數(shù)字革命

朱炯，北京電影學(xué)院攝影學(xué)院副教授。

雖然數(shù)字技術(shù)應(yīng)用到攝影領(lǐng)域已經(jīng)有十多年的時(shí)間，但是國(guó)內(nèi)攝影界對(duì)數(shù)字技術(shù)的研究和探討還處于初級(jí)階段，雖然廣大的攝影愛好者幾乎全部拿起了數(shù)碼相機(jī)，但他們對(duì)數(shù)字技術(shù)的理解和認(rèn)知卻急待提高。為此，《數(shù)碼攝影》雜志請(qǐng)北京電影學(xué)院副教授朱炯老師開設(shè)了專欄“數(shù)字革命”，用通俗易懂的語言和文字來解讀數(shù)字技術(shù)中的原理和技巧，希望能讓影友學(xué)習(xí)到實(shí)用的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。

數(shù)字影像是整個(gè)攝影領(lǐng)域的一場(chǎng)技術(shù)革命。它最顯著的特征是影像成像核心方式的變革，即數(shù)字編碼成像替代化學(xué)銀鹽影像。不僅如此，重要的是數(shù)字影像產(chǎn)生了一系列新的攝影技術(shù)用語、方法及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來控制影像品質(zhì)，形成數(shù)字影像的技術(shù)體系。同時(shí)數(shù)字影像的技術(shù)手段也帶來了攝影方式及視覺文化傳播的新特色。攝影產(chǎn)業(yè)是研發(fā)數(shù)字影像的重要推動(dòng)力，同時(shí)也在這場(chǎng)攝影技術(shù)革命中承受著顛覆性的變革。在新舊技術(shù)的較量過程中，大型攝影器材企業(yè)全球大洗牌，新興攝影產(chǎn)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。但是在這個(gè)欄目開始之初，我還是想先告訴大家，數(shù)字影像存在三個(gè)不可回避的缺陷。

噪點(diǎn)與雜色

什么是噪點(diǎn)：

噪點(diǎn)也稱雜色，是數(shù)字影像在暗部出現(xiàn)的雜亂、粗糙的彩色紋理。噪點(diǎn)展現(xiàn)的是非感光的影像像素，其形狀可能是斑點(diǎn)或者條紋狀干擾紋，畫面因此而顯得臟，清晰度差，影像質(zhì)量低。

噪點(diǎn)與顆粒形成原因的比較：

數(shù)字影像中的噪點(diǎn)和銀鹽影像中的顆粒有相似之處，都在高感光度畫面中出現(xiàn)。但數(shù)字影像還會(huì)在長(zhǎng)時(shí)間曝光情況下出現(xiàn)，當(dāng)設(shè)置為低感光度、長(zhǎng)時(shí)間曝光的噪點(diǎn)很明顯。數(shù)字影像在后期銳化過程中會(huì)產(chǎn)生噪點(diǎn)。在影像中噪點(diǎn)和顆粒的視覺質(zhì)感不同，我們常由此判斷照片是數(shù)字影像還是銀鹽影像。

數(shù)字影像噪點(diǎn)的成因及控制的方法與銀鹽影像處理微粒的方法不同。影像傳感器感光生成影像的過程中產(chǎn)生噪點(diǎn)。但由于廠家設(shè)計(jì)能力的不同，CCD/CMOS的面積尺寸不同，其計(jì)算和形成數(shù)字文件的方式?jīng)Q定了數(shù)字影像噪點(diǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)弱多少。數(shù)字影像的噪點(diǎn)比銀鹽影像的顆粒更容易產(chǎn)生，在于數(shù)字相機(jī)影像傳感器一般比35毫米膠片尺寸小，且能夠方便地選擇高感光度拍攝。

