专业摄影师教你拍摄夜景曝光技巧

长曝光杂讯(Long Exposure Noise)与热燥点(Hot Pixels)
图2是图1局部1:1比例的裁切影像，我们可以清楚看到有很严重的杂讯干扰，除了有类似脉冲杂讯(impulse noise)的小白点状之长曝光杂讯外，更在红与蓝频道有许多较大的杂点产生，而严重影响影像的品质，这种由长时间曝光所造成的杂点，我们通常称之为热燥点(hot pixels)。
图2：是图1的局部裁切影像，可看出有严重的长曝光杂讯与热燥点存在。

长曝光杂讯与热燥点的产生主要是由于，取代传统底片的数位感光元件 CCD或 CMOS所造成的。其本身是一个消耗能量与电力的设备，而有能源的消耗，自然就会产生热量。「热」导致晶片材质的电子活动加剧，受热的电子不断的运动而产生了电流，形成所谓的「暗电流」（black level）。理想的光感测器其暗电流应该是零，但现实世界裡这样的理想材质还在研究阶段。当然，还有其他因素同样会影响暗电流的产生，然而「热」却是最显着的影响因素。暗电流的存在，让即使没有光进入数位相机之中，却因光电二极体自行释放的电流，彷彿开了另一道窗口感应光线；当暗电流电压与低亮度光的电压相当时，感光原件的画素就彷彿看到了景物，进而导致曝光，并将结果呈现在画面上。当以慢速快门拍摄时，影像中即会显示杂讯，它以随机分佈的形式出现。而在长时间曝光(根据经验通常在三分钟以上)下更会产生严重的热燥点，原因是因为CCD等感光元件在长时间曝光所产生的高热造成，这些杂讯使得夜曝影像的品质变得很差。目前有些高阶的数位相机可以设定开启所谓的长曝光杂讯消除(long exposure noise reduction)功能，来把长时间曝光拍摄所产生的长曝光杂讯消除。本文将深入探讨其处理结果，并比较使用影像处理的技巧来将此种杂讯消除的优缺点。

夜曝的拍摄技巧
在讨论长曝光杂讯消除之前，我先简单叙述一下夜曝的拍摄技巧。首先是相机的对焦问题，如果相机的自动对焦可以完成，那就省事多了。然而由于拍摄场景通常仅有微弱的灯光，所以自动对焦功能有时就会失效。这时可以使用辅助光源，例如手电筒或探照灯等，来完成相机的自动对焦动作，然后记得要把相机切换回手动对焦，这样拍摄时才可以保持对焦点的正确性。要是连藉助辅助光源也无法完成自动对焦，那建议可以把相机的对焦点设在无穷远处。

再来是正确曝光时间的计算，在「浅谈高ISO感光度杂讯的消除」一文中，曾提到相机决定拍摄照片曝光亮度的三个因素为光圈、快门与ISO感光度。为了构图方便，建议请先把相机的光圈开到最大，且ISO感光度也设定到最大值，以笔者的相机Canon EOS 40D搭配镜头EF17-85mm IS来说，就分别是F5.6与ISO1600。针对如图3所示的昏暗灯光下的书柜场景，以相机的光圈先决模式(Av)拍摄，相机所计算出的正常曝光时间为 1.25秒。这样我们很快就能预览拍摄结果来决定相片的构图了。
图3： 昏暗灯光下的书柜场景。

通常为了要使所拍摄的影像有更好的品质，我们会把相机光圈缩到最小，且ISO感光度设定到最小值，以笔者的相机来说就是光圈F25与ISO100。那在此拍摄条件下，正确的曝光时间应该是多少呢? 简单计算如下：(1)假设ISO感光度不变，在光圈方面，我们由F5.6缩小到F25，所以F25的曝光时间就应该是F5.6的 (25/5.6)^2=19.93倍；(2)假设光圈不变的话，我们把ISO感光度由1600降为100，则ISO100的曝光时间应该是ISO1600 的16倍。综合上述两点，那以光圈F25 ，ISO100拍摄的曝光时间应该是以光圈F5.6，ISO1600拍摄条件下曝光时间的19.93*16=318.88倍，也就是说应该等于 1.25 秒 * 318.88 =400秒。所以这时我们必须把相机的拍摄模式改成手动(M)，光圈设为F25，ISO感光度设为100，然后把快门时间设为B快门来拍摄。为了避免晃动，建议使用稳定度较好的脚架，并使用快门线来控制快门与拍摄时间。
图4：长时曝光杂讯影像。影像上半部的拍摄条件为光圈F25，ISO100 曝光时间为400秒；下半部为光圈F5.6，ISO1600，曝光时间为1.25秒。

图4为上述两种不同拍摄条件所得到影像之局部裁切图比较，其中上半部的拍摄条件为光圈F25，ISO100，曝光时间为400秒；而下半步的拍摄条件为光圈F5.6，ISO1600，曝光时间则为1.25秒。首先由上、下半部影像的亮度具有一致性来看，可以验证前面所提及曝光时间计算的正确性。详细比较，我们发现以小光圈F25与ISO100条件，所拍摄影像的优点有：(一)没有颗粒感很重的高ISO感光度杂讯存在；(二)由于是小光圈拍摄，所以具有深景深的特色，所以书背上的字体都很清楚，这很适合用来拍摄风景照。然而由于此时相片的曝光时间长达400秒，所以影像上也出现了类似脉冲杂讯小白点状的长曝光杂讯，与较大的红色或蓝色之热燥点 (在影像左上方有一明显的红色热燥点存在)。

