渐变快门算法研究

来源 :商品与质量·建筑与发展 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lushengli2009
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  黄昏的过渡,是指日落前后直到完全黑暗的过渡期,从亮到暗的光线变化是非常大的,色彩变化也很大,再加上可能的路灯等灯光的从无到有,用延时摄影手法拍摄这个过程会产生巨大影响,得到戏剧性的效果,最容易出彩。然而,由于曝光参数的变化太大了,所以渐变快门装置的应用可以很容易地解决这个问题,从曝光时间。
  从黄昏过渡平均亮度曲线看(天空和城市地面各占一半比例),太阳落山前,开始亮度的变化不是很快,太阳落山后亮度开始快速下降,过了大约30分钟后亮度下降又开始减缓,昏影终时刻以后,光线变化又趋于稳定。因为此时人造灯光将起主导作用。
  以上曲线,横轴是时间(分钟),纵轴是相对档,类似EV,每差一档亮度相差一倍。比如太阳落山前后曝光为ISO200、f/8、1/60,过几分钟后就能达到1/30,这样就是1档,到1/15是2档,1"为6档,8"为9档
  拍摄黄昏过渡片,大致可分成长过渡和短过渡两类,长过渡覆盖从太阳未落山之前一直到天空全黑,时间一般超过60分钟,亮度跨度可达10档以上。短过渡的跨度一般是6档左右,可以是前半程包含日落、天空和云的颜色的变化,也可以是后半程,从太阳落山后大约15分钟开始,一直到天空接近全黑,主要用于表现城市灯光的变化。最完整的、最具挑战性的过渡片,就是从阳光最强烈的中午开始拍摄,通过黄昏,直达黑夜,显现星空。要知道,阳光下遵从16法则(ISO100、f/16、1/100秒),但拍摄星空需要ISO3200、f/2.8、30秒,这样就是21档的差别,也就是2的21次方,超过二百万倍。拍摄黄昏过渡片,难点就在于如何在这么大的亮度变化的情况下,保持画面平滑过渡,既使得表面亮度变化不大,又没有起伏闪烁。这种情况在以前,被认为是非常难办的,甚至不可能,所以才把这种过渡叫做HolyGrail(圣杯)。黄昏过渡延时片,可以分成前期拍摄和后期制作两个阶段。前期拍摄主要的方法有几个:下面介绍下渐变快门曝光时间的拍摄方法。
  每一次曝光后,曝光减少一个百分比,这样就形成对数级衰减,表现为每分钟减少多少档。事实上,这是以100次曝光减少多少档,但这样的话就与曝光间隔相关了,不好设置,全凭经验。最常见的日落过渡,光比变化一般不超过200倍,事实上,黄昏过渡可以分成两类,一类是大自然的,从日落前后开始,到天空比较暗结束结束。另一类是城市类,结束的时候有人造光,因此不会太黑。从变化速度看,夏天北纬38度的地区每分钟降低0.12档,春天速度最快,而秋季速度最慢,不同维度的也不同,例如赤道附近太阳升降非常快可以达到每分钟0.18档(春秋稍微慢一点点),高纬度地区春夏季节日落比较慢,冬季几乎没有太阳了,到底速度如何需要查表确定。了解了这个道理后,去掉ISO的改变,这样就可以用于任何单反。经实测,也就是说当初始状态快门为0.05秒,最后最多10秒,因为灯光会让曝光停止继续减少。0.05秒对于控制精度来讲时间已经足够长,而10秒也一般在允许的间隔内,因为较长时间的过渡场合,拍摄间隔都是大于等于10秒的。
  为了满足拍摄需求,以及降低单片机计算量,还要达到最高精度。因此,对一下曲线进行分析。先计算出斜率,然后再分成4段去拟合。如下图:
  根据EV=log2(F^2/T)这个公式的变换得到T=F^2/2^EV,
  变换曲线图形为T曲线如下图:
  时间 实测快门(T) 计算快门(T) 修正快门(T)
  15:50 0.1 0.1 0.1
  15:52 0.125 0.118427 0.11487
  15:56 0.125 0.166094 0.151572
  15:57 0.166667 0.180751 0.16245
  16:00 0.166667 0.232947 0.2
  16:02 0.2 0.275872 0.22974
  16:07 0.3 0.421052 0.324901
  16:09 0.3 0.49864 0.373213
  16:10 0.4 0.542642 0.4
  16:15 0.5 0.828212 0.565685
  16:16 0.6 0.901295 0.606287
  16:18 0.8 1.067379 0.69644
  16:20 0.8 1.264066 0.8
