食品药品监督部门预算:程序自动曝光模式

作者：Xitek
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程序曝光AE：AV和TV均均由照相机调节
在程序自动曝光方式中，照相机能根据测光系统所测得的被摄画面的曝光值，按照厂家生产时所设定的快门及光圈曝光组合，自动地设定快门速度和光圈值。就相机操作性而言，在这种方式下等同于所谓的"傻瓜照相机"，操作者根本不用调节快门速度和光圈值，所要做的只是对好焦点，按下快门释放钮就行了。在"傻瓜"照相机中常见的电子程序快门，就属于这种曝光方式。其实，只有程序自动曝光方式才是真正的"全自动"曝光方式。
这些曝光模式的出现顺序也基本按上面的排列。俺原来曾做过按照上面的顺序来解释曝光模式的工作原理，但发现开始叙述得很艰难，等到明白最后的程序曝光模式时，发现前面的都是白说了，因为在明白程序曝光后，前面的曝光模式都是不言自明的。
现代照相机上面有许多曝光模式，形形色色，数量超过上述的4种，但是，如果明白了这些基本曝光模式的本质，就会发现厂家是如何用数量来蒙蔽初学的入门者。
那么我们现在来尝试一下看看，如何来分析和演绎这些曝光模式。先从程序曝光模式，也就是在照相机说明书上的P模式。
既然P模式的光圈和快门速度都是由照相机来调节，那么就要遵循一定之规。下面的图是Minolta 7000的P模式曲线，先看中间一条绿色线，其他的先不管：

横向坐标是快门速度，左边是慢速，从30s开始，最高是右边的1/2000s。
纵向坐标是光圈系数，下面是最大光圈(最小数值)，上面是最小光圈(最大数值)。
一般这些P模式曲线都是以50/1.4镜头为准(因为有f/1.4的大光圈)，感光度是ISO 100(这是最常用的)。
一般的P模式，当机身设计完毕后，中间的倾斜的线条是不变的，也就是斜率不变。当接上不同的镜头时，也就是下面或者上面的横线的位置不同而已，显然，对于一个50/2.8Macro而言，它的曝光下限不可能到达f/1.4。
那么用什么来表示曝光量EV呢？看图中的左高右低的黑斜线，它的特点是相交于纵横网格的交点，显然这样可以画出N条这样的斜线。低的斜线表示低的EV值，高的斜线表示高的EV值。那么图中只画出了EV13的斜线。
那么P模式所确定出来的曝光组合是：对于特定的EV值，绿色斜线与黑色斜线的交点就是曝光组合。从图中可以看出：在EV13时，光圈是f/5.6，快门速度是1/250s。
只要知道了EV值，就可以容易地从这个P模式曲线中查出曝光组合。比如在EV11时，可以查出光圈在f/4~f/2.8之间，快门速度在1/125~1/250s之间。
这条绿色程序线的斜率是由厂家设计的，不同的厂家和不同的机型，其斜率都有可能不同。下面是Canon T90的P模式曲线：

