容度是從膠片時代沿用下來的概念，是指膠片所能正確容納的景物亮度反差的范圍。能將亮度反差很大的景物正確記錄下來的膠片稱為寬容度大的膠片，反之則稱為寬容度小的膠片。所謂“正確”是指在最暗部和最亮部也能呈現出足夠多的細節層次，如果無法顯示細節，那就表示寬容度不夠了。

到了數碼時代，寬容度被用于描述感光元件對明暗反差的容納能力。一般來說，寬容度越大越好。通常情況下，高檔數碼單反相機的寬容度要好于中低檔機型。