1.1 照片明暗与256级亮度

一张照片通常必须具有亮部、暗部和中间调（一般亮度）区域，其中中间调区域是非常重要的，它用于表现照片大部分的细节，并可以在暗部和亮部区域之间形成平滑的过渡，这样照片的明暗层次才会丰富、细腻起来。

实际情况是否如此呢？我们通过几张照片来看。图1-1所示的照片，暗部和亮部像素非常明显，画面中只剩下纯黑和纯白像素，中间的灰调区域几乎没有，你还能说这是一张照片吗？恐怕只能说这是一幅图像了，因为连最起码的细节和层次都丢失了。

而图1-2所示的照片，除了黑色的云层和白色的天空部分之外，在水面和木栈道部分出现了一些中间调的灰色像素，这样的画面虽然依旧缺乏大量细节，并且层次过渡不够平滑，但相对前一张照片却好了很多。

再来看图1-3表现的另外一种效果。该照片中，亮部区域没有那么白，呈现出了更多的细节；暗部区域也并非纯黑，而是稍微亮了一点，并呈现出许多暗部细节；照片大部分的像素集中在了中间调区域，并且中间调区域的明暗层次过渡是比较丰富的。这样照片就变得好看了很多，但仍然不够好，为什么呢？可以看到，照片在高光和暗部区域仍然损失了很多层次细节，并没有实现完美的平滑过渡。

图1-4所示的照片与图1-3很像，但是高光和暗部层次细节更为丰富，这让照片整体的明暗层次过渡平滑细腻，给人的感觉是最好的。需要注意的一点是，即便是我们最终确定的明暗层次最为合理的照片，仍然会有一些细节的损失，特别是在最亮和最暗的部分，这是由相机的宽容度（在1.1节的“动态范围与宽容度”中我们将详细介绍）所决定的，在拍摄高反差的逆光照片时，往往是无法避免的。但轻微的细节损失，一般不会影响照片整体的格局。

从图1-1～图1-4，你可以学到一个知识：照片的明暗层次应该是从暗到亮平滑过渡的，不能为了追求高对比的视觉冲击力，而让照片损失大量中间灰调的细节。

在数码领域，我们可以用不同的亮度值来描述照片从最暗到最亮的层次。看图1-5中的第一行，只有纯黑和纯白两级的明暗层次，这与图1-1只有纯黑和纯白两种像素的画面效果相对应；第2～4行，除纯黑和纯白之外，还有灰调进行过渡，这与图1-2和图1-3的效果相对应；而第5行，从纯黑到纯白之间有256级明暗层次，并且逐级变亮，明暗层次的过渡已经非常平滑了，这与图1-4所示的照片相对应。

在计算机中，纯黑像素的亮度为0，纯白的亮度为255，中间调的亮度则介于这两者之间。这样从0～255，一共有256个明暗层次。

看到图1-5中第5行的灰度条，是否有一种似曾相识的感觉呢？在Photoshop中打开一张照片，然后在“图像”菜单中选择“调整”菜单项，在打开的子菜单中选择“色阶”菜单命令，可以打开“色阶”对话框。该对话框的底部，就有这样一个从黑到白的动态条，如图1-6所示。

在色阶图中间的偏下部位，“输出色阶”是一个灰度条，数值为0～255，一共256级，即256个亮度层次。同样，0对应纯黑，255对应纯白，这也对应着照片的256级亮度。

以上我们是用黑白照片来举例说明的，但当前是彩色摄影的时代，那么彩色照片是否也能套用这种明暗层次变化的规律呢？显然是的！随便打开一张彩色照片，你会发现色彩也是有明暗变化的。比如说我们打开的图1-7，画面中除了近乎白色的水面和黑色的区域之外，绿色的树木、青色的水面也是有明暗变化的，这些区域就是展现画面大量细节的中间调像素区域，它们占据了照片的绝大部分面积。

