影像科技發展四個階段的探究

1 影像科技興起階段

從16 至18 世紀，歐洲人文主義與啟蒙運動興起，神學沒落，哲學興盛，法學顯揚，自然科學勃興。這一時期科學成果不斷涌現，1869 俄國科學家門捷列夫推出了元素周期律，為人們探索新物質、新材料提供了規律；1666 年，英國科學家牛頓用三棱鏡將白光束發散成光譜的研究，推出了顏色理論。1670 年他又發明了反射望遠鏡；在力學上，1679年提出牛頓運動定律。如果我們查閱科學百科全書的索引，就會發現他的研究成果比任何一位科學家都多二到三倍。因此，以牛頓力學為基礎的自然科學體系，標志著近代自然科學形成。

19 世紀是“科學的世紀”，化學、電磁學、光學等學科都取得了重大的突破。1817 年瑞典化學家貝爾采利烏斯將一種膠泥加熱，經過提取發現新元素“硒”；1820 年丹麥科學家奧斯特發現電流磁效應，電生磁；1831 年英國科學家法拉第發現電磁感應，磁生電；1839 年法國人達蓋爾發明照相術，他的鹵化銀方法是電影膠片片基的基礎；1873 年英國科學家約瑟夫-梅證實硒具有光電效應，這在理論上證明了電子信號可用于傳播；1884 年，德國工程師尼普科夫研制了“尼普科夫圓盤”，這種圓盤掃描法被認為是解決電視機械掃描問題的經典方法；1887年，法國科學家馬萊提出了用一條可以連續感光的軟片代替玻璃底板，就可以連續拍攝。至此，美國、法國、德國等七八個國家都在研究這項技術。僅僅過了一年，1888 年，美國科學家愛迪生就把馬萊的設想變成了現實，制作出了一臺能在一條軟片上連續拍攝600 多張畫面，拍攝持續時間約一分鐘活動的景物，能夠記錄影像的攝影機。

這一階段理論到實踐的提升，科技和生產的結合，極大推動了生產力的發展，也打下了影視藝術硬件發展和軟件發展的基礎。我們今天把電影的誕生日定為1895 年12 月28 日，并不是因為法國人盧米埃爾兄弟利用攝影機拍攝的影像，和具有光學特性的放映機結合在了一起，而是這些影片的播出，產生了一門人們從未接觸過新的藝術。

1895 年12 月28 日，盧米埃爾兄弟在巴黎一個咖啡館，公映了世界上最早的影片《火車到站》。影片一播出，現場一片混亂，那些受邀而來的社會名流，竟然不顧體面，奪門而逃，他們的夫人、小姐在驚恐之中有的驚叫著，有的昏死過去。怎么會發生這種情況？因為在100 多年前人們見過空間藝術的作品，比如像照片、繪畫、雕塑等等；感受過時間藝術。比如，聽歌曲、欣賞音樂，但對空間藝術和時間藝術結合起來的作品，在靜止的屏幕上能開過來火車，卻是一無所知的。盧米埃爾兄弟開了時空藝術的先河，豎起了時空藝術的一個里程碑。就“時”“空”兩個維度來講，影視藝術缺一不可，也就是從那時起任何一部影視作品的語言都是利用這兩個維度了表現的。

2 影像科技電子模擬階段

2.1 二戰之前電視技術發展

20 世紀是科技領域相互滲透綜合發展的時代，也是電視事業發展的初創期。1923 年，俄國人佐里金發明光電攝像管，它能用電子束掃描合成電視圖像，取代了笨重的機械掃描圓盤；1926 年英國科學家貝爾德在倫敦公開示范電視畫面的整合及播送，被稱為“電視之父”。僅僅過了一年，美國科學家法恩斯沃斯研制出全電動電視系統，應該說，到20世紀三四十年代電視進入到成型時代，電視成為一種大眾傳播媒介。1930 年英國廣播公司與貝爾德合作試驗成功完成了有聲的電視圖像；1930 年、1932年、1934 年美國、法國、德國分別建立了實驗電視臺；1936 年11 月2 日英國廣播公司在倫敦開始每周播定期播出13 小時電視節目，這一天被公認為世界電視的誕生日。實際上在同年8 月，希特勒為了向世界展示日耳曼民族的人種優良，就通過德國實驗電視臺轉播在柏林舉行的第11 屆奧林匹克運動會實況，引起很大轟動。但由于諸多方面的原因，公眾不予承認。