从图中看出：在EV13时，T90给出的曝光组合也是：f/5.6和1/250s。
但是在EV11时：T90给出的曝光组合是：f/4和1/125s。
与前面的Minolta 7000相比，显然T90的P模式趋向于选择小光圈。这就表明了厂家设计的主导思想。
在手动聚焦单反机上使用程序自动曝光方式时，要将镜头上的光圈调节环转至特定的位置(通常是最小光圈处)。由于光圈指示是通过一个小窗口直接读取光圈调节环上的数字，所以在曝光时，摄影者一般并不知道照相机是以什么光圈进行曝光的。在AF单反机中，由于采用了液晶显示和采用电子电路直接读出镜头内的参数，一般都能同时显示快门速度和光圈值，即在程序自动曝光方式下，对用户来说，照相机的工作状况是透明的。
在以前，程序自动曝光方式被认为是专为初学者而设计的。确实，早期的程序是固定不变的，对于不同焦距的镜头均采用同一条程序。所以很难满足专业人士的要求。现在情况大有改观，照相机厂家均对程序自动曝光方式进行了深入的研究，使其适用性更为广泛。
后来，有不少照相机上装有多种程序。这些程序的选择有手动的，也有自动选择的。自动选择的依据是镜头上实际使用的焦距。一般将曝光程序分成三类。一类是正常程序，适用于标准焦距附近的焦距值，即在曝光参数设置上，对快门速度和光圈值均加以综合考虑，同时兼顾；一类是广角程序，适用于广角焦距，在曝光参数选择时，偏向于取小光圈，以保证足够的景深，适合于拍摄风景；最后一类是高速程序(或远摄程序)，适合于长焦距镜头，主要是偏向于选择高速快门，适用于拍摄动体。一些照相机的曝光程序有很多种，但仔细分析一下，无外乎上述三类。
前面讲的是单条P曲线，对于不换镜头的机器没什么问题。但是对于SLR就有点麻烦了。
看看T90的曲线，当EV=13时，用50mm的镜头是1/250 + f/5.6的组合；如果用400/2.8，还是这个组合！
但根据一般的规律，此时的快门速度最好在1/400以上，能减少抖动的危害性，所以这个时候如果是人工选择的话，最有可能的曝光组合是：1/1000s + f/2.8。
显然这种出厂就固定死的单条P曲线不能达到许多场合的要求，于是多条曲线的设计就应运而生了。
Nikon F301采用了两条P曲线，分别为标准P和高速PH：

图中红色线是正常P，而蓝色线则是高速线。(Nikon就是要显得与众不同，卡口的旋转方向与人家的不同就算了，连这个P曲线也与人家的不同，最小光圈在下，最大光圈在上。)
在EV13时：
正常P的曝光组合是：1/125~1/250s之间 + f/5.6~f/8之间，显然趋向于低速小光圈；
高速P的曝光组合是：1/250~1/500s之间 + f/4~f/5.6之间，显然趋向于高速大光圈；
有了这两条P曲线，用户就可以根据自己用的镜头来选择不同的P模式：中焦以下用P，中焦以上用PH。但是这样的手动选择很麻烦，Nikon的设计师也没那么笨，他们设计了一个P-dual模式，这个可以自动根据镜头焦距来选择不同的曲线(不过对镜头有点要求，不是所有的Nikkor镜头都能自动选择)：

下面这张图是Minolta 7000的P曲线图：

红色、绿色、蓝色分别表示广角P、标准P、长焦P。
在EV13时：
广角P的曝光组合是：1/125s + f/8；
标准P的曝光组合是：1/250s + f/5.6；
广角P的曝光组合是：1/500s + f/4；
显然这样的组合更接近实用了，但Minolta 7000的程序线是不能选择，在P模式下是自动选择的：

美能达α7000的程序自动曝光方式中有三种不同的程序，分别适用于焦距短于35mm、焦距在 35～135mm之间和焦距长于135mm的镜头，由相机自动选择，这就是所谓的"多程序自动选择"，三种程序分别称为广角、标准和远摄程序，照相机会根据镜头的实际所用焦距来自动地选择相应的程度。由于美能达的AF镜头内有存储有关镜头参数的只读存储器，并可以与机身交换，机身才有可能知道用户所设定的焦距长度。图3-10所示为美能达α7000单反机机的程序自动曝光组合曲线。从图上可看出，对于同一个EV值，不同焦距的镜头会得出不同的曝光组合。如对应于EV13(ISO 100)，当镜头焦距短于35mm时，快门速度和光圈系数分别为1/125秒和f/8，此时偏向于小光圈，以求得较大的景深；当镜头焦距在35～135mm之间时，快门速度和光圈系数分别为1/250秒和f/5。6；而当镜头焦距大于135mm时，快门速度为1/500秒，光圈系数为f/4，此时偏向于高快门速度，以防止由于焦距增长会手抖而引起照片发糊。
美能达α7000的三种程序只能由照相机自动选择，而不能由操作者来选定。 佳能EOS 650/620的曝光程序比α7000更进了一步，相机能根据所用镜头来选择不同的程序线。 佳能称这种方式为"智能化"程序自动曝光。若要改变其程序方式，则要通过所谓的"程序偏移"来实现，这一点将在后面加以说明。美能达Dynax 7000i的曝光程序比α7000的更进了一步，它能根据焦距值进行无级的偏移，即相当于每一个焦距都有一条程序， 这种程序选择方式称为"复式程序选择"。
上述仅根据镜头焦距来选择曝光程序的方法并不是没有缺点。试想一下，当使用50mm标准镜头时，若被摄体的运动速度较高，要清晰地记录下动体的影像，按理说应该选择较高的快门速度，即处于高速程序段上。但由于程序的选择依据是镜头焦距，所以只能处于标准程序段上。 要改变曝光组合的话，只能通过手动调节(如切换至高速程序、程序偏移或改成其他的曝光方式)。
那么如何才能使机身知道现在的镜头焦距如何呢？这就要在镜头内部装入焦距检测的电路，其实并不是很复杂，一般是将一块柔性电路板粘在内部镜筒上：