综上所述，照片的色彩和明暗都是可以用256级来进行衡量的，后期软件中对照片明暗和色彩的修饰和调整也是以此为基础的。

为什么是256级亮度

现在你可能想到一个问题，为什么用0～255来表现照片的明暗呢？这是由计算机自身的特点决定的。计算机以二进制的0和1来存储数据，一个存储单元可以容纳8位二进制数，如01010101这种形式。这样，一个存储单元的样式变化就有28=256种，用于表现亮度时，就可以表现出256级亮度，也可以称为8位的位深度。

其实，人眼直接看自然界中的景物，能够分辨出极为惊人的亮度级别。相机或计算机肯定无法将这些亮度级别都呈现出来，只能进行一定数字化的转换。相机拍摄的RAW格式原片，通常可以分辨出212或214的亮度级别，即12位或14位的位深度；在计算机中，当前可以支持32位、16位的位深度，如图1-8所示。但从兼容性的角度考虑，还是沿用多年以前的图像亮度计算标准，即8位的位深度，也就是我们介绍的256级亮度了。

位深度与照片处理

使用8位的位深度存储和处理照片，可以获得更好的兼容性，但也是有缺陷的。我们通过两张照片的后期处理来看一下。图1-9为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，可以发现非常明显的问题：画面的高光部分出现了严重的高光溢出，变为“死白”；而暗部被提亮以后，只是变得灰蒙蒙的，明暗层次还原很差。

图1-10为RAW格式原片和提高1.5EV曝光值后的效果。从改变曝光值后的照片可以看到，虽然原高光部分有些溢出，但并没有完全损失细节，仍然能分辨出层次；而暗部区域则变得明暗适中，并且层次细节也很理想了。

出现图1-9和图1-10所示的问题，原因只有一个，那就是RAW格式与JPEG格式文件的位深度不同。当前，我们使用的JPEG照片文件的位深度是8位，而RAW格式文件的位深度则为14位。较大的位深度让你在对照片进行处理时，能有更大的发挥空间。

照片的色彩是由红、绿、蓝三种色彩混合而成的，每种颜色都具有28=256级亮度，三种色彩任意组合，那么一共会组合出256×256×256=16777216种颜色。人眼基本上能够识别1600万种色彩，两者大致刚好能够匹配起来。

反观RAW格式照片，差别就很大了。RAW格式一般是具有14位色彩深度，即红、绿、蓝三种色彩分别具有214级亮度，最终构建出来的颜色数是4398046511104。如此多的色彩数，远远超过了人眼能够识别的程度。这样的好处就是给后期处理带来了更大的余地，而不会轻易出现那种8位位深度的照片宽容度不够的问题，如稍稍提高曝光值就会出现高光曝光过度、损失细节的情况。

动态范围与宽容度

动态范围（Dynamic Range）与宽容度都是指从最暗到最亮的范围，但所指的对象不同。动态范围主要针对数码照片，而宽容度则主要针对的是感光元件（胶片）。

动态范围是数码时代的概念，针对的是照片。打开两张照片，图1-11所示的画面反差很高，有非常暗的部分，也有非常亮的部分，并且中间影调的层次过渡很平滑，细节丰富，我们就可以说这是动态范围很大的照片；图1-12明暗对比不明显，照片中缺乏暗部和亮部，即暗部不够暗，亮部又不够白，这种照片就是动态范围很小的照片。

另外，照片的动态范围是可以进行修饰和调整的。针对动态范围不够大的照片，我们可以通过很多种方法进行优化。如图1-13所示，画面明显缺乏暗部和高光部位像素，那我们可以参照直方图对其进行调整，将其拉伸到0～255的全亮度范围，这样照片的动态范围就足够大了，如图1-14所示。

与动态范围不同，宽容度是从胶片时代沿用下来的概念，是指胶片所能正确容纳的景物亮度反差的范围。能将亮度反差很大的景物正确记录下来的胶片称为宽容度大的胶片，反之则称为宽容度小的胶片。所谓“正确”是指在最暗部和最亮部也能呈现出足够多的细节层次，如果无法显示细节，那就表示宽容度不够了。

到了数码时代，宽容度被用于描述感光元件对明暗反差的容纳能力。一般来说，宽容度越大越好。通常情况下，高档数码单反相机的宽容度要好于中低档机型。