数字影像的缺陷

数字革命

朱炯,北京电影学院摄影学院副教授.

虽然数字技术应用到摄影领域已经有十多年的时间,但是国内摄影界对数字技术的研究和探讨还处于初级阶段,虽然广大的摄影爱好者几乎全部拿起了数码相机,但他们对数字技术的理解和认知却急待提高.为此,《数码摄影》杂志请北京电影学院副教授朱炯老师开设了专栏“数字革命”,用通俗易懂的语言和文字来解读数字技术中的原理和技巧,希望能让影友学习到实用的知识和经验.

数字影像是整个摄影领域的一场技术革命.它最显著的特征是影像成像核心方式的变革,即数字编码成像替代化学银盐影像.不仅如此,重要的是数字影像产生了一系列新的摄影技术用语、方法及技术标准来控制影像品质,形成数字影像的技术体系.同时数字影像的技术手段也带来了摄影方式及视觉文化传播的新特色.摄影产业是研发数字影像的重要推动力,同时也在这场摄影技术革命中承受着颠覆性的变革.在新旧技术的较量过程中,大型摄影器材企业全球大洗牌,新兴摄影产业应运而生.但是在这个栏目开始之初,我还是想先告诉大家,数字影像存在三个不可回避的缺陷.

噪点与杂色

什么是噪点：

噪点也称杂色,是数字影像在暗部出现的杂乱、粗糙的彩色纹理.噪点展现的是非感光的影像像素,其形状可能是斑点或者条纹状干扰纹,画面因此而显得脏,清晰度差,影像质量低.

噪点与颗粒形成原因的比较：

数字影像中的噪点和银盐影像中的颗粒有相似之处,都在高感光度画面中出现.但数字影像还会在长时间情况下出现,当设置为低感光度、长时间的噪点很明显.数字影像在后期锐化过程中会产生噪点.在影像中噪点和颗粒的视觉质感不同,我们常由此判断照片是数字影像还是银盐影像.

数字影像噪点的成因及控制的方法与银盐影像处理微粒的方法不同.影像传感器感光生成影像的过程中产生噪点.但由于厂家设计能力的不同,CCD/CMOS的面积尺寸不同,其计算和形成数字文件的方式决定了数字影像噪点产生的强弱多少.数字影像的噪点比银盐影像的颗粒更容易产生,在于数字相机影像传感器一般比35毫米胶片尺寸小,且能够方便地选择高感光度拍摄.

除噪与微粒的不同手段：

在银盐影像系统中控制颗粒的手段有限,如可选择大幅面底片、低感光度胶片拍摄,冲洗时采用微粒显影液.

数字影像系统的除噪空间较大,方法多样,基本分为三个步骤.首先是数字相机自身的除噪能力提高,这是相机生产厂家的工作,能够在高感光度（ISO800-1600）下生成低噪数字影像越来越成为数字相机的一项重要技术性能.其次是在拍摄时,选择影像传感器面积大的相机,在一定的时间范围内选择低感光度拍摄,选择高品质文件存储格式都可以有效降低暗部噪点.最后是在计算机后期图形图像软件中进行降噪操作,如采用Photoshop等软件,按照色彩通道逐一柔化噪点等方法.

摩尔纹

数字影像是完全不同于银盐影像的一种对现实世界影像再现的系统,其影像再现的原理、方法、程序的不同,导致影像再现的效果有所不同.在数字影像的视觉再现中,出现了一些银盐影像中没有的视觉现象.数字影像和银盐影像与现实景象都有不同程度的差异.

数字相机拍摄有密纹的纹理时,画面中常常出现人眼视觉观察景物时看不到的彩色水波样条纹,这就是摩尔纹.摩尔纹会出现在密布栏杆、屋顶波浪板、布料以及其他物体有规律、密集排列的景物中.这种杂乱影像是银盐胶片系统不会产生的.其原因是影像传感器CCD和CMOS上的成像单元像素是整齐地排列成一个平面,在记录相同线条规则排列的平面时产生错位.

Moiré一词出自法文,1570年前后被用来描述安哥拉山地羊毛特殊的织布,也有引伸为规则纹路的意思.一直到1823年这个字被用来说明规则波纹的形容词.今天我们使用“摩尔纹”一词,就是“波浪纹”的意思.计算机屏幕或电视在显示密集条纹时也会出现摩尔纹,甚至如果你将数码相机对准电视屏幕以非垂直的角度拍摄,你也会发现摩尔纹的存在.