可以看见导电的部分是分段的，这表明焦距的检测不是连续而是分段的，然后通过一个短路片将上下排列的导电块短接，检测机构就能够判断出现在镜头处于什么焦段了，看到这些图，就可以知道这就是所谓的Code and Decode是什么意义了。
下面这个是Nikon AF 80-200/2.8D ED New的焦距检测电路：

(题外话：俺认为首次采用多程序自动选择的SLR是Minolta 7000。但是有人不同意，说Nikon F-301就已经有双程序自动选择了，Minolta 7000是学Nikon F-301的。
咱们来看看：
两者成双，2人成从。何谓“从”，随从也。也就是有主副之分，P是主，PH是副是从。既然只有主副，不能谓为“多”也。
3人成众，众者多也。“三五成群”，都是辅证。
又比如：
一阴一阳做坏事给逮着，司法判决是：XX罪；
三人以上阴阳混合做坏事给逮着，司法判决是：XX团伙罪。
当然还可以举出N多的例证来表明：首次采用多程序自动选择的SLR是Minolta 7000。)
不管是双程序或者多程序，都是在出厂时都固定了的程序，显然也是不能满足一些场合的要求。从单程序到多程序是一种进化，那么从多程序到程序偏移就有点类似革命了。因为只有这样，才能让所谓的专业人士接纳P模式。在此之前，专业人士是耻于说自己用P模式的，因为以前的P模式都是为业余人士而准备的。
看图说话：

在EV13时，初始的程序曝光组合是1/250s+f/5.6，如果觉得这个组合不符合要求，拨动某个转盘或者按动某个双向按钮，可以将程序线按某个方向平移。
往上移动，此时的曝光组合是：1/60s + f/11；显然光圈收小了，但是曝光量不变；
往下移动，此时的曝光组合是：1/1000s + f/2.8；显然光圈开大了，曝光量也不变。
由于是平移，所以叫Shift。具备这种功能的机器，一定要有转盘或者双向按钮之类的，否则很难实现。
程序偏移的增量类似于曝光补偿增量一样，也是比较重要的。许多机器的曝光补偿增量是0.5/0.3EV，但是程序偏移的量是1EV，就有点难受了。
这个Program Shift没太多的说头，但又是Nikon东搞西搞，弄出个Flexible Program，混淆了视听，搞的有些Nikon用户以为是一种新的模式，不能理解其精髓。
看看Nikon自己如何说的：
You can use the Flexible Program function to temporarily shift an automatically selected shutter speed/aperture combination in favour of your own settings.
这段的最后再唠叨一句：这个Program Shift是Minolta最早在Minolta 7000上实现的。
双好、多也好，都是固定几条曲线的，比如Minolta 7000的三条：
广角P：适合35mm以下；
标准P：适合35~135；
长焦P：适合135mm以上。
这种分类比较人为的，其实注意看看那些曲线，所谓的线条都是直线，不同的是直线的斜率。那么在制定斜率时，将镜头焦距做为一个变量来看待，事情就好解决了。
于是乎，就出来了很多条P曲线的P模式，下面的是Minolta 7000i的程序线：