  16:22 1 1.496998 0.998664
  16:24 1.3 1.772852 1.246663
  16:26 1.6 2.099538 1.556248
  16:28 2 2.486423 1.942712
  16:30 2.5 2.9446 2.425147
  16:32 2.5 3.487207 3.027384
  16:34 3.2 4.1298 3.779177
  16:36 5 4.890805 4.717661
  16:39 6 6.303145 6.054769
  16:42 8 8.123334 7.770847
  16:44 10 9.620233 9.177314
  16:45 11 10.46915 9.973307
  16:49 14 14.68297 13.91021
  16:50 15 15.97863 15.11671
  由于實测时,是在市内完成,灯光,车灯等光污染偶尔干扰了某些数值,因此上表数据,在计算中,对误差进行了校正。
  总体来说若要计算日落光线变化过程,首先要知道:三个数据,两个时间点。   两个数据,1、光线变化前快门曝光时间;2、光线变化结束时快门曝光时间;3、曝光间隔时间
  两个时间点,1、日落时刻;2、昏影终时刻;并计算出日落过程时间长度,即(昏影终时刻-日落时刻)
  可以光线变化过程可以分为以下几阶段:
  1、第一阶段光线开始变化时间,即(日落时刻-日落过程时间长度),此时光线变化比较缓慢,趋近于整体增量值的1/2。
  2、第二阶段光线开始变化时间,即(日落时刻-日落过程时间长度/2),此时光线变化开始增加,趋近于整体增量值。
  3、第三阶段光线开始变化时间,即(日落时刻),此时光线变化开始加剧,趋近于整体增量值的3/2*。
  4、第四阶段光线开始变化时间,即(日落时刻+日落过程时间长度/2),此时光线变化开始减缓,趋近于整体增量值。
  5、第五階段光线开始变化时间,即(昏影终时刻),此时光线变化趋于稳定,如果是野外,基本在一个很低的斜率上变化。如果是市内,则稳定在了一个固定数值。
  整体增量值计算:
  ramp=(pow((1.0*结束时曝光时间/当前曝光时间),(1.0/(日落到昏影终过渡时间*2/间隔时间)))-1);
  拟合曲线分4步拟合,程序如下
  if(nowShutter  {
  if(Nowtime/60+endramp  nowShutter=nowShutter;
  else if((Nowtime/60+endramp/2)  {
  //进入坡度1: 1/2* ramp
  rampadd+=ramp*nowShutter%10000; //精度修正
  nowShutter=nowShutter+ramp*(nowShutter/100)/200; //下一次曝光时间
  }
  else if(Nowtime/60  {
  //进入坡度2:ramp
  rampadd+=ramp*nowShutter%10000; //精度修正
  nowShutter=nowShutter+ramp*(nowShutter/100)/100; //下一次曝光时间
  }
  else if(Nowtime/60  {
  //进入坡度3: 3/2* ramp
  rampadd+=ramp*nowShutter%10000; //精度修正
  nowShutter=nowShutter+ramp*(nowShutter/100)*3/200; //下一次曝光时间
  }
  Else //日落第四阶段
  {
  //进入坡度4:ramp
  rampadd+=ramp*nowShutter%10000; //精度修正
  nowShutter=nowShutter+ramp*(nowShutter/100)/100; //下一次曝光时间
  }
  if(rampadd>10000) //精度累计修正
  {
  nowShutter+=1;
  rampadd-=10000;
  }
  }
  但由此计算写入单片机,并实拍后,拍摄画面基本平滑过渡,只有路灯亮起时间,这个时间每天无法固定,此时画面略有闪烁和跳跃,但经过后期LRT+LR的处理,完全不影响整体效果。因此用此算法来控制单反B门的曝光时间这种做法,大大降低了摄影师拍摄难度,并大幅度提高了拍摄HolyGrail的成功率。
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