數字影像的缺陷

數字革命

朱炯，北京電影學院攝影學院副教授。

雖然數字技術應用到攝影領域已經有十多年的時間，但是國內攝影界對數字技術的研究和探討還處于初級階段，雖然廣大的攝影愛好者幾乎全部拿起了數碼相機，但他們對數字技術的理解和認知卻急待提高。為此，《數碼攝影》雜志請北京電影學院副教授朱炯老師開設了專欄“數字革命”，用通俗易懂的語言和文字來解讀數字技術中的原理和技巧，希望能讓影友學習到實用的知識和經驗。

數字影像是整個攝影領域的一場技術革命。它最顯著的特征是影像成像核心方式的變革，即數字編碼成像替代化學銀鹽影像。不僅如此，重要的是數字影像產生了一系列新的攝影技術用語、方法及技術標準來控制影像品質，形成數字影像的技術體系。同時數字影像的技術手段也帶來了攝影方式及視覺文化傳播的新特色。攝影產業是研發數字影像的重要推動力，同時也在這場攝影技術革命中承受著顛覆性的變革。在新舊技術的較量過程中，大型攝影器材企業全球大洗牌，新興攝影產業應運而生。但是在這個欄目開始之初，我還是想先告訴大家，數字影像存在三個不可回避的缺陷。

噪點與雜色

什么是噪點：

噪點也稱雜色，是數字影像在暗部出現的雜亂、粗糙的彩色紋理。噪點展現的是非感光的影像像素，其形狀可能是斑點或者條紋狀干擾紋，畫面因此而顯得臟，清晰度差，影像質量低。

噪點與顆粒形成原因的比較：

數字影像中的噪點和銀鹽影像中的顆粒有相似之處，都在高感光度畫面中出現。但數字影像還會在長時間曝光情況下出現，當設置為低感光度、長時間曝光的噪點很明顯。數字影像在后期銳化過程中會產生噪點。在影像中噪點和顆粒的視覺質感不同，我們常由此判斷照片是數字影像還是銀鹽影像。

數字影像噪點的成因及控制的方法與銀鹽影像處理微粒的方法不同。影像傳感器感光生成影像的過程中產生噪點。但由于廠家設計能力的不同，CCD/CMOS的面積尺寸不同，其計算和形成數字文件的方式決定了數字影像噪點產生的強弱多少。數字影像的噪點比銀鹽影像的顆粒更容易產生，在于數字相機影像傳感器一般比35毫米膠片尺寸小，且能夠方便地選擇高感光度拍攝。

除噪與微粒的不同手段：

在銀鹽影像系統中控制顆粒的手段有限，如可選擇大幅面底片、低感光度膠片拍攝，沖洗時采用微粒顯影液。

數字影像系統的除噪空間較大，方法多樣，基本分為三個步驟。首先是數字相機自身的除噪能力提高，這是相機生產廠家的工作，能夠在高感光度（ISO800-1600）下生成低噪數字影像越來越成為數字相機的一項重要技術性能。其次是在拍攝時，選擇影像傳感器面積大的相機，在一定的曝光時間范圍內選擇低感光度拍攝，選擇高品質文件存儲格式都可以有效降低暗部噪點。最后是在計算機后期圖形圖像軟件中進行降噪操作，如采用Photoshop等軟件，按照色彩通道逐一柔化噪點等方法。

摩爾紋

數字影像是完全不同于銀鹽影像的一種對現實世界影像再現的系統，其影像再現的原理、方法、程序的不同，導致影像再現的效果有所不同。在數字影像的視覺再現中，出現了一些銀鹽影像中沒有的視覺現象。數字影像和銀鹽影像與現實景象都有不同程度的差異。

數字相機拍攝有密紋的紋理時，畫面中常常出現人眼視覺觀察景物時看不到的彩色水波樣條紋，這就是摩爾紋。摩爾紋會出現在密布欄桿、屋頂波浪板、布料以及其他物體有規律、密集排列的景物中。這種雜亂影像是銀鹽膠片系統不會產生的。其原因是影像傳感器CCD和CMOS上的成像單元像素是整齊地排列成一個平面，在記錄相同線條規則排列的平面時產生錯位。

Moiré 一詞出自法文，1570 年前后被用來描述安哥拉山地羊毛特殊的織布，也有引伸為規則紋路的意思。一直到 1823 年這個字被用來說明規則波紋的形容詞。今天我們使用“摩爾紋”一詞，就是“波浪紋”的意思。計算機屏幕或電視在顯示密集條紋時也會出現摩爾紋，甚至如果你將數碼相機對準電視屏幕以非垂直的角度拍攝，你也會發現摩爾紋的存在。