从三条到这N多条不是质变，而是量变，说头不多。只是达到了所谓的某种“人性化”的境地而已。
注意：设曝光组合是(S、A)，亮度是EV，镜头焦距是F，那么
1、在单程序的模式下，照相机给出曝光组合时是根据画面亮度的测量值而定的，也就是说，自变量只有1个；即(S、A)= 函数(EV)；
2、在多程序的模式下，照相机给出曝光组合时是根据画面亮度的测量值和镜头焦距而定的，也就是说，自变量有2个了；既(S、A)= 函数(EV，F)；
前面话说到了已经引入了两个自变量，有二就有三。
先设想这样的情形：用某个焦距的镜头，按P程序已经选择了合适的曝光组合，但如果被拍摄主体是运动的，希望得到主体清晰的影象，咱们希望的是什么？当然希望快门速度尽可能地高！
怎么才能检测到主体是否在运动？显然要在实现了多点AF后才能实现。在单点AF之前，要检测主体是否在运动，无异与异想天开！
为了解决上述问题，美能达的Dynax 7xi 采用了模糊逻辑和专家系统技术，使程序自动曝光更上一层楼，即所谓的 "专家程序选择"。 这种选择程序的方式不再是仅仅依赖于镜头焦距值，除此之外，照相机还根据照相机与被摄体之间的距离、被摄主体的大小(记住! Dynax 7xi 是利用模糊逻辑来判断出被摄画面类型，并根据聚焦距离来推理得出被摄主体大小的)、 被摄主体在画面中所处的位置、被摄主体的运动状况(是静止还是运动的、运动速度多少？)等因素来选择曝光参数。此时的曝光程序不再是一条线段了，而是一个区域。曝光程序与前面的分类方法相似，也相应地分：广角程序区、标准程序区和高速程序区。这三个区域相互之间均有重叠。根据摄影镜头上焦距值的小、中和大，照相机会自动地分别选择广角程序区、标准程序区和高速程序区。同时，如果AF系统送来的信息表明被摄主体表现为静止状态，相机则在依据镜头焦距所确定的区域内按照正常的程序曝光；如果AF系统送来的信息表明被摄主体是连续运动的，那么相机将在相应的程序区域内，自动地将程序偏移至该区域的高速侧。
下图是Minolta 7xi的所谓“Expert Program Selection”：

这个图所对应的镜头是28-105/3.5-4.5。
这个时候的P曲线已经不是单条的，而是一个区域，对应着一个焦距，就有一个区域。仔细看看绿色线条框住的区域，它就是对应50mm的焦距。如果主体是静止的，照相机就会按照该区域的上部来选择曝光组合，如果主体是运动的，就按区域的下部来选择曝光组合。
那么Minolta 7xi是如何知道主体的运动状态和主体大小的呢？这是题外话。大致意思是这样：由于7xi有4个AF点，可以根据各个检测点的状态和焦点预测检测的数据来判断出运动的大致速度；另外由于采用了14分区的蜂巢式测光系统，根据各区的亮度、反差，再配合对焦点的信息，可以通过模糊数学的方式来推断出主体的大小。
至此为止，在曝光组合的选择上，就引入了第三个自变量：主体的运动状态。
这是一种比较Smart的P模式。
在P模式上，是可以下好多的功夫出来。
在AF时代之前，P模式的发展是缓慢的；但是到了AF时代，为什么会有如此之大的变化呢？这就要靠AF系统的发展来相辅相成了。
在当今Automatic Everything的时代，作为照相机重要要素之一的曝光模式自然也不能落后。光圈优先、快门优先、M等都是半自动和手动模式，显然与Automatic Everything的发展思路不相吻合，所以再打理他们就没啥意思。
P模式和测光模式的改进，都与AF系统的发展是相关的。
MTF程序曝光
一般在相机的使用说明书上均有程序自动曝光组合曲线。现在绝大多数AF单反机上都有多程序自动选择功能。前面所讲的曝光程序都是没有将镜头的素质考虑进去，即不考虑镜头的最佳光圈。潘太克斯Z-1则设有MTF(调制传递函数)程序曝光方式，在此方式下，相机所选择的光圈是镜头的最佳光圈，只有当亮度特别高时(EV17以上)，才开始收小光圈，从而一直保证了最佳的影像质量。这是一种影像质量优先的曝光程序，尤为适合对影像质量有严格要求的摄影者。初一看，这一曝光方式用处不大，因为在光圈优先自动曝光方式下，选择最佳光圈拍摄，其作用是一样的。但是问题就在于这个"最佳光圈"如何选择，如果用户对自己所拥有镜头的最佳光圈已经了解的话，那是容易解决的。但对一支新镜头，只能凭经验将光圈收小两至三档，至于是两档还是三档还是心中无数的，要经过一段时间的测试才能得知。由于厂家对自己设计的产品是了解的，所以用MTF曝光方式来拍摄，就可以省下不少时间和财力来找到最佳光圈了。
前面讲的程序线是考虑了3个因素，这是否完全呢？这就要看问题如何提出了。前面提出的程序线都是基于画面清晰而考虑的。是否还有其他的问题呢？
Pentax就提出了：当需要最佳光圈来拍摄时如何给出曝光组合？
当然喽，现在咱们都有经验公式：最佳光圈一般是最大光圈往小收2档。但是P模式根据许多人说是针对菜鸟而设计的，所以这些所谓的菜鸟是不知道咱们这些非菜鸟的经验公式的。这就需要厂家给咱们这样的玩意\了。
Pentax于是在它长寿的Z-1/Z-1P上装了MTF优先程序，就是以最佳光圈优先：

