[转]胶卷还是数码—摄影技术的最深入比较剖析

与光共舞

　　
胶卷还是数码—摄影技术的最深入比较剖析
   

目前各大摄影论坛都充斥着关于数码相机与传统相机孰优孰劣的各种争论，双方引经据典争论得面红耳赤难分高低。其实不论是传统的胶片相机还是新兴的数码相机不同的只不过是成像的载体，最终我们都要获得一张足以满足人们审美需求或者实用要求的照片而已，况且一张照片的成败关键是其内容，成像质量只不过是相对次要的一个方面。 为了使大家对数码和传统有更深入细致的了解，下面从两大方面详细阐述数码与传统的分别和优缺点： 成像原理的不同和优缺点 使用方式的不同和优缺点 　　简单而言，传统胶片的成像过程是基于光化学理论，数码的成像过程则是基于光电子学理论，下面我们再来一同细看。 胶片的成像原理： 　　每种胶片（包括彩色胶片）都包括两个基本组成部分：一个单层的或多层的感光乳剂层、一个感光乳剂层的支持体——片基。乳剂是由对光敏感的微细颗粒悬浮在明胶介质中而成。胶片上的明胶与某些食品所用明胶类似。 　　在明胶中悬浮着的光敏物质是卤化银颗粒。这种颗粒如此微细，只有在高倍显微镜下才能观察到。在1平方英寸通常的感光胶片乳剂中，卤化银晶体的含量约达400亿个之多！ 　　卤化银晶体具有一经曝光其结构就发生变化的特性。这一化学性能变化的机理对我们并非重要，其变化的终结效果才是最重要的。这一变化是怎样产生的呢？当你拍摄时，光线通过相机的镜头射到胶片的乳剂层上，当光线到达卤化银晶体时，这些晶体发生结构性变化，并与邻近也受到光线照射的卤化银晶体相互聚结起来。 　　这种因卤化银晶体聚结而形成的团块仍然是极其微细的。乳剂层接受到的光量愈多，就有更多的晶体聚结在一起，光量愈少，晶体的变化和聚结也愈少。没有光落到的乳剂上也就没有晶体的变化和聚结。这就是说不同强度的光照射到胶片上，胶片乳剂层的微观领域就有不同数量的晶体发生结构变化和相互聚结。 　　胶片一经曝光，立即产生潜影——一种看不见的影像。必须将胶片进行显影操做才能使潜影转化为可见的牢固影像。当胶片显影，结构已发生变化的卤化银晶体便转化为黑色金属银颗粒的聚结体，从而产生影像——负像。胶片上那些没有感光的，也就是没有发生结构变化的晶体即被一种称作定影剂的化学品洗去，使这些部分呈现浅灰或透明。结果是负像上黑暗（厚的）部分就是曝光较多部分；明亮（薄的）部分就是曝光较少部分；全透明部分就是没有受到光照射的部分。这就是黑白胶片记录影像的基本过程。 　　彩色胶片有三层感光乳剂层，在这些乳剂层里还分别含有不同的能够生成染料的有机化合物，叫做彩色偶合剂（成色剂）。它们本身是无色的，但在彩色显影时能与彩色显影剂的氧化物耦合成为有色的染料。对于负性胶片，上层盲色乳剂里所含的偶合剂在彩色显影时形成黄色，中层形成品红色，下层形成青色，这就是我们得到的经过冲洗的彩色胶片。通过扩印或放大再把影像投射到照相纸上或者是反转片的反转冲洗，胶片上层的黄色转变为它的补色蓝色，中间一层转为绿色，下层则转为红色，我们就得到了与自然状态一样的彩色照片或者透明的反转片。这就是彩色胶片记录影像的基本过程。 数码的成像原理： 　　目前数码感光器件分为CCD和CMOS两大类。CCD称为电荷耦合半导体器件，CMOS称为互补型金属氧化物场效应器件，它们都是半导体器件，其工作原理没有本质的区别。它们在数码照相机中的作用是把影像的光信号转变为电信号并分别寄存起来，在外加扫描信号的作用下传输出去，最后经过各种运算转换为图像的数码文件。 　　光线透过镜头射入半导体，光子被半导体吸收，这样光学图像在感光单元上转换成为与光学图像中各相应像素上光照成正比的电荷包，每个电荷包就是图像的亮度信息，最后通过暂存区和信号读出寄存器把信号通过中央处理器进行信号处理后传输到存储器。一个好的影像传感器如果能够使得感光单元占据更多的比表面积，那么它的效率越高，再生像的准确度也越高。 　　数码图像传感器利用感光单元来接受光线，但对光线的色彩没有识别能力。