大家好，這是專欄《計算攝影》的第一篇文章，這一個專欄來自于計算機科學與攝影藝術的交叉學科。這是第一篇文章，本篇文章的重點不是技術，但卻是一個很有意思的主題，也是后面內容的基礎。

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1 為什么要從攝影開始說

攝影是一門藝術，如今更是一門被大眾學習和使用的技術，學好攝影可以更好地記錄生活中的美好。計算機很多領域和攝影是分不開的，比如圖像的質量評價，自動裁剪，圖像增強，各類圖像編輯技術，都屬于攝影和計算機視覺以及圖像處理的交叉領域，這還誕生了一個學科，即圖像美學(computer aesthetics)，又可以稱之為計算機美學，或者干脆俗稱計算攝影。

第一幅攝影作品與第一部原型萊卡相機

現在我們單獨開這么一個專欄，除了分享相關的技術之外，其實也是想與大家一起追求快樂工作和品質生活。玩攝影可以提高我們的生活品味以及獲得樂趣，而玩技術則可以掙錢養家，為何不一起玩呢？那么接下來就跟緊我們的腳步，認真關注我們的新專欄《計算攝影》吧。

2 初學者該掌握的攝影基本概念

在這里，攝影的歷史我們是不講的，畢竟有三AI不是攝影公眾號。另外關于圖像的很底層的基礎，比如圖像分辨率這一些知識，我們公眾號已經有過相關主題，見文章《【技術綜述】圖像與CNN發家簡史，集齊深度學習三巨頭》。

本小節主要講的是攝影學的一些基礎知識，不過我們聚焦于圖像，而不是相機本身，所以一些相機相關的概念，大家還是要自己去學習。

2.1 焦距

相機鏡頭是一組透鏡，當平行于主光軸的光通過透鏡時，光會聚到一點，這一點被稱為焦點，從焦點到透鏡中心(即光學中心)的距離稱為焦距。具有固定焦距的鏡頭是定焦鏡頭，焦距可以調節的鏡頭是變焦鏡頭。

焦距越大，越能拍攝出遠處的作品，比如下圖所示為在不同焦距下拍攝的太陽，左圖是用Canon EOS M3的套頭EF-M 18-55mm f/3.5-5.6 IS STM在39mm焦距拍攝，右圖是用佳能長焦鏡頭 EF 70-200 f/4.0L USM 在 200mm 焦距拍攝，可以看出兩者的太陽尺度差異很大。目標越遠，需要使用焦距越長的鏡頭。

不同焦距拍攝的日落圖

2.2 光圈

光圈是鏡頭內控制進入機身感光面的光量的裝置，它的大小決定了通過鏡頭進入感光元件的光線多少。在快門不變的情況下，光圈越大，進光量越多，畫面越亮。

光圈大小用 f 值表示。其中 f 值=鏡頭焦距/鏡頭有效口徑的直徑。常見的光圈值包括f1.0、f1.4、f2.0、f2.8、f4.0、f5.6、f8.0、f11、f16、f22、f32、f44、f64，f 后面的數值越小，光圈越大。由于光圈可以限制由鏡頭進入的光通量，所以它可以調節影像的亮度，下圖所示為不同光圈值下的日落照片，可以看出控制光圈值可以獲得顏色完全不同的落日。

不同光圈拍攝的日落圖

2.3 ISO與噪點

ISO感光度指圖像傳感器 CCD/CMOS 或膠卷對光線的敏感程度。在光圈固定時，更高的ISO 能夠使用更高快門速度獲得同樣的曝光量。如果在固定場景中，ISO等于100，快門2秒可獲得正確曝光，那么ISO等于 200 時只需 1 秒快門時間，ISO 等于 400 則只需 0.5 秒快門時間。

常用的 ISO 檔位從 100、200、400 開始倍增，好的相機可以高達 25600。雖然高的 ISO可以使用較高的快門速度獲取正確曝光的照片，但是圖像噪聲也會隨之增加，因此高 ISO 配置下的圖片質量也成為衡量數碼相機的最重要指標之一。

一般來說，我們在白天或者光照充足條件下使用較低的 ISO，在晚上拍攝時使用較高的ISO，下圖是在不同時間拍攝的同一建筑物的圖片，左圖ISO=200，右圖ISO=3200。

