| 去年，也就是2025年的首篇文章是长篇幅的《微单时代的镜头转接》，有兴趣的读者直接向前翻看本公众号即可找到。2026年的首篇从最基础的摄影成像科学常识说起，而写于多年前的本文永不过时。如果尝试几次，最终发现基础知识类文章的阅读量太少，将会终止基础知识类文章的继续撰写。 今天的摄影领域普遍已被数字摄影技术占领，而图像的数字化，最初是因为20世纪20年代，欧洲战争期间，为了快速实现如何通过海底电缆从欧洲向美国传输一战战况的照片而想象出来的对照片进行编译码传输的通讯办法，由此拉开了图像数字化的序幕，并为后来的数字化图像技术提供了技术和理论基础。 使用数字相机或者可拍照手机拍摄，已经成为人们普遍的摄影行为。数字相机和手机拍摄后获得的是一个数字电子文件，文件大小的单位是比特值。高端专业数字相机譬如哈苏H6D-400M所拍摄的一幅照片的文件量就能高达2.4G（TIFF 16BIT），但我们通过观察终端看到的依然是一幅被显示的真实图像或者打印出来的精美照片。数字文件和数字化过程对于绝大多数人其实是完全可以视而不见和忽略其过程的，尽管这个过程确实存在且不可或缺。对于绝大多数的普通消费者而言，可以不必了解其中原委，但对于广大深度摄影参与者，则有必要了解其中最起码的基础知识，以便有针对性地提高摄影技能和获得更理想的最终图片。 鉴于我不会计算机绘图，无法用插图表达，只能尽可能的用浅显易懂的语言表述极为专业的数字图像概念，但必要的抽象专业语言也必不可少。 先从最简单的黑白照片说起，用数字来表达一幅黑白照片的方式，就是把一个平面的黑白照片进行数字化采样，譬如一幅2400万像素的数字化的照片或者一个照片的数字化文件，由6000个横向阵列单元和4000个竖向阵列单元构成。每个单元对应着的就是一个像素，其中的任何一个像素都对应着一个X横坐标参数和一个Y竖坐标参数，则每个像素用对应着一个确定的（x，y）来记录或者表达这个像素的空间位置，而在这个位置上的影像高度则用一个叫做灰度值的概念表达，由此构成一个像素的三维信息量，即像素位置和图像强度。对于彩色摄影或者彩色图片，则还要加上每个像素对应着的色彩代码，由此再增加一个颜色标示，由此，每个像素分别由位置、颜色和颜色深度（对应灰度值）来表示。这一标示用一串数字编码实现，形成一个电子化的数字文件，经过命名后存储在电子储存器的文件仓库中。最终再由一个叫做图像复原的技术过程，也叫译码和显示技术过程来实现对图片的观察和输出。譬如打印机就是对照片数字文件的译码的具体显示和输出过程，在电脑显示器和手机屏幕上看到的图像也是译码显示的具体体现。这个显示和输出过程就是数字图像的图像复原。 每个像素的灰度值越高，细节越丰富。灰度跨度越大，灰度的梯阶就要越多，图像密度也越高。当一幅图片有2的N次方个灰度级时，就称该图像为一幅N比特（位）的图像。譬如一个最大可有256个离散灰度值的图像被称为8位，而一个最大可有4096个离散灰度值的图像被称为12位，一个最大可有16384个离散灰度值的图像被称为14位，一个最大可有65536个离散灰度值的图像被称为16位。当前，最高级的专业相机拥有可以分辨65536个离散灰度值的图像的能力。而一般用于电脑显示的文件和所有照相机生成的JPG格式压缩文件都只有最高分辨256个离散灰度值的图像，这些图像只具有8位灰阶的图像素质。 一个像素能记录和承载65536个灰度的图像信息与一个像素仅能记录和承载256个灰度的图像信息相比，图像的真实再现能力差距之悬殊，通过数字的对比，可以一目了然了吧。由此，在选购数字相机时，要明白一点，最大可生成14位RAW格式文件的相机具有比仅能生成12位RAW格式文件的相机要好的多，图像细节的丰富程度要优越得多。 对于数字图像或者数字照相机而言，能实现的最大可度量（可辨识）灰度值和最小可度量灰度之间的比值（最小可度量灰度以下再小就是噪声了），被称为动态范围。与此紧密相连的概念就是对比度，也就是一幅图像中最高灰度和最低灰度的灰度差。空间分别率是图像中可辨别的最小细节的度量，而灰度分辨率是指灰度中可分辨的最小变化。在数字摄影时代，空间分辨率由像素数量决定，灰度分辨率由色彩深度或者影像高度决定，也就是上一段表述的离散灰度的可分辨最大值决定。譬如当前最高端的能记录16位数字图像的数字相机基本都是中画幅数字相机。 拍完一幅照片，受被拍摄物的反射光作用，图像传感器CCD或CMOS的每一个像素接收光量子信号的多寡不同，对应着诞生的空穴电子对的数量不等，最终能形成光电子信号的图像信息量也就不同。一个八位的数字图像，每个像素最少要有从0到255个电子之间的某个数量来表达其位置所获得的离散信号，而对于一个16位的数字图像，每个像素需要最少要有从0到65535个电子之间的某个数量表达其位置所获得的离散信号。所有的离散信号叠加后的集合共同形成一幅完整的数字图像信号，经过编码运算后储存为一个完整的数字图像电子信号文件，也就是最终构成一幅完整的数字图像。 直方图的横坐标从左到右代表像素的曝光量的从零到峰值，竖坐标则代表同一曝光量的像素的数量。