第一章 数码摄影概论

学习目标

1．通过本章学习，了解摄影发展历程。

2．了解传统摄影与数码摄影的区别及各自的优缺点。

第一节 数码摄影与传统胶片摄影的区别和联系

一、传统胶片摄影的工作原理

要讨论数码摄影的优缺点，最好的办法莫过于与传统摄影进行比较。而要比较两者的异同，最好先分别来看看两者各自的工作原理及过程。

传统的胶片摄影其工作大致可以分为拍摄、冲洗和印放三大步骤。其中只有第一个步骤我们最为熟悉，即我们所谓的拍照，也就是相机的使用过程；后两个步骤一般都是由冲印店负责进行。整个工作过程，先是景物通过镜头成像在焦平面上，然后与处于这个位置上的感光胶片发生化学反应，形成潜影；再通过后期的冲洗—即对具有潜影的胶片进行显影和定影，获得负像；最后通过印放过程获得与我们肉眼所见景物类似的正像。由于传统摄影所使用的胶片涂布着以卤化银为主的光敏材料，当被光线照射时便会发生氧化还原的化学反应，形成以银离子表征的潜影。光线强的地方，形成的潜影就比较多，而被摄景物中黑暗的部分在胶片上则几乎形成不了潜影或者只有很少很薄的一点。当冲卷时，潜影较多的部分便相应地还原出更多的金属银；而很黑的部分，即潜影很少的部分则很自然地几乎形不成任何的金属银，而是继续以本来的银盐颗粒状态存在，经过定影环节后溶掉；同样，如果是景物亮度居中的中灰部分，则形成的银颗粒也居中。于是在最后的负片上，我们便得到了与现实景物亮暗正好相反的“负片”。（如图1-1-1a和图1-1-1b所示）

印放的过程与此类似，只不过“被摄景物”是需要印放的负片，而承影的一般不再是胶片而是相纸。

以黑白胶片摄影为例，传统胶片摄影的原理还是比较好理解的。其实，彩色摄影的原理也是类似的。只不过，感光材料不再是只有一层，而是分为感红、感绿、感蓝三层。在每一层银盐材料上面进行了特殊处理——银盐颗粒被混合在特定的颜色层内，同时，还给每一层光敏材料加上了一片“滤镜”，使得每一层光敏材料只对某一类光线敏感，从而使得曝光后分别形成了红色潜影、绿色潜影和蓝色潜影。在冲洗时，按照每个颜色层内所还原的金属银比例，用彩色染料对金属银进行置换。于是，照射在胶片上的光线强度和色彩就同胶片所生成的色调和色别一一对应起来了；同时，因这些彩色层是叠合在一起的，于是形成了复合的夹层，几乎可以表征景物所需要的所有色彩。只不过，这时还是负像，即实际色彩的补色形式。（如图1-1-2a和图1-1-2b所示）

经过后期印放，才还原为与景物色彩类似的正像彩色片。这就是彩色摄影的基本原理。为什么我们要这么细致地来介绍它呢？因为色彩处理在数码摄影中同样是非常重要的问题。但现在让我们先把这个话题放一放，而来看看传统胶片摄影原理对摄影各个环节有何影响。

最明显的影响至少有三个。一是传统摄影的后期制作是相当费时费力，需要一定花费的，同时还不利于普通摄影者对照片质量和细节的控制。换句话说，摄影者必须在前期拍摄时尽最大努力把照片拍摄的质量控制在自己所需要的范围内，一旦送去冲洗了，就只能靠冲洗店来掌握了。

其实，这里已经说到了传统摄影的第二大特点，它必须在前期对摄影的质量，尤其是色彩部分进行最大限度的控制。比如选择胶片的类型、规格，使用各种不同的滤镜等等。具体来看，传统胶片的规格是比较多的，从最常见的135相机（如图1-1-3a）的24mm×36mm到120相机（如图1-1-3b）的56mm×56mm，再到大画幅的10.2cm×12.7cm，种类非常之多，变化非常丰富。

并且，不少相机还可以拍摄不同规格的胶片，比如APS相机就可以在同一个胶卷上拍摄出9.5mm×30.2mm、16.7mm×30.2mm和16.7mm×25.5m三种不同幅面的底片，并且这种功能在大型技术相机的操作中也非常常见。这样的特点，尤其是大底片的使用，使得传统摄影在画面的质量和画幅的丰富性方面都有比较好的表现。但传统相机使用胶片拍摄也有它的麻烦之处，就是不能选错胶片类型。传统的胶片往往分为彩色负片、彩色反转片和黑白胶片，如图1-1-4所示。