不同ISO拍攝的統一建筑物

2.4 快門與慢門

快門用來控制相機曝光時間的長短，快門越快，曝光時間越短，反之則越長。

當我們想要拍攝快速運動的目標時，就需要使用高的快門速度進行快速曝光，才能定格瞬間，不至于獲得模糊的圖片，如下圖動物的抓拍。

快門抓拍貓圖

所謂“慢門”是指較低的快門速度，它也被稱為長曝光，我們可以通過降低快門速度延緩時間的流逝，常用于車流，水流等拍攝，制造一種時空靜止的感覺。

慢門與長曝光圖

2.5 色溫與白平衡

當我們以溫度來區別某種色光的特性，誕生的概念即色溫。色溫越高，光色越偏藍，色調風格為冷色；色溫越低，光色越偏紅，色調風格為暖色。

在攝影機中依據色溫的不同有各種模式，包括自動、日光、多云、陰天、鎢絲燈(白熾燈)、閃光燈、熒光燈等，各種模式也對應不同的溫度。

不同色溫

需要注意的是色溫和冷暖色調的關系與我們日常感受不同，色溫的‘溫度’越低，圖片越偏暖色系。

3 攝影基本審美功底

我們這一個專欄是計算攝影，光有圖像處理的知識是不夠的，還需要大家有一定的審美功底，這也是學習后面內容的基礎，我們從3個角度簡單聊一聊。

3.1? 顏色的運用

世界是由各種顏色搭配組合而成的，不同的色彩和色調會給人帶來不同的心理感覺，一個優秀的攝影師一定善于運用顏色和色調來創造能夠強化所需要表達主題的作品。

下圖展示了一些紅色主題的作品，包括灼燒的落日，鮮美的食物，代表姻緣的飾物，節日的燈籠，它們都展現出了熱情和溫暖的氣氛。

紅色系作品

下圖展示了一些黃色主題的作品，包括秋天的銀杏，春天的花，設計的 LOGO，它們相對于紅色，更加輕快活潑，同時黃色系也常用于設計等較為正式的領域。

黃色系作品

下圖展示了一些綠色主題的作品，包括植被特寫，5月的稻田，它們代表著生機和希望。

綠色系作品

下圖展示了一些藍色主題的作品，包括天空，遠山，水面倒影，它們的氣氛寧靜祥和，可以表達廣闊的空間感。

藍色系作品

一幅作品要有較好的美感，往往滿足一定的色調學原理，常見的包括單一色調和互補色調。

所謂單一色調，即整張圖表現為統一和諧的顏色，如下圖彩色圖和對應的色相直方圖。

統一色調

所謂互補色調，即圖中存在著兩種色調，并且在色相環上相隔 180 度，如下圖。

互補色調

恰當的顏色會賦予作品恰當的感情，是每一個攝影愛好者應該掌握的基本素質。

3.2 構圖

構圖來源于繪畫，它指的是根據題材和主題思想的要求，把要表現的形象適當地組織起來。攝影構圖方法是根據優秀的攝影作品歸納總結出來的一套實踐經驗進而上升而成的“理論方法”，好的構圖方法一定要能夠表達作品的核心思想內容并有一定的藝術感染力。

常見的構圖包括對稱構圖，三分構圖，消失點與引導線構圖，框架式構圖，對比構圖等。

對稱式構圖是指所攝內容，在畫面正中垂線兩側或正中水平線上下呈現出對等或大致對等，下圖展示了一些采用對稱構圖的建筑，倒影作品，其中虛線表示對稱線。

對稱構圖

三分構圖是大家比較熟悉和非常經典的構圖方法，將一張圖劃分為九宮格，會有四條線和四個交點，把主體放在這些線條或者交點的附近會得到比較和諧的作品。

下圖展示了一些將動物，植物，落日，云朵主體放在三分之一位置的作品，其中虛線表示主要參考線，實際拍攝不嚴格處在三分之一位置。

三分法構圖

消失點是一個無窮處多條線的匯聚點，當畫面中存在消失點時，觀眾的注意力焦點會自然轉移到該點，因此我們可以善用引導線，以線條方向指向要表達的重點。

下圖展示了一些包含遠處消失點的作品，其中虛線表示消失線，它們的交匯就是消失點。

消失點構圖

框架式構圖需要在拍攝的場景中尋找可以圍繞著拍攝主體的東西，它可以是人造的門、籬笆或者是自然生長的樹干、樹枝等。框架式構圖利用視覺遮擋，可以增強畫面的吸引力，空間縱深感和立體感。

