EV是啥？能吃嗎？

當然不能吃！
EV是Exposure Value的簡稱，是指為了達到相同曝光的情況下，所有光圈及快門的組合(from Wiki)。還是不懂對吧！沒關係，因為我自己也不太懂。
所幸，洗鏡光前輩寫了篇淺顯易懂的文章來幫助大家了解，有興趣的人不妨一看。

PS.
以下文章已取得原作者洗鏡光前輩同意轉載，若想轉貼的話，別忘了先取得原作者授權喔！


老生常談，什麼是EV？

冼鏡光
June 11, 2008上線

什麼是EV？各大論壇上這是個週期性的問題，每隔一段日子就會出現一次，每一次都肯定是人氣十足的討論、有一長串的回文，也許是天氣熱容易動肝火，最後很可能以立法院式相互指責各說各話的大辯論收場。令我想不通的是，這麼一個一翻兩瞪眼、幾乎每一本攝影書都有解答、而且網路上也不難找到說明的問題居然會一再出現；更讓人驚訝的是，一個簡單的EV定義居然人言人殊，真是奇哉怪也，其中最常見到的論點就是認定ISO敏感度是EV定義的一部份。從這些討論發言中我們還可以看到不少背離原來EV定義而自創的新理論，論者常理直氣壯地指出這是對舊理論的挑戰（或重新認定），然而關鍵是舊理論行之有年、也已經是教科書標準教材、成為測光與曝光的基準，而且這套傳統說法對新發展又沒有任何抵觸之處，所謂的挑戰與標新立異可能就只有一線之隔。在好奇心驅使下上網搜尋一番，原來這新奇的EV定義或理論倒也不是今天才有，或許某些先進自創品牌，眾人再以訛傳訛、逐漸積非成是也是可能的；怪就怪在這些新創意在非中文（我很少看簡體版）論壇上很少出現，所以很自然地就會想到這有沒有可能是本地特有的現象。

為了打破這一項迷思（或誤謬），我把拙著冼鏡光，數位相機：觀念、技巧與原理若干相關章節裡頭的內容簡化成一篇介紹性的文章，希望可以正本清源，幫助對EV有疑問的朋友澄清EV是什麼。我深切了解到，這個問題也許早就陷入政治圈中信者恆信、不信者恆不信的惡性循環中，貼了此文之後，某處某論壇可能就會有不信者鳴鼓而攻的撻伐之聲，但身為學界中人，把問題與答案解釋清楚也是對社會該有的一份責任與義務，所以不管您信不信，請把本文看完，就事論事再發難也不遲。

曝光的供給面

請找找看手頭上有沒有老相機、老到沒有測光表的那一種，相信您會發現相機上能夠調整的就只有兩項：光圈f值與快門速度，而不像是DC與DSLR上還可以調ISO敏感度。下面第一張照片是1920年代末期的Ansco Memo半格相機，它的面板上只有光圈f值與快門速度兩項，第二張照片是1930年代中葉的Kine Exakta（史上第一台135底片單眼相機），它的光圈是在鏡頭上調整、右上角旋鈕選擇慢速快門速度、中間旋鈕選擇快速快門速度、左下角旋鈕是底片計數；兩台相機都沒有ISO敏感度的選擇！為什麼？一來是在二次大戰前各底片生產商並沒有統一的底片敏感度規格，二來是通過鏡頭到達底片的通光量與底片敏感度無關、而只與光圈開孔（亦即f值）與快門速度有關。




我們都知道光圈用f值表示，f值愈小、光圈開孔愈大，反之f值愈大、光圈開孔愈小；換言之，f值與光圈開孔的大小成反比。於是調整f值就相當於調整光圈開孔大小，也等於是在調整能夠通過鏡頭的光量。光圈的標示有一系列的標準值，譬如f/1、f/1.4、f/2、f/2.8、f/4、f/5.6、f/8、f/11、f/16、f/22等等，這些值分別是1=2⁰、2=2¹、4=2²、8=2³、16=2⁴、32=2⁵、64=2⁶、128=2⁷、256=2⁸、512=2⁹等等的平方根的近似值（譬如，f/5.6中的5.6是32的平方根的近似值）。從這一層關係，我們不難看出把一個f值乘以Ö2=1.4就會得到下一個f值，您不妨自己做個驗証（或証明）。在這一系列數值中，每一個f值的開孔面積是它上一個的一半、下一個的一倍；譬如，f/4的開孔面積是f/2.8的一半、f/5.6的一倍。下面是一張f值與平方根的對照表：