从色温的角度可以分为灯光片和日光片，从感光度的角度来看则有高速片和低速片等等。感光度的高低可以让胶片适应多样性的光线条件，在黑暗处拍摄可以使用高感光度的胶片，如ISO800的高速片；而在日光下拍摄，则可能使用ISO50的低速片，从而使得我们在光线暗的地方也可以不使用三脚架和闪光灯，在明亮的环境中也可以使用大光圈。另一方面，用于适应光线色温从而控制画面色彩的灯光片和日光片则显得能力非常有限。如果我们选择错了，比如在日光下拍摄却选择了灯光片，那么画面就会明显偏蓝；相反，如果是以白炽灯或蜡烛为主要光源拍摄，却选择了日光片，那画面就会严重偏黄。而且，这种严重的偏色在后期制作中的校正也非常有限，甚至无法完成。同时，我们知道，某一个灯光片或日光片，它一旦被生产出来，其能适应的色温就是固定的了。一般说来，日光片最适合的光线色温是5500K，而灯光片最适合的色温一般是3200K，如果实际的光源高于或低于这两个值，那画面就会或多或少地偏色，如果高于胶片设定的这个感光度值则画面会偏冷色，低于则会偏暖色。我们知道，大自然中光线的变化是非常丰富的，色温刚好5500K或3200K的时候是非常少的。如果想让画面的色彩刚好还原，或者偏向我们所希望的色彩就比较困难。传统摄影除了可以选择胶片类型外，主要是通过使用校色温滤镜来进行调整。需要提高或减低的色温往往有高有低，所以，校色温滤镜往往是一个大的系列，不仅携带不方便，还对摄影师使用滤镜的水平提出了较高要求。

第三，传统摄影的原理还决定了其成果的共享和分发更为麻烦。冲洗店冲印的照片要送给远方的家人，必须通过邮局寄送；如果需要给多个朋友，那还得多印放几张；如果要投稿给报社，还必须送到报社去，晚了就没有价值了——即便坐出租车及时赶在了报社的截稿时间前，编辑还必须把图片扫描到电脑里去才能进行修改和排版……真的是非常麻烦！一比较，数码摄影在这些方面就显得方便多了。为了更清楚明白地掌握数码摄影，在具体论述它的特点前，我们还是先来看一看其基本原理吧。

二、数码摄影的工作原理

同传统的胶片摄影一样，景物先是通过镜头成像在相机内部的焦平面上。但承接它的不再是密布着银盐感光材料的胶片，而是所谓的“影像传感器”。在影像传感器的表面，密布着大量的能把光信号转变为电信号的光电半导体元件，每一个点被称为一个像素，如果某一款相机是800万像素的，则意味着其影像传感器表面有800万个光电半导体。很显然，这个能把光信号转变为电信号的光电半导体材料构成的光敏元件，是数码相机非常重要的部件，在很大程度上决定着数码相机的档次和质量。其具体的种类有很多，我们最常见的是CCD和CMOS。CCD是英文Charge Coupled Device的缩写，译作“光电耦合元件”（图1-1-5）；而CMOS则是Complementary Metal Oxide Semiconductor的缩写，意为“互补型金属氧化物半导体”。作为光电半导体，它们的作用是一样的，都是把光信号转变为电信号。在被摄景物比较明亮的部分，产生的电荷量就会比较多，而黑暗或相对暗淡的部分，产生的电荷数也就比较少，从而可以很成功地表征出景物的亮暗情况。

景物的色彩又是如何来反映的呢？原来，与彩色摄影的原理类似，数码影像千变万化的色彩也是由基本的三种色彩信号混合而成的。光线进入相机后被分为了三部分，分别由表面覆盖着红绿蓝滤镜的光电半导体感光，从而使得光电半导体进行了分工，一片只对红色的光进行光电转换，而另两片则分别只对绿色的光和蓝色的光进行光电转换，于是，景物投射在每个像素点上的色彩和亮度情况就被记录了下来。三路电信号分别记录景物的红绿蓝三色光的强度，通过相机内部电路的计算和混合就可以成功地还原出真实且丰富的色彩——这就是3CCD数码相机色彩处理的基本原理。

