这里有一个物理学上的小小尴尬:在单纯的物理量中,并不存在“房间有多亮”这一概念。人类所说的亮度,是相对于人眼来定义的。1 lux 相当于 1 瓦特的光,并根据平均人眼对各波长的敏感度进行加权计算:绿色权重极高,深红和紫光几乎不计,红外线则完全忽略。这一加权曲线被称为 V(λ),是一项国际标准——即 CIE 物理光度学系统,目前作为 ISO/CIE 23539 发布——而专业的 lux 计本质上就是一个戴着精确染色的、能模拟该曲线的“眼镜”(滤光镜)的光电二极管。
手机摄像头并没有戴这样的“眼镜”。正是这一事实,决定了手机照度计能给出怎样诚实的测量声明。
“光照”工具实际测量的是什么
Sentio 的“光照”工具将摄像头用作广域光传感器:它会计算整个画面的平均亮度,在两秒钟内每秒对该平均值进行二十次采样,并报告结果——包括平均值、范围、离散度以及完整的两秒曲线,并将其归档到您的目录中。屏幕上的数字是传感器满量程的百分比,而不是 lux 值。
这种刻意的拒绝,原因就在于相机的图像处理流程。在光子与你读到的数字之间,存在着三个 lux 计所没有的转换过程:
- 错误的光谱“眼镜”。 传感器是通过红、绿、蓝滤光片进行观察的,这些滤光片旨在拍出好看的照片,而非匹配 V(λ) 曲线的滤光片。两个具有相同真实照度的房间——一个暖色调照明,另一个冷色调照明——在相机里的读数可能不同,但在 lux 计上却完全相同,反之亦然。
- Gamma(伽马值)。 相机的输出是刻意非线性的:处理管线压缩了高光数值,以便照片看起来更自然。将光照增加一倍,相机的读数不会翻倍。而 lux 计的光电二极管在设计上就是线性的——光照翻倍,读数就翻倍。
- 未知的绝对标度。 即使你还原了 Gamma 并修正了光谱,将传感器计数转换为 lux 也需要进行光度学校准,而这台摄像头从未接受过此类校准。手机内部没有可以作为该转换基准的参考。
那么它有什么用?用途比你想的要多
请注意在这三种失真中幸存下来的是什么:顺序。如果在前后相隔不久、测量方式完全相同的情况下,位置 A 的读数高于位置 B,那么 A 确实更亮——因为 gamma 是单调变化的,而且一个房间里的日光光谱不会在两次测量之间突然剧烈变动。排序、对比和趋势分析的功能完好无损,而这已经涵盖了人们实际使用照度计的大多数场景:
- 对窗台亮度进行排序,以决定娇气的植物该放在哪里。通过实际测量,“明亮的散射光”变成了:东窗台 > 北窗台 > 那个架子(具体相差多少数值)。
- 对比书桌前后的变化(在安装新灯、贴单向透视膜或重新布置之后)——同一地点、一天的同一时间,获得真实的对比,而不是凭感觉。
- 追踪某个位置整天的亮度变化。 两秒钟的捕捉还会记录亮度曲线,因此闪烁的光源或飘过的乌云会表现为数值的离散分布,而不是在悄无声息中破坏平均值的准确性。
这就是该平台在光照方面的 相对特征原则 的应用:绝对数值归于设备,而对比关系归于现实世界。该工具的设计初衷,就是仅对第二种情况做出结论。
专业照度计能带给你什么
一台真正的照度计是结构更简单、规则严格得多的机器:一个光电二极管、一个 V(λ) 匹配滤光片、一个余弦修正漫反射球穹(以便让倾斜射入的光线按照照度定义的要求进行加权计算),以及一个线性放大器 —— 其中每一项特性都对照 ISO/CIE 19476 进行了标定,该标准定义了此类仪器的质量指标:滤光片对 V(λ) 的追踪紧密程度、余弦响应的忠实度,以及刻度的线性度保持得如何。
| 专业照度计($100–$2,000) | 手机「光线」工具 | 差距显现之处 |
|---|---|---|
| 带有 V(λ) 滤光片的光电二极管 —— 按照标准人眼感知光线的方式进行测量 | 配备面向摄影的滤镜的相机 RGB 传感器 | 在不同光源下对比场景(暖色与冷色、LED 与日光) —— 相机的光谱误差因光源而异 |
| 线性响应,校准过的以 lux 为单位的绝对刻度 | 伽马压缩的相对刻度,无光度学基准 | 任何绝对测量声明:如“此书桌照度为 480 lux”,都需要使用真正的照度计 |
| 余弦修正漫反射体测量来自所有方向的光线 | 对准某处的视野有限的镜头 | 工作场所式的表面照度测量;手机的对准方向会改变读数 |
| 校准证书;可用于证明符合照明标准 | 设计上即无证书 | 办公室/车间照明审计、纠纷、任何监管性质的事务 |
| 一个数字,一项任务 | 永远装在口袋里;每次读数都归档在某个物体下,附带曲线,可免费分析趋势 | —— 这一行说的是手机:对于任何本质上是对比的问题,手头的测量仪都好过必须去买的那台 |
曝光:摄影师版的同一套法则
早在手机问世一个世纪前,摄影师们就解决了这个问题:手持测光表就是一种测光工具,其输出以相机设置而非 lux 表示。从这一传统中得到的更深层启示同样适用 —— 只有当接收测量数据的设备不再自我猜测时,测光表才有用。采用自动曝光的相机相当于把测光表直接连到了一个拨盘上,而这个拨盘会抵消测光表所看到的一切。这就是为什么该平台上的每个对量值敏感的工具都是从锁定自动调整开始的。测量和“好心”的自动调节无法共存。
一句大实话:手机是对比仪,照度计是光度计。如果你的问题包含“更”字(比如比……更亮、比……更暗、比上个月更亮),手机完全可以很好地回答。如果你的问题包含带单位的数字,并且该数字会带来具体后果,请去租一台光度计。
「光线」工具的姊妹工具测量的是光线照射在什么上 —— 那就是「色彩」工具,而手电筒可将两者转化为带有可控光源的仪器:测量反射率和半透明性。关于手机测量何时能真正与专业设备竞争、何时不能,请参阅这篇坦诚的分析。