摩爾紋是數字影像成像的缺陷，也表明數字影像技術處于發展階段，有很多不成熟的地方。目前數碼相機廠家對此從設計環節上進行解決，通常會在影像傳感器前安裝低通濾波器，改變信號的頻率來去除條紋的產生，或者在鏡頭前加防鋸齒濾鏡，但會在一定程度上降低畫面銳度。已經生成摩爾紋的影像可以通過軟件在電腦后期對其進行消除。

紫邊

數碼相機成像的另一個缺陷，是在拍攝高反差的景物時，明暗交界的邊緣部分會出現異常的彩色暈邊，通常為紫紅色。這在銀鹽膠片成像上并不明顯。低端數碼相機成像的紫邊效果更為突出，這是因為影像傳感器面積小以及數碼相機內部信號處理方法的缺陷所導致的。相機鏡頭的色散情況也是影響紫邊形成的一個因素。廣角鏡頭邊緣光線傾斜入射到CCD/CMOS上，破壞了傳感器要求光線垂直入射的條件，這都經常會強化紫邊的效果。影像中紫邊的產生，是數碼相機結構和工作原理所致。使用數字鏡頭，這是廠家專門為解決數字影像成像缺陷而設計的鏡頭，就可以有效地減少紫邊現象。另外，拍攝時采用RAW格式，然后在Photoshop或其他圖像軟件中進行后期處理，也可以有效消除紫邊。

數字影像系統的發展歷史還較為短暫，但數字影像技術的進步是以一種數字倍率的速度進行著。二十一世紀初，當數碼相機已經在中國新聞媒體業普及的時候，攝影師考慮選擇數字影像文件的存儲格式、文件大小等問題的標準都與今天完全不同。例如RAW格式的使用只是在這兩三年來才被重視。數字影像技術能力在現階段還有很多問題甚至缺陷，噪點、摩爾紋和紫邊就是典型代表。噪點問題可以跟銀鹽影像中的顆粒問題相對應，但是其產生原因和解決辦法卻大相徑庭。摩爾紋和紫邊完全是數字相機的成像缺陷，它們成為現階段人們對數字影像能力懷疑的重要因素。不過，如果我們對比銀鹽影像發展的同等歷史階段，在19世紀末，攝影誕生后的三、四十年，銀鹽影像成像能力也是非常有限的，完全不是二十世紀九十年代成熟期的影像視覺狀況。事實已經證明，數字影像的缺陷隨著技術的飛速發展已經得到了很大的解決。在現階段，解決影像缺陷的工作更多的是在改進數字相機成像能力和影像處理軟件的工作能力上。

和銀鹽影像系統相比較，數字影像品質的控制方式，是規范化前期拍攝技術，強化后期影像技術處理能力。數字影像在成像時的編碼特性，為后期電腦處理提供了基本的平臺。目前數字影像在生成時的各種問題，大多可以在計算機上進行處理。也就是說，即便是數字技術發展不成熟的今天，數字影像后期處理的能力也已經可以彌補其不足，例如專業的降噪軟件，多種手段的去紫邊的方法。因此數字影像的成像特征和現階段缺陷，都給我們一個明顯的提示，即數字影像具有巨大的后期處理空間。

數字影像體系與銀鹽影像體系：天壤之別

數字影像以計算機平臺通用的文件格式來生成、存儲影像，按照計算機二進位制的算法計算數字影像文件大小，并在此基礎上運行、處理影像。作為數字影像的品質基礎，當數碼相機對被攝景物感光之后，在相機內部進行光信號轉化電信號，再經過模/數轉換為數字信號，數字影像的文件格式就是數字信號不同類別、性質的編碼方式。從這個工作方法和工作程序來看，數字影像的生成與銀鹽影像的生成完全是兩個不相干的系統，它們的目的雖然都是為了記錄影像，都是對“光”產生反應，去形成“影”的像，但是數字影像的物理系統和銀鹽影像的化學系統的性質決定了它們是兩個各自獨立的體系。我們不能用銀，鹽影像系統的方法、規律套用在數字影像系統上。我們會清晰地看到，數字影像系統的完整性，從數字影像成像原理引發的影像操作特性，產生了數字影像的諸多特征，也出現了數字影像特有的缺陷與問題。