框架式構圖

對角線構圖法是一種導向性很強的構圖形式，通過把主題安排在對角線上，使得畫面有延伸感。另外，這一類構圖中常常會包含突出的曲線元素。

對角線構圖

在前面介紹的三分構圖等方法聚焦于讓照片畫面中前背景分布和諧，而對比構圖則致力于制造強烈的反差，這可以來自于前背景的大小，多少，布局位置，顏色明暗對比，淺景深帶來的虛實，動靜對比。下圖展示了一些常見的對比構圖案例。

對比構圖

仰視構圖所拍攝的主題經常是樓宇、樹林以及天空，拍攝出的作品會使觀眾有種置身其中的感受。俯視構圖常用于從高樓拍攝車流，動物等，它可以用上帝視角觀察全貌，獲得獨特的感受。

俯仰構圖

通常情況下我們會采用橫排的模式拍攝照片，但是有的時候采用豎拍會更加符合主題的空間分布特點，如下圖。

豎直構圖

為了獲得更好的構圖，有時候還需要借助外部設備，比如無人機，有待讀者去進行實踐。

3.3? 用光

攝影就是用光線在進行繪畫，因此攝影用光是一種基本功。光線的運用主要在兩個方面，第一個是正確曝光，第二個是學會使用各類光線來拍攝作品。

(1) 曝光

怎樣才算正確曝光，這取決于攝影者具體的創作意圖，并沒有完全統一的標準，但是錯誤的曝光卻很容易被識別，包括兩種，即欠曝光和過曝光。

所謂欠曝光，即曝光不足，重要元素偏暗，在外部光線不足的情況下容易發生，如下圖。

欠曝光

所謂過曝光，即曝光過度，出現大量亮度超出動態范圍的像素，或者某些主體亮度過高，在光照充足場景下使用錯誤的參數或者逆光等場景下容易發生

過曝光

欠曝光的作品在后期比較好調整，因為照片細節往往都被記錄下來，只是亮度較低。而過度曝光的作品則往往難以拯救，因為被過度曝光的部分容易丟失紋理細節，難以恢復。

(2) 光線的運用

攝影作品的質量高低和光線的運用有很大關系，常見的光分為自然光和人造光兩種。

自然光是最常見的光照，當我們在室外進行拍攝時多半采用自然光，自然光按照光的強度和方向分為許多種。以強度來說，可簡單分為強光，弱光，微光。以方向來說，可以簡單分為 4 種，順光，逆光，側光，散射光。

順光，就是順著光的方向拍攝，此時拍攝者背對光源，光線直接照射在被攝物體上。在這樣的光線環境下，主體色彩以及形態等細節特征都可以得到很好的表現，適合記錄自然風景。不過順光拍攝會使主體沒有明顯的明暗變化，從而缺乏層次感和立體感，使畫面表現略顯平淡，如下圖第一幅圖。

側光，此時光源與拍攝方向形成夾角，可以使被攝主體產生鮮明的明暗對比效果，用于表現層次分明，具有較強立體感的畫面，如下圖第二幅圖。

逆光，就是逆著光的方向拍攝，此時前景背景在亮度上有著很大的反差，常用于在清晨或者傍晚拍攝人像和景物，制造唯美的氛圍，如下圖第三幅圖。另外，逆光環境下可以拍攝各種剪影作品，突出主體的輪廓。

散射光，常見于陰天戶外，此時光線沒有方向感。散射光下適合記錄，作品光線表達能力平淡。

除了自然光的運用，我們還會經常使用人造光，比如室內和夜景中的各種燈光，閃光燈等，下圖左邊第一幅圖就是使用浴室燈光拍攝。

人造光往往需要有專門的設備，那如果沒有設備怎么辦呢？就需要善于借助道具，如下圖第二三幅圖就是利用了一些家具進行遮擋獲得特殊的光影效果。

用光的恰當與否，可以直接影響攝影作品的藝術魅力，各種光線的熟練運用需要大量的實踐。

總結

下一次我們開始結合技術來講解攝影中的各個維度的知識，科技與藝術的結合，會讓我們能夠更好地了解和熱愛這個世界。

有三AI秋季劃-圖像質量圖

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總結

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