那怎么让它感知色彩呢，现在的常规做法是在每个图像传感器单元的前面加上滤色镜，这又可以分为原色RGB滤镜和补色CMYG滤镜两种，这种技术被称为马赛克技术（Mosaic）。 　　下面以RGB原色滤镜为例，红色滤色镜只能通过红色成分光线而拒绝其它颜色光线通过，同样蓝色滤色镜只能通过蓝色成分光线。这样红、绿、蓝滤镜有规律的严格排列，通过这种方式在所有感光单元前都加上滤色镜。再编制一个工作程序，使得照相机CPU中央处理器知道每个感光单元对应的位置，这样每个感光单元就有了一个加权排列序号，输出的信号中不但包括色彩信息和亮度信息，同时还包括位置信息。最后所有这些加权图像信息汇总后由图像处理引擎运算得出一个复原图像，也是我们最后获得的照片信息。这个色彩计算过程就是我们所谓的插值，可以说数码相机的色彩还原完全是根据设计者的软件编制方法把原始景物的色彩信息计算出来的。 　　由胶片和数码成像的原理可以看出，胶片是通过光化学反应产生潜像，这个潜像的生成不存在人为的干扰因素，也就是说过程比较自然。而数码成像过程，插值算法是关键的一环，所以随着算法设计的不断进步，数码的拟真度会越来越高（当然感光器件本身的进步也同样重要）。就和其他领域模拟和数码的更迭一样，当数码精细到一定程度以后（超过人所能分辨的界限），就可以认为是高保真地还原了。 　　但Mosaic技术存在以下的缺陷：分辨率无法持续提高，辨色能力差以及制作成本高昂。由于色彩是依靠插值计算出来的，所以对于十分细微的色彩变化，容易出现丢失现象，这就是数码图像看起来层次不够细腻、色彩不够厚重的原因之一。此外，由于数码感光原件是规则排列的，这就存在一个空间频率问题，当像素的空间频率与影像中条纹的空间频率接近的时候，就会产生摩尔纹。目前缓解的办法是在感光元件的前面安装低通滤波器滤除影像中较高空间频率部分，但这样又会导致图像锐度的降低。而胶片的感光颗粒是无规则排列的，也就没有固定的空间频率，所以也就不会出现摩尔纹。 　　再让我们来比较一下它们的响应曲线： 　　我们可以看到胶片的线性区相对稍稍短一点，但是特性曲线的肩部趋缓，有个拖了个长长尾巴的非线性区，表明对高光有一定的抑制——即可部份表现高光处的细节。而CCD的线性工作区稍微长一点，但是截止得很突然，一冲就上去了，毫无抑制能力，见到高光就是死白——这是与胶片的最大不同。 如果要精确测量光强，我们希望感光材料工作在线性区，这个用途使用CCD好。但从摄影的角度来说，胶片确实比CCD好，好就好在那个长长的非线性区能够保存大量亮部的细节，虽然这些细节反应出来的明暗其实是有误差的。 　　数字相机一旦过曝，信号就立刻饱和，而且是没有任何余地的那种饱和，因此数码高光部表现比彩负要差，非常容易过冲死白。而是胶片过曝一点，还是有细节存在，虽然响应已经不是线性的了，但是有总比没有的强，负片高光明显有缓冲，即使过曝无细节也不至於全脱色。 实际拍摄效果对比： 数码拍摄（佳能20D） 传统菲林拍摄（佳能30V） 使用方式的不同和优缺点 　　下面以135规格的单反相机为例阐述数码与传统在使用方式方面的不同和优缺点，因为它们代表传统与数码发展最充分也是竞争最激烈的领域。 全幅和APS 　　目前大尺寸CCD/CMOS加工制造比较困难，成本也非常高，所以DSLR所使用的感光器件(CMOS/CCD)多数都不是全画幅的，感光器件的实际面积都比135画幅小，只相当于APS的尺寸。目前在产的全幅DSLR只有佳能（CANON）的EOS 1Ds MarkII一款（售价竟高达6万）。这就造成了非全幅DSLR的镜头焦距要乘一个系数的问题，非全幅DSLR也多了一个“赚长焦亏广角”的说法。这就象把双刃剑，对长焦爱好者来说，高像素密度的非全幅是至爱；但对广角爱好者来说，非全幅使那些广角名镜黯然失色，譬如Nikon的AF 28 F1.4，乘了系数后变成42的标镜，多可惜啊！反观胶片相机，能把为35mm胶片研制的镜头功能用全了，也是目前最廉价的全幅解决方案，因为传统胶片本来就是全幅的，数码时代全幅反而变成奢侈品了。 景深和视角 　　正是由于目前主流DSLR都是非全幅的，这就带来了镜头视角的变化。