实际上，为了节约成本，普通消费者使用的普及型数码相机往往只有一片CCD，其红绿蓝色彩又是如何分别记录的呢？聪明的科研人员经过不懈努力，发明了“马赛克技术”。由于数码相机影像传感器上感光元件的数量非常之多，完全可以让其中一部分负责感蓝光，一部分负责感绿光，另一部分负责感红光。尽管在感红光的那一个像素部分，景物中的绿光和蓝光成分不能得到直接记录，但其完全可以通过相邻的感绿和感蓝像素部分所获得的绿、蓝电信号的强度来推测该感红像素点大致的绿、蓝情况。这一过程，通过数码相机内部的微处理器便可以成功实现。很显然，数码相机的软件或者说“算法”对这一过程的意义是非常重要的。同样质量的CCD，因相机软件的“算法”不同，获得的画面色彩和细节是有区别的。

这些记录着不同色彩、亮度的电荷，紧接着来到的地方就是数码相机的模数转换元件。在这里，根据电荷的情况，每一个像素都被赋予了相应的特征值。这个特征值，是用数字化的方式来记载的。它不仅要记录该像素点的亮暗，还要分辨出该亮暗程度究竟是由红色光引起的，还是由绿色光或者蓝色光引起的，即要记录色彩，并且它还必须附带着地址信息，否则就无法还原了。经过了这一关，我们才真正得到了数码影像信号。剩下的工作，就是把获得的数字信号保存下来。相机里负责保存这些信号的元件叫存储设备，具体的有很多种，我们后面会专门介绍。在保存前，相机内部往往有一个叫做“内存”的缓冲区，如同一个酒店的大厅，在把已经数字化了的影像“客人”派到房间里去保存前，它们都需要经过这里。很显然，这个大厅，即数码相机“内存”的大小及其工作效率，对整台相机的工作效率是有明显影响的。此外，如前所述，数码影像的数据量往往是非常大的，如果直接记录，所占用的存储空间就会太多。为了解决这个问题，数码相机里往往还设置了专门的数字信号压缩处理模块，对文件进行适当的压缩处理。

同传统胶片相机不一样，数码相机不需要经过后期冲洗就可以获得影像，具有“即拍即显”的特点，所以能把获得的影像信号直接传输到外部显示设备上，如电脑、电视机等，甚至直接连接到打印机上打印出照片或幻灯片等等。因此，数码相机与传统胶片相机比较大的不同点就是，它还必须有适当的输出线路和接口。另外，为了可以立刻观看拍摄的效果，数码相机往往会比传统相机多出一个显示屏。当然，还有相应的控制电路、软件、微处理器及操作界面等等。

三、数码摄影的优缺点

以上我们简单介绍了数码相机的基本原理和工作过程，不难看出，正因为有这样的工作方式，数码相机自身便具有不少优点和不足。首先，它即拍即显，方便了拍摄者对影像的控制，对不满意的图片可以立刻发现，删除后重新拍摄，不仅明显提高了拍摄的成功率，还有效降低了摄影的入门台阶，使新手也可以轻松地拍摄出好照片。其次，它有效降低了后期冲印的成本，我们只需要挑选自己满意的照片去冲印，而不是在冲印出来的大量作品中挑选有限的几张来保存。并且，数码影像的保存性也非常良好。不仅保存的方式多种多样，以数字信号方式保存的影像其质量也不会因时间太长而有损失。再次，数码影像还具有非常良好的可编辑性。通过图片处理软件，我们不仅可以轻松地实现传统摄影经常进行的反差控制、画幅调整等基本操作，还同样可以很轻松地实现在传统暗房工艺中颇有难度的浮雕、版画、偏色等特殊效果，我们甚至可以凭自己的艺术感觉对影像进行扭曲、压缩、剪接、拼贴等操作。尽管有观念陈旧的人可能会惊呼“这还是摄影吗？”，但我们仍然可以骄傲地宣称：数码摄影至少使人类获得了一种新的更便捷的艺术表达方式！它打破了曾经由精英控制的摄影文化舞台，使摄影活动变得更平民化了。“人人都可以是记者，人人都可以是艺术家”是数码相机最好的广告词！此外，在传统摄影中让不少初学者头痛，让不少高手自豪的色彩问题，在数码摄影中也得到了轻松解决。同传统胶片摄影采用不同胶片类型和校色温滤镜的方法不同，在数码相机中设计有专门的白平衡电路来控制画面的色彩。有多种白平衡模式可供选择，操作简便。即便如此，如果拍摄的画面还是偏色了，那也不可怕，可以后期通过软件处理对色彩进行很轻松和自由的重新调整。最后，数码影像的存储和共享方式，有效地为我们节约了时间和精力，提高了我们的工作效率。不仅记者可以几乎与事件的发展同步进行生动的图片报道，我们普通的摄影爱好者，也可以把自己刚刚拍摄的图片通过网络或者手机发给自己的家人和朋友欣赏。我们还可以拿出自己的数码相机对自己想要销售的大小物品，如房屋等，进行拍照，然后传给客户挑选。或者，我们仅仅是想就某一自然或文化现象，比如一只奇怪的昆虫，或者一件奇怪的文物，请教有关的专业人士，也可以把我们用相机捕捉到的内容发到网上去，等着高人的指点。至于用于传统的图书或期刊出版，那就更方便了，不仅送稿时间只有短短的几秒，还不再需要颇为麻烦的扫描工作了。此外，我们还可以对数码图片进行自由编辑和改造。如果实在想拥有像传统摄影那样的纸质照片，也可以很轻松地挑选自己想要的照片直接打印。有学者将数码摄影的优点总结为“直接显示、直接储存、直接处理、直接印放、直接传送和‘绿色摄影’”，我认为是非常正确的。