相机的长曝光杂讯消除(Long Exposure Noise Reduction)功能
为了解决相机在较长曝光时间拍摄时，所产生的长曝光杂讯与热燥点问题，现在大部分的数位单眼相机，都具备长曝光杂讯消除的功能，使用者可以在相机的进阶选项中设定开启此功能。图5为针对图3的书柜场景，测试相机的长曝光杂讯消除功能关闭与开启的结果比较，其中上半部为相机长曝光杂讯消除功能设为OFF所得到的影像，而下半部为有开启相机长曝光杂讯消除功能的结果。我们可以发现相机的长曝光杂讯消除功能，确实能有效去除以长曝光时间拍摄所产生的长曝光杂讯与热燥点。
图5：相机的长曝光杂讯消除功能之比较。上半部为长曝光杂讯消除功能设为关闭的影像；下半部为开启杂讯消除功能的结果。拍摄条件皆为光圈F25，ISO100，曝光时间为400秒。

这个功能却有一个无可避免的缺点：就是相片曝光的时间有多长，相机所需的处理杂讯的时间就有多长。以图5的例子来说，如果开启相机的长曝光杂讯消除功能的话，那麽当你在400秒后结束曝光时，相机会需要「额外的」400秒处理时间，才可以把照片完整写回记忆卡，也才可以预览拍摄成果。这在野外真是一个很令人困扰的问题，想像一下你在温度零度的合欢山上夜曝星轨，一般来说相片的曝光时间可能长达十分钟，为了得到好的影像品质，所以开启了相机的长曝光杂讯消除功能，所以每张照片的曝光时间为十分钟，外加相机处理时间也是十分钟，一共是二十分钟。在几近零度的高山上发抖了一小时，我们竟然只能拍摄到三张照片而已。而且在低温下，相机的耗电量大，电池的续航力也会是一个很大的考虑重点与问题。

以Photoshop影像处理软体来消除长曝光杂讯
为了解决数位单眼相机，对长曝光杂讯消除功能的过长处理时间问题，本节将尝试使用Photoshop影像处理软体，来移除相机在以较长曝光时间拍摄时所产生的长曝光杂讯与热燥点。我们以图2有严重的长曝光杂讯与热燥点的夫妻树，夜曝星轨照片之局部裁切影像来当做测试范例。
图6：结合PS的中值滤波、消除杂讯与智慧型模煳来去除长曝光杂讯与热燥点。

图6 所示为结合了Photoshop的中值滤波(Median)、消除杂讯(Reduce Noise)与智慧型模煳(Smart Blur)来去除长曝光杂讯与热燥点的结果。其共有三个步骤：(一)使用杂讯(Filter/Noise)选单中的中值滤波器(Median)来消除类似脉冲杂讯的小白点状之长曝光杂讯，其处理结果如图6上半部的影像，建议把中值滤波器的半径参数设为 1即可达到满意的结果；(二)接着使用杂讯(Filter/Noise)选单中的消除杂讯 (Reduce Noise)来消除红色或蓝色且大小较大的热燥点，其处理结果如图6中间的影像，此功能确实能有效把热燥点消除；基本上上述两个功能已能得到令人满意的长曝光杂讯消除结果了。(三)最后可以使用模煳(Filter/Blur)选单中的智慧型模煳(Smart Blur)-也就是所谓的边缘保留滤波器(edge-preserving filter)来把杂讯做更进一步的糢煳化，其处理结果如图6下方的影像所示。

使用Neat Image影像处理软体来消除长曝光杂讯
当然我们也可以使用之前文章所介绍过的Neat Image来去除以长曝光时间拍摄时所产生长曝光杂讯与热燥点。图7所示为针对图2所示的测试影像，分别使用Neat Image与Photoshop来消除长曝光杂讯的结果比较，(a)图为使用Neat Image的处理结果；(b)图为使用前一节所叙述的Photoshop长曝光杂讯去除方法的结果。我们可以发现两者在杂讯去除方面，都有令人满意的结果表现。而使用Neat Image在细节保留上则表现的比Photoshop好一些，尤其在影像中右上角的星轨与左下方的树丛特别明显。
图7：使用Neat Image与Photoshop来去除长曝光杂讯的结果比较。(a)为使用Neat Image的处理结果；(b)使用Photoshop长曝光杂讯去除方法的结果。

最后图8所示为数位单眼相机内建的长曝光杂讯消除功能，与使用Photoshop影像处理软体来移除长曝光杂讯的结果比较，拍摄条件为光圈 F25，ISO100 曝光时间为400秒。图8上半部影像为关闭相机的长曝光杂讯消除功能，然后使用Photoshop的中值滤波、消除杂讯与智慧型模煳来去除长曝光杂讯与热燥点的结果，下半部影像则是直接使用，相机的长曝光杂讯消除功能所得到结果。我们发现两者皆能得到令人满意的杂讯去除结果。
图8：相机的长曝光杂讯消除功能与使用Photoshop影像处理软体来移除长曝光杂讯的结果比较。上半部为关闭相机的长曝光杂讯消除功能，然后使用Photoshop来去除长曝光杂讯的结果；下半部则使用相机的长曝光杂讯消除功能设定所得到拍摄结果。

结论
针对数位相机因长曝光时间拍摄时所产生的长曝光杂讯与热燥点问题，我们的建议是，如果拍摄当时的环境与时间许可的话，那麽可以使用相机所提供的长曝光杂讯消除功能来去除杂讯，如前面所言，此方法的缺点就是相机需要等同于相片曝光时间的处理时间。如果考量天候与拍摄的效率的话，那可以把相机的长曝光杂讯消除功能设定为关闭，之后再使用Photoshop或Neat Image等软体，以影像处理的技术来达到消除长曝光杂讯与热燥点的目的。