光源和被摄体
▼照度
照度的定义
照度又被称为投射光，是描述被摄体受照表面被照明程度的参数。照度被定义为单位面积上所接受的光通量。照度E用公式表示如下：
公式2-4中，Φ是光通量，单位为lm（流明）；A是受照面积，单位为m2（平方米）。
当Φ的单位是lm，A的单位是m2时，照度E的单位是Lux（勒克斯），写作“lx”，是米制统一国际单位。不幸的是，历史上遗留下来多种单位制式，有英制或厘米·克·秒制，使换算变得复杂，而且这些制式至今仍在使用。英制照度单位为ft-Cd（英尺-烛光）。lx和ft-Cd的换算关系为：
1 lx=0.0929 ft-Cd
1 ft-Cd=10.764 lx
在自然光照明的环境中，光源的照度变化是非常大的。表2-1列举了一些典型环境的照度情况。仅白天的日光变化，就可以从1lx到100000lx，变化量为100000（即105）lx。表2-2是典型的人工照明的照度水平。与表2-1中的正常日光相比，人工光的照度水平要低得多，根据需要从10lx到10000lx不等。
表2-1 典型的白天和夜间自然光的照度水平
表2-2 典型的人工光照度水平
比较表2-1和表2-2，晴天日光的照度可高达100000lx，而明亮的起居室照度不过200lx，前者的照度是后者的500倍，换算为级数关系应为：
（lg500）/0.3=10
也就是说，仅仅由于环境不同，就可以带来10级的照度变化，如果环境特殊一些，这个级差还会更大。一般负片的宽容度有8—10级左右，而经过印片所得到的最终影像只有5级左右，远远小于照明变化所带来的光线变化，由此可见控制曝光之重要。
照度E的性质
1.照度的大小与光源的发光强度有关，光源的发光强度越高，则照度越高。
在实际环境中，太阳的发光强度高于人工光源，功率大的人工光源的发光强度高于功率小的人工光源。所以，在日光下拍摄时，由于照度较高，往往使用感光度较低的胶片，如ISO 100/21°。而摄影室内则使用高感光度胶片，如ISO 160/23°或ISO 400/27°。但是，为了得到细腻的影像质量，影室内摄影也常选用感光度较低的胶片。
2.如果光源的发光强度不变，则光源距被摄体越近，被摄体处的照度越高。照度与距离呈平方反比关系，被称为“照度的平方反比定律”，用公式描述如下：
公式2-5中，E为照度；I为光源发光强度；R为光源到被摄体的距离。
该规律适用于发光均匀的点光源。图2-5的示意便于我们理解这个概念。对于特定的光源来说，光源的发光强度是一定的，在距离光源近的地方，光源照射的范围小，所以单位面积上所接受的光通量较多。随着距离增加，光源所照射的范围迅速增大，单位面积上所接受的光通量因此减少。例如：假定在距光源1米的地方，照度是1600lx，那么距光源2米处照度将是400lx，4米处的照度就只有100lx了。
图2-5 点光源照射的距离越远，所照射的面积越大，其照射的强度与照射距离的平方成反比关系，照度迅速下降
影室中所使用的照明光源，其性质接近点光源。当聚光灯或闪光灯与被摄体的距离改变时，被摄体处的照度也相应发生很大变化。根据这个规律，可以通过调节照明与被摄体之间的距离来控制被摄体的照度。在摄影室内照度一般是不均匀的，它取决于照明的分布。
同样，我们还可以得出这样的结论：在阳光下拍摄，照度是均匀的。这是因为太阳与地球的距离可以看作无限远，而我们拍摄时的距离变化与之相比微乎其微，所以太阳被当作平行光源而不是点光源。当平行光源忽略大气介质的影响时，照度不随距离的改变而改变。
以上结论对测量照度非常重要。室外拍摄时，在照相机机位测量照度和在被摄体处测量照度的结果都是一样的。但是，在室内拍摄时，无论是自然光照明还是人工光照明，被摄主体所在位置上的照度和其他地方的照度很可能是不一样的，所以要测量典型位置上的照度，比如人脸位置的照度，否则测量结果便没有意义。
3.平行光源相对于被摄体的投射角度对照度的大小有影响。这个规律被称作“照度的余弦定律”，由以下公式描述：
E=E0cosα 式2-6
如图2-6所示，公式2-6中E0是光线投射角度垂直于被照射表面时的照度，α是光线投射方向与被照射表面法线的夹角（即入射角）。公式2-6表明：当光线垂直照射到被射表面上，α=0°，即cosα=1，照度最高，照度的数值等于E0。当光源倾斜照射到被照射表面上，照度下降，其数值等于E0和cosα的乘积。
在极端情况下，光源投射方向与被照表面平行，这时α=90°，因此E=E0×cos90°=0，照度为零。
照度的余弦定律可以很好地解释为什么正午的照度高于一天之中其他时间的照度，夏天的照度高于冬天的照度，地球纬度低的地区照度高于纬度高的地区。
图2-6 平行光源的照度大小与光源和被照表面的夹角有关
4.照度与被摄体表面的反光特性无关。一旦光源的强度和光源的位置确定之后，被摄体的照度就被确定了，无论你拍摄的是白色石膏还是棕色坛子，都不会改变照度的大小。
▼被摄体的反光率（ρ）