每个像素接收到的离散信号不同，从0到255亦或从0到65535的离散数字在每个像素上的分布也就不同。不同的离散值对应着不同的灰度级，不同的灰度代表不同的影像高度。不同的灰度级在所有像素上出现的概率经过归一化处理后形成的曲线就是数码影像的直方图。 以最高阶的16位数字图像为例，直方图的横坐标的最右端是接收满65535个电子信号的最高灰度级，直方图最左端的起点是没有灰度级反应的零个电子信号。从最左侧的0到最右侧的65535形成直方图的横坐标，竖坐标则由共同获得这个灰度级的像素总数构成，每个灰度级上分布着曝光量一致的不等数量的像素。譬如，所有获得30000个电子信号的像素都在横坐标为30000的位置上叠加形成竖坐标，所有获得1000个电子信号的像素都在横坐标为1000的位置叠加，由此来分析这幅图像的像素曝光量分布图。这就是直方图传达的信息。 根据直方图的形状，可以获知该图属于暗图像、亮图像、低反差图像还是高反差图像。暗图像也叫低调图像的直方图分布体现出多数像素的曝光量偏低，也就是所有像素向低灰度级区域的左侧聚集。但同时也提示你，这个图像或许是曝光不足，你也许需要增加曝光量。亮图像的直方图分布体现出多数像素的曝光量偏高，也就是所有像素向高灰度级区域的右侧聚集。但同时也提醒你，这个图像或许是曝光过度，你也许需要减少曝光量。低反差图像的直方图分布凸现出向中间密度区域集中，低密度区和高密度区的像素分布较少。高反差图像的直方图分布凸现出低密度区的左侧和高密度区的右侧像素聚集量偏多，甚至直方图曲线是拉平形状，也就是不同灰度区的像素布局趋于均化。 简而言之，直方图就是数字图像的随机变量的积累分布函数。一幅曝光量适当、反差适度的照片，直方图分布是中间影调的直方图中间位置偏高，两侧逐渐走低的曲线。这个曲线略向右隆起表明该照片趋于高调照片，这个曲线略向左隆起表明该照片趋于低调照片。由此作参考，既可以通过增减曝光量获得不一样的拍摄效果，也可以通过后期处理改变照片风格。 光的特性是光学科学的核心，也是影像科学的理论和科学基础。彩色光大约覆盖电磁波谱400-700纳米的范围，用来描述彩色光源质量的3个基本参数是辐射、光强和亮度。辐射代表着光照射的能量，用瓦特来度量，光强用流明计量。亮度是观察者的主观感觉。而区别光的颜色特性恰恰是亮度、色调和饱和度。色彩的纯度决定饱和度，构成色度的色调和饱和度的认知大多由创作者主观确定。CIE（国际照明委员会）共同确定435.8纳米的蓝色、646.1纳米的绿色和700纳米的红色为三原色的标准光谱频率。建立标准彩色模型的色度图表表达了可见光从380纳米到780纳米的色谱分布图，由此构建出理解红绿蓝三原色之间你强我弱的关系的认识基准。由于在互联网时代，对图像的彩色处理和色彩校正是在地球各地的数台计算机上完成和实现的。最终输出给具有统一采样识别标准的打印机，如何才能打印出效果一致的图片样张呢？这就是色彩的标准化，CIE制定了标准D65照度下的一种完美漫反射白色光的色度由x=0.3127的红色和y=0.3290的绿色，以及由1.0000减去x和Y后自然剩下的蓝色比例构成标准三原色比例关系，作为全球一致的显示较色基准。所有参与者依此基准完成色彩校正后的最终文件作为该作者的标准数据予以采样。
我之所以能写此文，必须阅读钻研的部分参考书
数字图像的获得和输出，中间过程是一个看不见的数字编码和译码过程，图像由一连串的0和1的排列构成。但是在实现数字图像由电子信号采样诞生的过程，会有异常噪音干扰的出现，也就是正常的傅立叶波谱函数曲线上会突然出现的强烈波峰和强烈波谷，这都会经过计算方法把这个波峰和波谷去除，让波谱恢复圆滑过渡。这个过程对于数字图像就是复原和重建过程中的自动修复和优化。譬如对摩尔纹的修复，对于紫边现象的修复，都基于一个叫做傅立叶光学函数模型的高等数学方程式。这里面对镜头光学校正还要用到高斯光学方程式和弗雷德霍姆积分等各种和使用者看不见摸不着的相关理论模型。对此的具体和深度的应用则是由此设计出的开放给摄影参与者的一些用于对数字照片进行后期处理的软件，譬如PHOTOSHOP等。总之，一句话，就是我们今天方便快捷的数字拍摄和后期数字处理技术是建立在无数前人的科学发现和技术奉献的基础上的。 数字摄影中那些和胶片摄影相关的一致性的概念，曾经专门撰写过刊登在摄影期刊上的理论文章，我就不再在本文阐述了。至于还没有触及的概念，待日后想起来，再撰文阐述吧。希望今天的短文对于数字摄影参与者深入的了解数字影像本身，能有些许的助益。 于2026年1月7日 星期三 本文作者是中国摄影家协会会员，曾为第七届中国摄影理论研讨会和首届中国国际摄影理论高级论坛撰写过专题文章。过去的20多年里陆陆续续为《中国摄影》、《大众摄影》、《中国摄影报》、《人民摄影报》、《中国摄影家》、《摄影之友》、《照相机》、《感光材料》等摄影期刊撰写摄影专栏文章几十万字。 |
手机APP
手机版
官方微信
44049002000246|网站地图