快門速度的標準標示值是1秒、1/2秒、1/4秒、1/8秒、1/15秒、1/30秒、1/60秒、1/125秒、1/250秒、1/500秒等等，這些快門速度大致上是下列數字的近似值：1=1/2⁰秒、1/2=1/2¹秒、1/4=1/2²秒、1/8=1/2³秒、1/16=1/2⁴秒、1/32=1/2⁵秒、1/64=1/2⁶秒、1/128=1/2⁷秒、1/256=1/2⁸秒、1/512=1/2⁹秒。這一系列數值中，每一個快門速度是它上一個的一半、下一個的一倍；譬如說，1/128秒是1/64秒的一半、1/256秒的一倍。在相機上用到1/15秒時可以視為1/16 = 1/2⁴秒、1/1000秒可以看成1/1024 = 1/2¹⁰秒等等；相機不用等比級數的標示也許只是為了容易記憶的因素，不玩電腦的朋友可能真的不容易記住這一系列2的若干次方的等比級數值，不是嗎！？下面是傳統快門速度與等比級數值的對照表：



因為光圈開孔與快門速度都是加倍或減半的等比級數，兩者結合就有了一個很容易了解的曝光觀念。譬如說，我們打算用某個光圈開孔（亦即某個f值）與快門速度s，這兩者決定了一個通光量（也就是可以到達底片的總光量），如果把光圈放大一倍（比如從f/5.6改成f/4）而維持相同的快門速度s，於是每單位時間能夠通過鏡頭的光量加倍（因為開孔加大一倍），總通光量當然加倍。另一方面，如果光圈開孔不變（固定f值），但把快門放慢一倍（亦即從s秒改成2s秒），因為通光的時間增加一倍，總通光量就增加一倍。基於相同的道理，把光圈放大一倍但卻把時間（快門速度）減半，或者是光圈收小一半但時間增長一倍，通光量是一樣的；換句話說，如果原來是用f/5.6與1/125秒，於是f/4與1/250秒、f/2.8與1/500秒、f/8與1/60秒、f/11與1/30秒等等的通光量完全相同，曝光效果也一樣。

從這個例子可以看出，就曝光效果而言，理論上有無限多（f值，快門速度）的組合會得到相同的結果，亦即在相同通光量的前提下，我們有很多不同的（f值，快門速度）組合可以選擇。因為通光量指的是可以到達底片的光的總量，因此f值與快門速度相當於提供了一個調節通光量的機制；也就是說，f值與快門速度控制了曝光時光的供給面，而這個供給面與ISO敏感度無關！

EV的定義

有沒有一個可以基於光圈與快門速度來度量通光量的方式呢？有的，這就是曝光值（Exposure Value），也就是EV！EV把兩組等比級數（亦即f值與快門速度）轉化成一個等差級數，它的定義如下，在定義中只用到f值與快門速度，而與ISO敏感度無關，上一節末已經講過了：



給定一個f值與快門速度，它們對應的EV值是f值的平方被快門速度去除後再取以2為底的對數。在眾多EV值中的基準點是f/1與1秒的對應值，代入上式得到EV = 0；也就是說，當f值為f/1而快門速度是1秒時，對應的EV是0。當然，基於上一節的說朋，f/1.4與2秒、f/2與4秒等等都會得到EV為0的結果。

EV值可以看成是鏡頭在某f值與快門速度之下的通光量的一個抽象表示方式，傳統上會用下面的方式畫出一張f值、快門速度、與EV值之間的關係圖：



這個圖的橫座標自左而右是愈來愈快的快門速度，圖中是從8秒到1/4000秒；縱座標是f值，從下到上的f值愈來愈大（於是開孔愈來愈小），圖中這些f值從f/0.4到f/45。EV的定義方式會使所有具有相同EV值的（f值，快門速度）組合在同一條直線上，這就是圖中自左上到右下的淺色平行直線。

圖中用小黃點標出了（f/1，1秒）的位置，這是EV為0的基準點。圖中各EV直線右下角的數是該直線的EV值，若已知一個EV值，順著該EV值的直線就可以找出所有該EV值的（f值，快門速度）組合。譬如說，EV為4的直線通過（f/11，8秒）這一點，沿著這條直線我們會找到（f/8，4秒）、（f/5.6，2秒）、（f/4，1秒）、（f/1.4，1/8秒）等等，這些組合的對應EV值都是4。另外，從這個圖也不難看出一點，EV值差1，通光量就差一倍。

