从物理密度到光学密度数字影像与传统影像的成像差异_图文

1、蜃鼍嚣茄矧绷嘉：；薷；从物理密度到光学密度数字影像与传统影像的成像差异引言。，函电影技术与艺术徐熹指导教师：朱炯随着数字相机逐渐替代传统胶片相机，成为摄影师的主要创作工具。无论是有着丰富传统经验的老摄影师，还是只使用过数字相机的新一代摄影师们，都会有意无意地对数字影像与传统胶片影像做一个对比，于是一连串的疑问接踵而至，数字的东西能赶得上胶片的颜色吗数字影像的宽容度没有胶片大吧？电分是最好的胶片数字化的方式吗？数字时代的来临带来了很多新的东西，新的变化，而且所有这一切在如此短的时间内发生，给人以应接不暇的感觉，在不断的疑问中，我们好像忘记了什么是真实的影像忘了一些最基本的东西，而直接去下定义宣判

2、数字或胶片的死亡忘了我们应该做点什么而不仅仅是停留在争论上。我们知道基于电子成像原理的数字摄影技术与银盐胶片的成像原理有着本质的区别，但是长久以来的观看习惯使人们仍然希望数字影像能够接近并达到胶片影像的视觉效果。显然，我们不能简单地下结论说数字影像不如胶片影像好，随着科学技术的不断进步，未来数字摄影器材的技术指标肯定能够达到并超过银盐胶片材料，但不论是现在，还是将来只有深八了解数字影像的技术原理并充分掌握数字摄影机的使用方法和技巧。才能够创造出更加清晰完美的影像。本文力求回到实践中去，尽可能少一些理论分析，多一些实验分析，将数字摄影中一些常见而有争论的问题进行更有说服力的论证，如宽容度、色彩还

3、原等，掌握数字的特点，更好地应用到拍摄申去。一传统影像数字化与数字影像我们手中所用的设备的已不再是相机，而是台计算机，所获取的影像也不再是实实在在的银盐，而是计算得到的。这些几乎所有人都知道的事情，现在要重提，是因为不断有老摄影师在跟你说数字没有胶片的味道，并且在色彩、质感上都有差距，究其原因用一句话概括就是数字影像是算出来的。胶片成像的过程是一个物理兼化学过程，组成影像的是实实在在的银盐，按不同密度分布在底片上这是物理密度；而数字相机是靠用来表现光的密度。影像从银盐到数字的转变，其实就是物理密度到光学密度的转变。为了更好地通过实验回答这些问题，我们需要一个平台，这就是电脑。将不同的影像输入电

4、脑，第一个问题就是影像的数字化，将光学信号转换为模拟信号是一次完成的，胶片还需要扫描。蜃器彤：；。晶嘏嚣；嚣；：。面感光过程的基本原理众所周知，胶片是靠银盐和染料颗粒来纪录影像的，由于光线强弱的不同，银盐按不同的密度分布在胶片上，这是物理和化学的过程，而数字却不一样。由于对色彩没有感应能力，所以上都有滤色镜它们是按红、绿、蓝相间排列的，每一个只能感一种颜色并通过周围的颜色计算出自己没有的颜色从而台成全色影像。如图 肢片的数字化对于数字影像来说，输人电脑是非常简单的，而胶片就要复杂一些，它必须通过扫描才能转变为数字影像扫描的方式至少有种而这些扫描仪无论在动态范围、光学分辨率还是色彩还原上都有很大

5、的差别。下图为这五种扫描仪：）各种品牌的平板扫描仪）各种胶片扫描仪）电分 其实如果你真正知道自己需要的是什么，选择会很简单。我们要求的就是最大限度还原胶片纪录的信息。具体来说，首先是色深，这里满足要求的只有平板式扫描仪、胶片扫描仪，虚拟滚筒。而其中平板扫描仪是靠景深来获得清晰影像的，胶片扫描仪的动态范围又无法和一相比，所以最后的选择只有。为了更好的说明他们的之间的差别，我们用真实图片来比较一下：实验蜃鼍据勰马？黼盖：誉翳；。蔷实验目的：比较不同扫描方式的效果比较项目：扫描规格的胶片川文件大小为：不能进行扫描的，文件大小为比较对象：（平板式扫描仪）；。（胶片扫描仪）； ；（电分）扫描原圈：比较结