1938 年法國開始定期播出電視節目，掃描線為455 行。1939 年美國、蘇聯都開始電視實驗播出；隨著二戰爆發，除美國無線電公司1940 年首先研制成功彩色電視，接著成立了第一家商業電視臺，每天用525 行掃描標準播出2～3 小時的黑白節目。其他國家都處于停滯狀態。

2.2 二戰之后電視技術發展

第二次世界大戰即將結束，1945 年5 月7 日蘇聯首先開辦國家電視臺。法國、英國、美國緊隨其后。由于戰爭對美國電視業影響不大，它第一次采用了全電子掃描電視播出，其電視圖像更加清晰、穩定，同時制定“點描法彩色電視技術標準”通稱NTSC 制。1949 年，美國電纜電視開始運行。

電視的制式分為NTSC 制、PAL 制和SECAM 制三種。制式是電視的標準，它包含了演播室、開閉路播出、衛星傳輸，飽含了行頻、場頻、伴音載頻和彩色副載波等所有內容。不同的電視制式互不兼容，不同的電視制式決定了電視的信息量和圖像質量。目前，西歐、北歐和亞洲的大部分國家，包括中國采用PAL 制；前蘇聯、法國、非洲與東歐國家及少數亞洲國家采用SECAM 制，北美和絕大部分拉美國家及少數亞洲國家采用NTSC 制。概括地說，NTSC制攜帶信息量最大，圖像質量最好；PAL 制攜帶信息量、圖像質量其次；SECAM 制攜帶信息量、圖像質量最差。由于制式不同價格也有很大區別，它包括老百姓電視機的價格和以后的技術升級成本，所以制式的選定是各個國家根據自身實力來決定的。

20 世紀五六十年代是電視蓬勃發展的時期。美國1953 年通過美國全國廣播公司開始播送彩色電視節目，但這一時期電視節目采用的是即拍即播。

半導體的應用，加快了電視設備小型化的推進。1956 年美國工程師查爾斯-金斯博格和米爾頓，研制成功世界上第一臺磁帶錄像機，從而結束了“現場直播”的歷史，為電視節目的改進和提高，以及保留和重播提供了可能。

我國電視事業發展的比較晚，1958 年天津無線電廠才研制了第一臺黑白電視接收機。但是我們起點并不低，1958 年5 月1 日，我國成立第一座電視臺——北京電視臺，同年10 月1 日就播出了彩色電視節目。雖然當時全國只有50 多臺黑白電視機。到1971 年，全國已建有電視臺32 座。

電視傳送技術最早是通過地面無線電波傳送，天線越高，傳播距離越遠。之后發展了有線傳送，又稱為閉路電視，是用共用天線接收無線信號，再通過電纜傳輸將電視節目傳送給不同的終端，是美國1949 年開始的，這種區域性電視傳播方式，不受外界干擾，傳輸的內容量大。

1962 年美國發射世界上第一顆通信衛星，雖然壽命不長，但它標志著電視進入衛星傳送時代。衛星傳送在傳送數量、質量、速度、范圍上都堪稱人類傳播史上的一次革命。隨之帶來了“衛星新聞采集”方式，也叫SNG 采集制作方式。它把新聞現場采集到的視頻及音頻信號直接發射到同步通信衛星，再傳送到新聞機構總部直接轉播，或經過編輯后播出。這種采編播同步合一的工作方式，把信息的整合和擴散提到了一個新高度。