四条曲线分别为：
蓝色：偏向于小光圈的景深程序；
绿色：正常的程序；
粉色：偏向于高速的动作程序；
黄色：就是MTF优先程序。
这四种程序可以在用户自选功能PF(Pentax Function)中设置。
可更改的程序线
在尼康F90之前的所有具有程序自动曝光方式的相机，其曝光程序在出厂之前就已经固定好了，用户所能控制它的是选择不同的程序，但不能对某条程序进行修改。尼康F90在配用了AC-1E数据卡，与电子记事本SHARP IQ-8200 或IQ-8300M配合使用时，则能对程序进行修改，只要用户给出程序线上的三个转折点，相机就会按这一曝光程序线进行工作。
我们前面所谈的"程序自动曝光方式"只涉及到快门速度和光圈值的选择。自美能达Dynax 7000i和佳能EOS 630诞生以后，还产生了另一类程序自动曝光方式。为区别起见，我们将这类方式称之为"程序化自动曝光方式"，它不仅涉及了快门速度和光圈值的选择，而且还选择相应的自动聚焦方式(单次AF或连续AF)和测光方式。请读者参阅第二章第七节和第六章的第二节有关EOS 630的"程序化影像控制"部分，就可以对这种程序化曝光方式有更深刻地理解。
为了让读者充分地理解程序自动曝光方式的含义与发展，以及程序自动曝光与程序化自动曝光方式的区别，我们用框图来对这些内容进行分类汇总。程序自动曝光方式的发展及特点见图3-16，方框内表示曝光系统，方框的左边表示外部输入量，这里是来自测光系统的测光值和影响曝光的有关参数，一般来说，输入量愈多，曝光组合的确定就愈接近专家所选择的设定值；右边输出量，即曝光组合。
图 3-16 程序自动曝光方式的发展
而程序化自动曝光方式则包含了程序自动曝光在内。程序化自动曝光方式的工作框图见图3-15。
图 3-17 程序化自动曝光方式
在AF时代之前，P模式的发展是缓慢的；但是到了AF时代，为什么会有如此之大的变化呢？这就要靠AF系统的发展来相辅相成了。
在当今Automatic Everything的时代，作为照相机重要要素之一的曝光模式自然也不能落后。光圈优先、快门优先、M等都是半自动和手动模式，显然与Automatic Everything的发展思路不相吻合，所以再打理他们就没啥意思。
P模式和测光模式的改进，都与AF系统的发展是相关的。