6、果 幻实验结论：我们可以明显看到扫描的区别：由于光学分辨率不足，扫描仪对影像进行了插蜃嚣甾露嬲。蠢：耄孝篡；：唧面值，（最后一代电分设备，最先进的电分技术）则对影像进行了硬件锐化，这是印刷所需要的，但因为文件只能是所以很容易出现锐化过度、色调分离的情况。最好的无疑是。实际上只有是真正为摄影开发的扫描仪，很多人会以为电分是最好的方式，而事实上电分和都是为印刷生产的，他们获得的影像要么是，要么自动加入锐化不适合彩扩和打印输出。二数字影像的问题及与传统影像的差异我们常听到些关于数字影像的词：摩尔纹、紫边、过曝、色彩、质感，这些都是伴随着数字影像而逐渐成为热门话题，也是我们认为数字与胶片存在的几个主要

7、差异，下面就这几个问题进行有针对性的对比实验。摩尔纹：我们最常遇到的就是利用数字相机拍摄的过程中，如果有密布的纹理出现在画面中，例如：牛仔或卡其布面等，拍照后审视数字照片会出现原先肉眼所没发现的水波样条纹，这就是“摩尔纹”。除此之外，摩尔纹也会出现在密布栏杆、屋顶波浪板以及其他同等重复密度的物体中。如图： 为何摩尔纹会出现在数字影像，却不会出现在胶片上，原因就在于是一个完整的、排列整齐的电子感光原件，我们通过实验来进行说明。实验假设有两个螺旋、相当于与被摄物，他们圈与圈的间隔是相等的，第一个图中他们是重合的第二个图他们是错位的，这时摩尔纹就产生了。而如果两个螺旋，圈与圈的间隔不同或大或小，都不

8、会产生这样的效果。 暑鼍揣，北京电影学院学报“”。蔷正是由于的这种分布规律所以在拍摄一组同样条理分明的密集线条时，如果线条的密度低于间隔的密度，拍出的影像是条条皆清楚；如果线条的密度远高于的间隔，那么数字相机就会将其换算成一整片的“灰色”。可是如果线条的密度恰好介于可以分辨的间隔之中，那么数字相机还是会解读出部分可以辨识的结果，却也会加上不能辨识的灰阶地带，两者的和就会形成规律性的纹路，而反应在视觉上就是周期性的波纹。如图： 目前摩尔纹有三种解决方法：）通过软件去除；）当像素密度明显高于镜头分辨率，数字相机不会出现摩尔纹，如数字后背；）在感光元件前面增加低通滤波镜。紫边（）发生在拍摄高反差的景

9、物时，例如：背光环境。在明暗交界的边缘部分会出现异常的紫色，为了说明紫边的成因我们傲一个实验。实验实验目的：找到紫边的成因及特点实验依据：紫边是光学中色散现象的一种表现。光线在大反差条件下边缘色散会变得特别明显。实验步骤：在影室内，以直射式柔光箱为背景，拍摄两组景物距离为米。为自动对焦为在自动对焦的基础上，手动轻微调整焦点。实验设备：（最大光圈拍摄】如图： 蜃鼍；：珏曙韪藏凳慧；：。面实验结论：产生这样的结果是因为光线在穿过镜头时发生色散，不同颜色的光线在光轴上焦点位置不一样，如下图：嗲爹十，：参，彭多“相机的自动对焦系统和人眼都对绿光较敏感，将绿色光放在了焦点上，红光和蓝光不在焦点上，不成像

10、，所以产生紫边。而上面图中则是将焦点位置调到红光上，产生青色边缘。既然光线透过镜头会发生色散，那么镜头质量很大程度上会决定色散的效果。于是我们再做个实验看看不同镜头的表现。实验实验目的：币同镜头对紫边的影响实验步骤：用三种不同的镜头对景物进行拍摄实验设备：机身，镜头分别为：、 如下图：实验结论由此我们看到不同的镜头对紫边是有影响的。好的光学镜头可以有效改善 紫边情况。在实验中我们使用的是中焦人像镜头，最大光圈，紫边主要是由位置色差引起的，所以色散是对称的。而实验中镜头都为广角镜头，像差多为倍率色差，一般发生在画面边缘，颜色不对称。那么镜头色散可以产生紫边，为什么在传统摄影中，我们并没有注意这个

11、问题呢？实际上，紫边在胶片上，同样会出现。左图是用胶片拍摄得到的，我们同样可以看到紫边。但数字影像确实比传统影像更容易出现紫边情况，这一蜃；暑嚣掣嬲蠢冀；黧；：。面方面是因为在图像强反差的边缘，计算中也会产生色边，另一方面，广角的镜头边缘光线倾斜入射到上破坏了要求光线垂直八射的条件，这都会强化紫边的效果。动态范围很多有经验的传统摄影师总是抱怨数字高光没细节，宽容度小。那么实际情况是不是这样呢在测试数字相机的高光特点之前，我们要先搞清一组概念：宽容度：感光材料在摄影过程中按正比关系记录景物亮度反差的曝光量范围。这段范围没有包括趾部和肩部部分。曝光宽容度：曝光宽容度可以理解威胶片对错误曝光的容耐范