总之，数码摄影作为数字时代的图片捕捉方式，其功能非常强大，绝对是人类影像文化史中最重大的变革之一，其优点无与伦比，是未来的主流！其优点绝不止我们上面所列举的这几点，比如它的出现和普及就对传统的教学方式有所改造——“实物影像化”在教学中越来越普遍。但就目前来看，同传统的胶片摄影相比，它还是具有一些缺点。比如，由于影像传感器的工作原理复杂，即使目前在摄影行业的高端数码产品，其数码摄影的成像质量，尤其是色彩和细节方面，还是不如传统的胶片摄影。胶片摄影用银盐颗粒和染料记录景物细节和色彩的方式，是连续的记录方式，在数量上几乎是无穷的。技术相机拍摄的大画幅胶片，可以清晰放大的倍数，是数码相机（包括目前的高端数码相机）难以望其项背的。最后，数码相机还有一个缺点，就是初期投资比较大，并且更新换代太快，让人总有赶不上的感觉。但随着计算机技术，尤其是数码影像技术的进步，数码相机的这些缺点，包括最关键的清晰度问题，也都可以得到比较好的解决。总的来看，数码摄影的前途是非常光明的，但要想宣布胶片摄影的终结，还需要一定的时间。

四、数码摄影与传统胶片摄影的主要区别

在结束本小节之前，再来提一个问题：数码摄影与传统胶片摄影最大的区别是什么？很多初学者可能会说：是相机的不同，一个是使用胶片，另一个是使用影像传感器。的确，这也是数码相机和传统胶片相机的一个不同之处，但是使用胶片或者使用影像传感器，应该说并不是这两类相机最主要的区别，其主要区别还在于存储和处理影像信息的方式不同。对于一台相机来讲，其获得影像的方式才是最关键的。但在这方面，数码相机和传统相机几乎没有太大的区别。它们的光学镜头、光圈、快门、调焦系统、测光系统、曝光控制系统、整机控制系统、取景器、内置闪光灯等等，都是一样的，不同的仅仅是记录和存储系统而已。如前文所述，传统相机是用涂抹着感光化学药剂的胶片来记录影像，拍照时，经过曝光在胶片上形成潜影，经过后期的冲洗获得底片，然后再通过印放获得照片；而数码相机则是通过光电半导体（影像传感器）将光信号转变为电信号，然后再通过内置的模数转换器将模拟的电信号转换为数字信号，最后存储在专用的数字存储器内。换句话说，传统摄影的实质是一个“光—化”反应过程，而数码摄影的实质是一个“光—电”转换过程。两种相机在获得影像的方式，在相机的机械、光学、电路方面，也就是说在“拍照”方面，其实没有什么太大区别；只是在影像的记录和存储方面有所差异。所以，在传统相机后面加上合适的数字后背，就完全可以开展精彩的数码摄影活动了。正因为如此，与普通读者想象的不一样，我们有一个基本的观点：数字相机并非与传统相机那么不相干——学习数码摄影，大量的传统摄影知识并不过时！