反光率ρ是描述被摄体表面对光线反射程度的参数。反光率被定义为，反射光通量与入射光通量之比。用以下公式表示：
表2-3 常见被摄体的反光率
公式2-7中：Φin是入射光通量；Φout是反射光通量。反光率ρ是比值，所以没有单位。ρ通常用百分比（％）表示。
ρ=0，表示物体完全不反射光线，是理想的黑色。
ρ=100%，表示物体完全反射光线，是理想的白色。
0＜ρ＜100%时，物体是不同等级的灰色（包括不同灰度级的彩色）。
自然界的被摄体反光率都在大于0、小于100%的范围之内，而且几乎不存在反光率为0或为100%的理想黑色和白色。常见被摄体的反光率见表2-3。
我们可以建立起这样一个概念：反光率在40%—50%以上的物体，给人的印象是白色或浅色的；反光率在10%以下的物体，给人的印象是深色的；介乎其间的是中等反光率物体。
▼亮度（B）
亮度在摄影中又被称作反射光。亮度B被定义为：发光面、透光面或反光面在人眼观察方向所看到的明暗程度。用公式可表示为：
公式2-8中：I是发光面的发光强度或透光面的透射光强度或反光面的反射光强度，发光强度I的单位是Cd（坎德拉）。A是发光面、透光面或反光面的面积，单位是m2（平方米）。
亮度B的单位是：Cd/m2（坎德拉／平方米），以前也称为nt（尼特）或Cd/ft2（烛光/平方英尺）、asb（亚熙提）等。
与照度类似，Cd/m2是统一国际单位，而Cd/ft2和asb是其他制式单位。
Cd/m2和Cd/ft2的换算关系为：
1 Cd/m2=0.0929 Cd/ft2
1 Cd/ft2=10.764 Cd/m2
asb与Cd/m2的换算关系为：
我们可以把被摄体按照亮度水平分割为一个个面积单元，而摄影所做的就是将这些不同亮度记录在胶片上。
例如，在图2-7的场景中，亮度关系主要是这样组成的：
第一，三个僧人的脸和裸露的肌肤。
当人物是摄影的主体时，肌肤的质感再现永远是最重要的。所以，僧人的脸和肌肤在本例中是被重点考虑和需严格掌握的部分。如果摄影的对象是人物的近景或特写，那么人脸可细分为受光面和背光面两个单元。
图2-7 摄影画面是由不同亮度的景物所组成的
第二，僧人的袈裟。
第三，前景的地面。
本例中，人物的肌肤、衣服和地面虽然表面质感和颜色各不相同，但反光率比较接近。
第四，背景的白墙。
高亮度的白墙是画面中最亮的部分，在其衬托下，我们可以清晰地区分出三个僧人的体态。如果背景的墙面也和地面的反光率差不多的话，恐怕这张照片要灰成一片，无法观赏了。
无论是多么复杂的被摄体，只要控制住它们的亮度关系，曝光控制的目的就达到了。
▼照度E、亮度B和反光率ρ之间的关系
照度和被摄体的反光率共同决定了被摄体的亮度
被摄体的亮度B与被摄体受到光线照射的强度E和被摄体的反光率ρ有关。对于反光的被摄体来说，照度的大小和反光率的高低共同决定了亮度的大小。在相同照度的条件下，反光率越高，则被摄体亮度越高；在被摄体反光率相同的条件下，受到光源照射的照度越高，则被摄体亮度越高。这个关系用公式表达为：
公式2-9中：B为亮度，单位是Cd/m2；E为照度，单位是lx；ρ为反光率；π为圆周率。
公式2-9还有另一个版本：
B=Eρ 式2-10
这是由于前面所说过的历史上存在多种制式的缘故。在公式2-10当中，B的单位是asb；E的单位是lx。
例：当照度为133.5 lx的光线照射到反光率为18%的物体上时，求：被摄体的亮度是多少？
解：将数据代入公式2-9得：
所以，被摄体的亮度是7.65Cd/m2。
被摄体的表面反光特性对其的亮度分布有影响
照度E、亮度B和反光率ρ之间的关系还受物体表面反光特性的影响。被摄体表面典型的反光特性为：完全漫反射、镜面反射以及介于两者之间的不完全漫反射，如图2-8所示。
完全漫反射表面
粗糙表面具有漫反射的性质。如图2-8a所示，完全漫反射表面的反光特性符合余弦分布，与光源来自何方无关。所以，在任何角度上观察被摄体，其亮度都是一样的。
镜面反射表面
光滑的表面具有镜面反射的性质。如图2-8b所示，反光的方向性很强，反光的方向和光源投射方向相对于物体的法线而对称，我们将这一角度称为反射角。
不完全漫反射表面
不完全漫反射表面的反光特性介于完全漫反射和镜面反射之间，有一定的方向性。如图2-8c所示，不完全漫反射表面在光源反射角的方向上反光最强，亮度最高；其他方向上的亮度不如反射角方向。
图2-8 物体表面的反光特性
由此可见，除了完全漫反射被摄体以外，其他被摄体的亮度均和光源相对于物体表面的夹角有关。
自然界中的大多数物体表面属于不完全漫反射表面。表面比较粗糙的物体，其表面反光特性接近于漫反射特性，亮度在各个方向上观察都是比较一致的。而表面光洁的物体，如镜面、玻璃表面、漆器等，其表面反光特性接近于镜面反射特性，亮度在各个方向上观察都不一样。在逆光下，我们常常会看到水面上有耀眼的光斑，这就是自然界中的镜面反射现象。观察具有镜面反射性质的物体表面时，当观察方向处在反射角的位置上，物体表面非常明亮；而观察方向处于其他方向，则物体很暗，甚至是黑的。