同样的镜头用在DSLR上视角变小，要得到同样大小的图像，DSLR需要退得更后，也就是说要远离被摄者，拍摄距离的增加必然造成景深的增加，大光圈的浅景深效果不再容易得到了。譬如原来的室内人像靓镜CANON EF 85 F1.2L现在变成了135 F1.2L了，室内不能施展开来只能到室外去用，有够郁闷的！不过需要小视角镜头的拍鸟爱好者到是如获至宝，你想想原来600mm的“拍鸟标镜”变成了900mm的超望远镜头，多爽的一件事啊，真是睡在梦里都会笑醒，哈哈！ 拍摄和复制保存 　　数码相机可以看成是预付了胶卷钱的相机，所以按快门没有什么心理负担，出去玩一次动辄拍个几千张回来，这在胶片时代是无法想象的。数码即拍即看，不符合要求可以马上重来，很多用胶片不敢轻易尝试的想法也可以大胆放心地去试了，这些都是胶片无法比拟的优势之一。但拍摄随意性的增加也不可避免地造成拍摄前的思考过程大大减少，回来面对数以G计算的照片，也容易出现厌倦心理。 　　在后期处理上，利用传统胶片成像并最终获得理想的照片，中间需要很多环节，任何一个环节出现问题都会最终导致照片效果发生偏差。正是这些各种偏差才在很大程度上促进了数字技术的应用普及，因为数字图像的修整制作过程借助于计算机技术而变的更加便捷和准确。 　　胶片不好保存，色彩会随着时间的推移而劣化，保存条件不好劣化速度更快，所以应该尽早将胶片扫描数码化。但且不说扫描只能还原6、7成的胶片效果，单是扫描那麻烦劲就够你受的了。从生成数字化图像的过程来讲，扫描底片远不如数码相机方便，还有数码相机没有胶卷的费用支出、图像易于编辑加工和删除，这些也是很多人放弃胶片的原因之一。 机身与收藏 　　传统时代机身基本上跟成像质量无关，只要还有胶卷卖，一个好的胶片机身可以用很长很长时间。所以不用整天关注硬件的发展，也不用担心花钱买的东西转眼就过时。正是由于这个原因，很多人都有收藏胶片机身的爱好。而数码相机的机身无论多么优秀，只要机身里的那块感光器件过时或老化了，相机也就随之被淘汰，于是陷入无休止的跟随相机制造商不停地升级，不断地被榨取血汗钱。由于数码感光器件的老化速度比较快，一个月不拍2-3个卷以上的人，实在用不着上DSLR，否则还没等你把那预付的胶卷钱用完，感光器件已经老化或过时了。 观赏和输出 　　根据资料显示，人眼大概能分辨的亮度层次为，大约每档光圈150级左右。这个数字并不多，以CCD的宽容度是8档计算，用8bit的JPG纪录的话，每档光圈有32级，用12bit的RAW纪录，每档光圈有512级。同样的问题也会出在数码冲印上。因为也是8位的，也会使得每档的级数不够多，使出来的照片显得不够细腻，层次感不够。所有这些的元凶就是我们所采用的基于8位的显示和输出系统。如果把系统全部改成是基于12位的，则所输出的照片将超过了人的分辨极限，再加上数码的便利性，到那时数码便可以完全替代传统胶片了。现在的数码由于在输出阶段仍是8位的系统（包括显示器，数码扩印等），所以在细腻、层次方面仍然比不过观片器(或幻灯)。 作为摄影发烧友来说，反转片在高档LOUPE和观片器以及在幻灯机上的观感，是数码短期内无法超越的。和三五知己，一边欣赏幻灯，一边评头论足、把酒言欢，此乃人生一大快事也！ 展望和总结 　　2002年2月，美国Foveon公司发布多层感色CMOS技术。新的X3技术让电子科技成功的模仿“真实底片”的感色原理（见下图），依光线的吸收波长逐层感色，对应Mosaic技术一个像素只能感应一个颜色的缺点，X3的同样一个像素可以感应3种不同的颜色，大大提高了影像的品质与色彩表现。 　　X3还有一项特性，那就是支持更强悍的运算技术VPS(Variable Pixel Aize)。透过“群组像素”的搭配（见下图）X3相当于增大了像素面积，所以可以达到超高ISO值（必须消减分辨率）。 　　数码科技飞速发展，在主流领域替代胶片是大势所趋。对于摄影发烧友来说如何看待数码与胶片的关系呢？我认为目前最佳的选择是数码、胶卷双修，根据各自的优势和具体情况选择适合的器材。不过我想真正喜欢某样东西的人应该有自己的观点和立场，是不会被大流所左右的。