除噪與微粒的不同手段：

在銀鹽影像系統(tǒng)中控制顆粒的手段有限，如可選擇大幅面底片、低感光度膠片拍攝，沖洗時(shí)采用微粒顯影液。

數(shù)字影像系統(tǒng)的除噪空間較大，方法多樣，基本分為三個(gè)步驟。首先是數(shù)字相機(jī)自身的除噪能力提高，這是相機(jī)生產(chǎn)廠家的工作，能夠在高感光度（ISO800-1600）下生成低噪數(shù)字影像越來越成為數(shù)字相機(jī)的一項(xiàng)重要技術(shù)性能。其次是在拍攝時(shí)，選擇影像傳感器面積大的相機(jī)，在一定的曝光時(shí)間范圍內(nèi)選擇低感光度拍攝，選擇高品質(zhì)文件存儲(chǔ)格式都可以有效降低暗部噪點(diǎn)。最后是在計(jì)算機(jī)后期圖形圖像軟件中進(jìn)行降噪操作，如采用Photoshop等軟件，按照色彩通道逐一柔化噪點(diǎn)等方法。

摩爾紋

數(shù)字影像是完全不同于銀鹽影像的一種對(duì)現(xiàn)實(shí)世界影像再現(xiàn)的系統(tǒng)，其影像再現(xiàn)的原理、方法、程序的不同，導(dǎo)致影像再現(xiàn)的效果有所不同。在數(shù)字影像的視覺再現(xiàn)中，出現(xiàn)了一些銀鹽影像中沒有的視覺現(xiàn)象。數(shù)字影像和銀鹽影像與現(xiàn)實(shí)景象都有不同程度的差異。

數(shù)字相機(jī)拍攝有密紋的紋理時(shí)，畫面中常常出現(xiàn)人眼視覺觀察景物時(shí)看不到的彩色水波樣條紋，這就是摩爾紋。摩爾紋會(huì)出現(xiàn)在密布欄桿、屋頂波浪板、布料以及其他物體有規(guī)律、密集排列的景物中。這種雜亂影像是銀鹽膠片系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生的。其原因是影像傳感器CCD和CMOS上的成像單元像素是整齊地排列成一個(gè)平面，在記錄相同線條規(guī)則排列的平面時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)位。

Moiré 一詞出自法文，1570 年前后被用來描述安哥拉山地羊毛特殊的織布，也有引伸為規(guī)則紋路的意思。一直到 1823 年這個(gè)字被用來說明規(guī)則波紋的形容詞。今天我們使用“摩爾紋”一詞，就是“波浪紋”的意思。計(jì)算機(jī)屏幕或電視在顯示密集條紋時(shí)也會(huì)出現(xiàn)摩爾紋，甚至如果你將數(shù)碼相機(jī)對(duì)準(zhǔn)電視屏幕以非垂直的角度拍攝，你也會(huì)發(fā)現(xiàn)摩爾紋的存在。

摩爾紋是數(shù)字影像成像的缺陷，也表明數(shù)字影像技術(shù)處于發(fā)展階段，有很多不成熟的地方。目前數(shù)碼相機(jī)廠家對(duì)此從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)上進(jìn)行解決，通常會(huì)在影像傳感器前安裝低通濾波器，改變信號(hào)的頻率來去除條紋的產(chǎn)生，或者在鏡頭前加防鋸齒濾鏡，但會(huì)在一定程度上降低畫面銳度。已經(jīng)生成摩爾紋的影像可以通過軟件在電腦后期對(duì)其進(jìn)行消除。

紫邊

數(shù)碼相機(jī)成像的另一個(gè)缺陷，是在拍攝高反差的景物時(shí)，明暗交界的邊緣部分會(huì)出現(xiàn)異常的彩色暈邊，通常為紫紅色。這在銀鹽膠片成像上并不明顯。低端數(shù)碼相機(jī)成像的紫邊效果更為突出，這是因?yàn)橛跋駛鞲衅髅娣e小以及數(shù)碼相機(jī)內(nèi)部信號(hào)處理方法的缺陷所導(dǎo)致的。相機(jī)鏡頭的色散情況也是影響紫邊形成的一個(gè)因素。廣角鏡頭邊緣光線傾斜入射到CCD/CMOS上，破壞了傳感器要求光線垂直入射的條件，這都經(jīng)常會(huì)強(qiáng)化紫邊的效果。影像中紫邊的產(chǎn)生，是數(shù)碼相機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理所致。使用數(shù)字鏡頭，這是廠家專門為解決數(shù)字影像成像缺陷而設(shè)計(jì)的鏡頭，就可以有效地減少紫邊現(xiàn)象。另外，拍攝時(shí)采用RAW格式，然后在Photoshop或其他圖像軟件中進(jìn)行后期處理，也可以有效消除紫邊。