電視設備的小型化，電視節目制作方式也得到了很大提高，70 年代初期不外乎3 種方式：1）單機現場攝錄同步方式，也就是專業上所稱的ENG 采集方式；2）多機現場拍攝和現場編輯制作節目生產方式。即，EFP 采集制作方式；3）演播廳制作方式，一般是在具有完備的音響系統、燈光系統、攝錄系統、對講系統的制作方式，也叫ESP 采集制作方式。當時電視攝像機按性能和用途可分廣播級、專業級和家用級三類。衡量設備檔次的主要參數是畫面的清晰度、信噪比和靈敏度。家用機一般各種參數較低，體積小、價格便宜；廣播級設備各種參數最高，但體積大、價格高；專業機則介于兩者之間。由于廣播級價格昂貴，當時我國各省臺基本用機都是專業級設備。

1975 年12 月，美國又發射了“通訊衛星1 號”同步通訊衛星，這顆衛星可以傳送24 路電視電波，美國各地只要裝衛星接收天線，就可以收到任何一個頻道的節目。1985 年，中國衛星電視開始發展，央視一套率先上星。1988 年3 月7 日，中國的“東方紅2 號甲”使用通信廣播衛星發射成功，用于傳送中央電視臺第一、二套節目。到2006 年底我國實現了中央電視臺、中國教育電視臺以及各省臺都有上星節目，衛星轉播的彩色電視節目，可以覆蓋98%的國家和地區。

20 世紀80 年代以來，我國影像技術發展逐漸與世界強國齊頭并進。電腦技術的空前發展，原有的電影技術雖然依然存在，但在科學技術的作用下，人們不難發現單電子管攝像機、三電子管攝像機、模擬線性編輯機、膠片轉磁帶、單CCD 攝像機、3CCD 攝像機、COMS 攝像機、數字攝像機、數字非線編輯、數字虛擬制作、數字高清電視攝影機、數字高清制作、3D 數字高清電視攝影、3D 數字高清制作等等；錄像機一開始以磁帶為紀錄介質，磁帶寬度以英寸為標準，一開始由1 寸帶、3/4 帶、1/2帶、0.08 帶、0.06 帶轉向硬盤儲存。總之以高科技為支撐的影視設備，從差到強不斷涌現，并朝著體積越來越小，功能越來越強大方向發展。

3 影像科技數字化階段

數字時代改變了模擬電視弊端帶來的限制。1996 年7 月德國建成了世界第一家全數字電視臺，數字電視高質量的圖像和伴音、遠距離傳送和制作不丟失信息的特性，引發了各國的關注。歐洲“尤里卡”計劃把信息數字化作為主攻方向；在美國聯邦通訊委員會的計劃中，2002 年5 月要全部商業臺完成數字化，2003 年5 月，全部非商業臺完成數字化；2006 年，85%的家庭完成從模擬向數字播出的轉移。雖然計劃無法完成，但到2009 年6 月12 日，美國正式全面關閉模擬電視，開始全面數字化運作；我國列出的時間表是：2001 年為我國數字電視試驗年，2002 年具有獨立知識產權的數字電視系統標準確定；2003 年在全國范圍內進行數字電視商業化試驗；我國2005 年開始進行數字化改造，目前已經基本上完成。

在高新技術的推動下，世界科技比較發達的國家都在進行廣電與出版、紙媒、互聯網的整合，將影像傳播逐步融入更大的信息產業中。數字化的優勢，光纖的利用，改變人們生活的質量和方式。不在電視上“看電視”，不在報紙上看新聞，不在雜志上看圖片，這就是數字時代的現狀。網絡視頻、微博、手機等多樣化信息渠道，傳播者和接受者從“一對多”的關系變成了“多對多”的關系；推特、微博、微信把大家帶入速讀時代，“抖音”“快手”又把受眾帶入微影像時代。