摩尔纹是数字影像成像的缺陷,也表明数字影像技术处于发展阶段,有很多不成熟的地方.目前数码相机厂家对此从设计环节上进行解决,通常会在影像传感器前安装低通滤波器,改变信号的频率来去除条纹的产生,或者在镜头前加防锯齿滤镜,但会在一定程度上降低画面锐度.已经生成摩尔纹的影像可以通过软件在电脑后期对其进行消除.

紫边

数码相机成像的另一个缺陷,是在拍摄高反差的景物时,明暗交界的边缘部分会出现异常的彩色晕边,通常为紫红色.这在银盐胶片成像上并不明显.低端数码相机成像的紫边效果更为突出,这是因为影像传感器面积小以及数码相机内部信号处理方法的缺陷所导致的.相机镜头的色散情况也是影响紫边形成的一个因素.广角镜头边缘光线倾斜入射到CCD/CMOS上,破坏了传感器要求光线垂直入射的条件,这都经常会强化紫边的效果.影像中紫边的产生,是数码相机结构和工作原理所致.使用数字镜头,这是厂家专门为解决数字影像成像缺陷而设计的镜头,就可以有效地减少紫边现象.另外,拍摄时采用RAW格式,然后在Photoshop或其他图像软件中进行后期处理,也可以有效消除紫边.

数字影像系统的发展历史还较为短暂,但数字影像技术的进步是以一种数字倍率的速度进行着.二十一世纪初,当数码相机已经在中国新闻媒体业普及的时候,摄影师考虑选择数字影像文件的存储格式、文件大小等问题的标准都与今天完全不同.例如RAW格式的使用只是在这两三年来才被重视.数字影像技术能力在现阶段还有很多问题甚至缺陷,噪点、摩尔纹和紫边就是典型代表.噪点问题可以跟银盐影像中的颗粒问题相对应,但是其产生原因和解决办法却大相径庭.摩尔纹和紫边完全是数字相机的成像缺陷,它们成为现阶段人们对数字影像能力怀疑的重要因素.不过,如果我们对比银盐影像发展的同等历史阶段,在19世纪末,摄影诞生后的三、四十年,银盐影像成像能力也是非常有限的,完全不是二十世纪九十年代成熟期的影像视觉状况.事实已经证明,数字影像的缺陷随着技术的飞速发展已经得到了很大的解决.在现阶段,解决影像缺陷的工作更多的是在改进数字相机成像能力和影像处理软件的工作能力上.

和银盐影像系统相比较,数字影像品质的控制方式,是规范化前期拍摄技术,强化后期影像技术处理能力.数字影像在成像时的编码特性,为后期电脑处理提供了基本的平台.目前数字影像在生成时的各种问题,大多可以在计算机上进行处理.也就是说,即便是数字技术发展不成熟的今天,数字影像后期处理的能力也已经可以弥补其不足,例如专业的降噪软件,多种手段的去紫边的方法.因此数字影像的成像特征和现阶段缺陷,都给我们一个明显的提示,即数字影像具有巨大的后期处理空间.

数字影像体系与银盐影像体系：天壤之别

数字影像以计算机平台通用的文件格式来生成、存储影像,按照计算机二进位制的算法计算数字影像文件大小,并在此基础上运行、处理影像.作为数字影像的品质基础,当数码相机对被摄景物感光之后,在相机内部进行光信号转化电信号,再经过模/数转换为数字信号,数字影像的文件格式就是数字信号不同类别、性质的编码方式.从这个工作方法和工作程序来看,数字影像的生成与银盐影像的生成完全是两个不相干的系统,它们的目的虽然都是为了记录影像,都是对“光”产生反应,去形成“影”的像,但是数字影像的物理系统和银盐影像的化学系统的性质决定了它们是两个各自独立的体系.我们不能用银,盐影像系统的方法、规律套用在数字影像系统上.我们会清晰地看到,数字影像系统的完整性,从数字影像成像原理引发的影像操作特性,产生了数字影像的诸多特征,也出现了数字影像特有的缺陷与问题.