數(shù)字影像系統(tǒng)的發(fā)展歷史還較為短暫，但數(shù)字影像技術(shù)的進(jìn)步是以一種數(shù)字倍率的速度進(jìn)行著。二十一世紀(jì)初，當(dāng)數(shù)碼相機(jī)已經(jīng)在中國(guó)新聞媒體業(yè)普及的時(shí)候，攝影師考慮選擇數(shù)字影像文件的存儲(chǔ)格式、文件大小等問題的標(biāo)準(zhǔn)都與今天完全不同。例如RAW格式的使用只是在這兩三年來才被重視。數(shù)字影像技術(shù)能力在現(xiàn)階段還有很多問題甚至缺陷，噪點(diǎn)、摩爾紋和紫邊就是典型代表。噪點(diǎn)問題可以跟銀鹽影像中的顆粒問題相對(duì)應(yīng)，但是其產(chǎn)生原因和解決辦法卻大相徑庭。摩爾紋和紫邊完全是數(shù)字相機(jī)的成像缺陷，它們成為現(xiàn)階段人們對(duì)數(shù)字影像能力懷疑的重要因素。不過，如果我們對(duì)比銀鹽影像發(fā)展的同等歷史階段，在19世紀(jì)末，攝影誕生后的三、四十年，銀鹽影像成像能力也是非常有限的，完全不是二十世紀(jì)九十年代成熟期的影像視覺狀況。事實(shí)已經(jīng)證明，數(shù)字影像的缺陷隨著技術(shù)的飛速發(fā)展已經(jīng)得到了很大的解決。在現(xiàn)階段，解決影像缺陷的工作更多的是在改進(jìn)數(shù)字相機(jī)成像能力和影像處理軟件的工作能力上。

和銀鹽影像系統(tǒng)相比較，數(shù)字影像品質(zhì)的控制方式，是規(guī)范化前期拍攝技術(shù)，強(qiáng)化后期影像技術(shù)處理能力。數(shù)字影像在成像時(shí)的編碼特性，為后期電腦處理提供了基本的平臺(tái)。目前數(shù)字影像在生成時(shí)的各種問題，大多可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行處理。也就是說，即便是數(shù)字技術(shù)發(fā)展不成熟的今天，數(shù)字影像后期處理的能力也已經(jīng)可以彌補(bǔ)其不足，例如專業(yè)的降噪軟件，多種手段的去紫邊的方法。因此數(shù)字影像的成像特征和現(xiàn)階段缺陷，都給我們一個(gè)明顯的提示，即數(shù)字影像具有巨大的后期處理空間。

數(shù)字影像體系與銀鹽影像體系：天壤之別

數(shù)字影像以計(jì)算機(jī)平臺(tái)通用的文件格式來生成、存儲(chǔ)影像，按照計(jì)算機(jī)二進(jìn)位制的算法計(jì)算數(shù)字影像文件大小，并在此基礎(chǔ)上運(yùn)行、處理影像。作為數(shù)字影像的品質(zhì)基礎(chǔ)，當(dāng)數(shù)碼相機(jī)對(duì)被攝景物感光之后，在相機(jī)內(nèi)部進(jìn)行光信號(hào)轉(zhuǎn)化電信號(hào)，再經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)字影像的文件格式就是數(shù)字信號(hào)不同類別、性質(zhì)的編碼方式。從這個(gè)工作方法和工作程序來看，數(shù)字影像的生成與銀鹽影像的生成完全是兩個(gè)不相干的系統(tǒng)，它們的目的雖然都是為了記錄影像，都是對(duì)“光”產(chǎn)生反應(yīng)，去形成“影”的像，但是數(shù)字影像的物理系統(tǒng)和銀鹽影像的化學(xué)系統(tǒng)的性質(zhì)決定了它們是兩個(gè)各自獨(dú)立的體系。我們不能用銀，鹽影像系統(tǒng)的方法、規(guī)律套用在數(shù)字影像系統(tǒng)上。我們會(huì)清晰地看到，數(shù)字影像系統(tǒng)的完整性，從數(shù)字影像成像原理引發(fā)的影像操作特性，產(chǎn)生了數(shù)字影像的諸多特征，也出現(xiàn)了數(shù)字影像特有的缺陷與問題。