12、围，主要取决于被摄物体的亮度范围，对于高反差景物宽容度会低，而对于低反差景物反差会高些。如果一个感光材料的宽容度为档光圈，而被摄景物亮度只有档的光圈范围，那么曝光宽容度为档。动态范围：表示图像所包含的从“最暗”至“最亮”的范围。动态范围越大，所能表示的层坎越丰富，所包含的色彩空闻也越广。数码相机的传感器是由数以百万个像素组成的，这些像素在传感器曝光的过程中吸收光子，转化成数字信号，然后威像。这个过程就像我们拿数百万个水桶到户外收集雨水。感光区域越光亮，收集的光子量自然越多。在传感器曝光后传感器按照每个像素收集的光子量不同，赋予它们不连续的值，转化为数字信号。例如在输出位的数字相机上，没有吸收光

13、子和吸收光子至满载的像素值分别为“”和“”，即代表纯黑色和纯白色。位数：位数是决定数字图像系统的一个重要指标彳艮多人容易把，的位数和色深的位数弄混。对于一个数字图像系统，如扫描仪或数字相机，信息的存储最终是以数字的方式来进行的。所以该系统中必定有一个模拟数字转换器（）。而转换器的一个重要指标就是的位数。简单地说色深的位数一般指的是数字信号经过数字相机处理器后影像的位数，而的的转换位数是指将光信号转换为数宇信号的位数，这两个值是相互制约的，哪个低，哪个就是最后影像的位数。为了说明数字相机的宽容度，我做了以下实验：实验实验目的：求出数字相机感光元件的特性曲线并与胶片比较。实验依据：根据数字相机在不

14、同曝光量下。输出的信号强度得到它的特性曲线图。由于每个像素的亮度范围是一，其中为中灰，所以只要设定一个值为的屏幕，对屏幕进行拍摄为正常曝光记录，然后记录值与值即可。上图为数字后背的特性曲线。学院学报。，面上图为数字后背的特性曲线由辩冉艘，。心、曝光特性抽线上图为彩色负片的特性曲线实验结论：）数字相机特性曲线斜率较大，直线部较短。）数字相机特性曲线肩部很窄。啦掣“）动态范围分布不对称，暗部比亮部多，趾部比肩部宽。）数字曝光应充分利用暗部。）亮部比传统差，如果仍然按传统方式曝光容易过曝，但暗部比传统有优势。）曝光控制不能再按传统方式，不能再按中间灰曝光。：。葡蔷色域因为有了色彩管理，所以数字影像能

15、更精确地控制颜色还原。下面我们就利用色彩管理，比较一下数字与反转片的色彩范围。实验实验目的：比较胶片的数字影像与数字相机的色彩范围。实验步骤：首先用一的色彩标版和灰阶的透明胶片，与标准数据光盘对进行色彩管理。之后用拍摄色标版。扫描仪扫描成片，计算色彩。下面分别为不同的色域表示图。标准的色彩空间上图为反转片扫描的色彩空间上图为数字后背的色彩空间实验结论：）数字后背的色彩范围远远大于胶片扫描。）无论是处理数字还是胶片已经不能满足需要。 蜃鼍；善：管蹴。：熏；慷阳。蔷）数字影像可以精确定量色彩这是传统工艺很难做到的。三数字化是种趋势尽管人们对数字影像还有这样那样的抱怨，但不可否认，这些缺陷都是可以通

16、过后期弥补的。比如紫边，我们不但可以通过软件还可以通过硬件，像一些数字相机可以通过读取镜头参数，对影像进行优化，提高成像质量。而对于色彩，以前没有色温表和滤色镜是不能校色的，可是没有几个摄影师会随身带着这两样东西，这就谈不上色彩的准确了。数字就完全不一样，从相机、显示器再到打印机，每一个环节都需要做色彩管理，有人可能会觉得比以前要麻烦许多但你不觉得摄影师可以掌控的东西更多了么？再说质感，英文应该是，实际上是微反差，数字有规律算出来的影像，对于无规律的影像具有先天的弱势，比如风光，但你不觉得在闪光灯下，数字比胶片强很多么？原因很简单，因为闪光灯发的光是线性的。结论纵观数字影像与传统影像的差异，我们得到以下结论：所有传统胶片都需要通过扫描加以输入，这就导致胶片影像细节的损失。而现代输出照片，都需要扫描（当然胶片影像可以不通过数字化来进行影像的输出，比如手工彩色放大，或者硒霸工艺。所以我们这里指的是主流的输出方式，其实输入电脑是为了能随心所欲地对影像进行局部的、定量的调节，这是传统工艺不能做到的】。数字影像可以从头到尾进行严格的