圖中還有一個虛線的框框，它表示一部相機的曝光處理能力。在理論上，f值可以有無限多，但鏡頭卻一定有最大與最小光圈；同理，快門速度也有極限，每一部相機都有最慢與最快的快門速度，於是相機的曝光能力就受到限制。以上圖而言，光圈範圍在f/1.4與f/11之間，快門速度則在8秒與1/1000秒之間，所以該相機能處理的EV值在-2（與（f/1.4，8秒）對應）與17（與（f/11，1/1000秒）對應）之間。

曝光的需求面：測光

前面提過（f值，快門速度）的組合定義了曝光的供給面，也就是通光量，但這個通光量能否在底片上得到合適的曝光就是另一回事了。要知道如何得到合適的曝光，我們得了解曝光的需求面，也就是要多少通光量才會有合適的曝光，這一層就是測光。

測光的方式有兩種，一種是測被物體反射的光，這是所謂的反射式測光，在術語上是測物體的輝度（luminance），相機內建測光表都是反射式。另一種是測投射在物體上的光的亮度，這是入射式測光，術語是測照度（illuminance）。

測出輝度或照度還不夠，因為沒有考慮到底片（或感光晶片）的ISO敏感度。在相同的輝度或照度的前提下，ISO敏感度愈高的底片對光的靈敏度愈高，在曝光時所需的光量就愈少，所以測出輝度或照度之後，還得考慮底片的ISO敏感度因素才能得出曝光所需要的通光量，在概念上就是下圖：



若測光得來的需求量與相機提供的供給量相同，底片就會曝光正確（以測光的標準而言）；換言之，測光得出的需求量就是要有正確曝光所需的通光量，如果相機上的f值與快門速度組合提供的供給量與需求量相等，於是供需平衡，就有正確曝光。如果供大過求，就會曝光過度；反之，若供小於求，則曝光不足。正因為供給面是用EV表示，需求面得來的期望通光量也得轉換成EV，這樣供需雙方才有共同的比較單位，於是上面的圖（需求面）可以擴充成下面的測光/曝光示意圖，其中EV提供了供需雙方的溝通橋樑：



從測光到EV

從測到的輝度或照度以及ISO敏感度轉換成EV值就比較複雜了，不過我們仍然可以很簡單地做個介紹。以下我們用f表示光圈的f值、s表示快門速度、I表示ISO敏感度、L表示物體輝度、E表示現場光照度。在測反射光時這幾個值得滿足下式，此地K是一個常數：



在測入射光時上式變成下式，此地C是一個常數：



請注意，反射式的式子使用輝度L與反射常數K，而入射式的式子使用照度E與入射常數C。把兩式相除，我們得到K與C這兩個常數之間的關係：



也就是說，反射常數與入射常數的比值等於輝度與照度的比值。

K/C = L/E這道式子很有意思。我們都知道，使用灰卡與反射光（譬如相機上的）測光表可以轉換成入射光測光表，然而灰卡的反射率是18%（亦即會反射18%投射在灰卡上的光），所以就灰卡而言，它的輝度L就是現場亮度（亦即照度E）乘上18%；換言之，我們有L = 0.18´E，或者是L/E = 18%，於是K/C = L/E = 18%，而且K = 0.18´C！

我們回到反射光與入射光的測光式子：



經過移項得到



取以2為底的對數，於是兩道式子左邊都是EV：



所以，在知道ISO敏感度I、輝度L與常數K（或照度E與常數C）時，我們可以用上式算出對應的EV值，再透過這個EV值選擇f值與快門速度。

因為K/C = L/E的關係，如果我們接受18%反射率的標準（亦即K = 0.18´C如前述），從L與K我們可以算出照度E與常數C，這就是很多手持測光表既可以測反射光、也可以測入射光的原因。於是整個測光與曝光就可以簡化成下面的示意圖：



看到此地，相信您可以體會出輝度L（或照度E）與ISO敏感度是在測光系統的需求端，f值與快門速度是在曝光機制的供給端，而EV是供需兩端的橋樑。用f值與快門速度定義EV是為了在相機上容易進行曝光，而且大多數使用者恐怕對輝度L與常數K（或照度E與常數C）不甚了解。

APEX系統

我們在上一節開頭提過反射光測光的式子：



把它移項整理後得到



取以2為底的對數就是



如果我們定義四個新符號如下：



我們得到下式：



此地A_v叫做光圈值（Aperture value），T_v叫做時間值（Time value，它是快門速度倒數的對數值），S_v叫做速度值（Speed value），B_v叫做亮度值（Brightness value）。於是上式可以寫成

EV = 光圈值 +時間值 = 速度值 +亮度值

這道式子是所謂的APEX（Additive Photographic EXposure system，加法曝光系統），它是美國國家標準（ANSI）的PH-2.5與PH-2.12。在APEX系統中，ANSI建議K = 3.125，所以



於是，反射光測光表測出輝度L、求出亮度值B_v，使用人輸入ISO敏感度I、由此算出S_v，B_v與S_v的和就是EV，使用人再從EV決定f值與快門速度。比照上述，您不難導出測入射光的式子。

常見的誤謬

在討論區中最常見到的錯誤是認為ISO敏感度是EV定義的一部份，論者的理由是f值、快門速度、與ISO敏感度共同決定曝光。但是如前所述，EV可以用f值與快門速度定義（譬如A_v+T_v），也可以用ISO敏感度與輝度或照度定義（亦即S_v+B_v），前者是常見的做法、它不包含ISO敏感度，而後者的定義對曝光控制沒有太大用處。更重要的是，ISO敏感度是在需求面，而傳統EV的定義是在曝光控制用的供給面，把供需兩者混淆是這一項錯誤的主因。

也有論者認為在數位時代很多機型都有自動ISO功能，加上自動光圈與自動快門速度構成一個全自動的曝光控制系統；這個系統包含了下面紅色虛線框框中的內容，它的輸入只有輝度L或照度E。從曝光的外在角度來看這是一個正常而且合情理的看法，但這麼一來就與EV脫節了。



自動ISO的來源有點像是底片時代的增感（push processing）、把400度底片硬拉到800度使用，從而提高快門速度或使用更大的光圈；它也有一點像是更換機背（中片幅機型與少數135機型、比如Zeiss Ikon的Contarex與後期的Contaflex都有此功能）、或是中途更換底片（譬如APS與碟式底片相機）的味道，但是這個新ISO敏感度值仍然是個手動或自動（比如DX類底片）的輸入。

在討論EV的定義時看過了f值、快門速度、與EV值之間的關係圖，圖中虛線框框指出相機能夠處理的曝光範圍，通常它是一個EV值的範圍，圖中的例子是-2到17。如果從測光表測得的輝度L與目前設定的ISO敏感度算出的EV值不在這段範圍內，有自動ISO功能的相機會調整ISO敏感度，使算出的EV值落在能夠處理的範圍裡頭，這樣相機才能正常進行曝光（這是不是有一點像中途更換底片）。所以，在有自動ISO能力的相機中，ISO敏感度仍然在需求面，而不在供給面。

結論

看到此地相信您應該了解到EV是測光的需求面與曝光的供給面之間的橋樑，傳統的EV是在供給面、透過f值與快門速度這兩個曝光參數定義的，從這個角度來看，EV的定義與ISO敏感度無關。雖然EV也可以用ISO敏感度與輝度（或照度）定義，但這是在測光的需求端，對實際拍攝（也就是曝光）用處不大。

本文的內容基本上是取自拙著冼鏡光，數位相機：觀念、技巧與原理、把若干章節濃縮成一個簡化版，所以細節不多，如果您想要進一步了解與EV有關的各項資訊與論題，建議您參看拙著的以下幾章：第E.6章曝光值討論EV的定義、它在曝光上的應用、ISO敏感度的影響、EV與各種曝光模式的關係等等；第E.7章曝光補償把EV視為一個相對值、做為度量曝光補償的單位；第F.2章測光的基本觀念講解反射光與入射光的基本概念；第F.3章了解中灰色的標準說明中（18%反射率）灰色的概念；第F.6章灰卡與它的應用講解如何用灰卡測光、以及把測反射光透過灰卡轉換成測入射光的觀念；第F.8章手持測光表簡介討論EV在手持測光表上的用法；第F.12章曝光值與測光的關係詳細地討論了EV在供給面與需求面之間的連繫，並且介紹了APEX系統。如果您手上有拙著，請不要忘了按這裡把一些錯別字、筆誤與校對疏忽更正過來。

最後，希望這篇文字對澄清一些錯誤的EV觀念有所助益。



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引用方式：冼鏡光，老生常談：什麼是EV?，DCView.com達人部落格（http://blog.dcview.com.tw/article.php?a=UmwJbgVjVmc%3D）