信息采集設備和過程，也由傳統的“大、傻、繁”向著“快、捷、小”變化。G4 到G8 攝像機、松下GH-5、手機、各類平衡器在這方面有明顯的優勢；無人機的出現更是給航拍解決了難題。為影視創作者提供了定位精準、拍攝成本低、操控系統穩定的影像采集設備。

4 影像科技進入光感時代

光感時代是筆者提出的一個前瞻性的新名詞，因為它能夠概括數字時代之后，影像科技發展的一個新時代。

我們大家知道目前所有的影像終端無外乎都是屏顯。從創作的角度上講，創作者是通過影像語言努力去在一個二維的平面上實現三維的效果，但這種三維是觀眾意識里產生的假三維。它無論在真實度，還是在影視藝術的時空特性上講，無疑有很多缺憾，怎么樣解決這個問題，實際上當前影像科技的發展，已經給光感時代做了很好的鋪墊。

4.1 全息影像技術逐漸成熟

什么是全息影像技術?它有哪些特色?它是如何實現影像的動態立體展示的呢？按照維基百科上的定義：“全息是指通過相干光，也就是激光光源，干涉原理記錄和查看圖像，當合適地將其呈現時，便可以精確地再現被記錄物體的三維外觀。”我們知道，要想表現物體的立體感，除了需要記錄物體表面信息外，物體反射光的信息也很重要，全息攝影就是疊加二者信息實現立體感的。全息攝影不僅全方位記錄了物體的反光強度，也記錄了位相信息。因此與普通的攝影技術相比，全息攝影比普通照片信息量大得多。一般的雷達只能探測到目標方位、距離等，而全息攝影則能拍出目標的立體形象。

全息影像顯示技術是一種在立體空間中投射立體多維影像技術。注意，這種影像是物理上的“立體”，不是我們看到的電影電視在二維平面上實現三維效果的“立體”。全息影像屬于量子科學的范疇，其基本原理是量子元和量子位相結合的量子理論。通俗地說，空間有多少維度，就有多少量子元；不同維度的量子元相互結合，就形成了眾多的量子位，量子位的排列集合，在場環境中就形成了有形的圖案。但全息顯示技術里，量子位的排列集合，也必須用相干光源，才能產生可見的立體圖案。因為激光光源具有很好的相干性，也就是光束的可控性，以及相干光源不擴散的特性，是整合排列形成立體圖案的關鍵。

全息影像技術近年來發展很快，現在不僅有激光全息，還有白光全息、彩虹全息，全景彩虹全息，還發展了紅外、微波和超聲全息技術。杭州G20 晚會演出驚艷世界，就與全息影像技術密切相關。另外，立體影像可以給我們帶來身臨其境的感覺，它可以讓觀眾觸景生情，因此，全息多維立體顯示向電影電視方向發展勢在必行。

4.2 光場相機給影像攝影帶來了變革

2011 年10 月，Lytro 公司正式發布了世界首款只需要構圖，后對焦的光場相機。據了解，光場相機內部結構與傳統相機大有不同。這款相機鏡頭及感光器之間，布滿了顯微鏡陣列，每個陣列接收光線后，傳送到感光器，進行數碼記憶。用戶根據需要選擇焦點，成形完美照片。光場相機體積小，速度快，沒有數碼相機上復雜的聚焦系統，操作十分便捷。這款相機通過光場技術讓用戶在拍攝中隨意改變焦點，移動視角，照片通過制作完成后，不會出現焦點不實的情況，光場相機甚至將照片轉為3D 顯示，這無疑會對立體影像產生影響。

4.3 光纖的使用為信息的傳播，鋪設了高速公路

自從1960 年，美國科學家發明了電射及光纖，就奠定了光通訊的基石。光纖傳輸有許多突出的優點：第一，頻帶寬，采用先進的相干光通信可以在30 000GHz 范圍內安排2 000 個光載波，可以容納上百萬個頻道；第二，損耗低，光導纖維的傳輸損耗是電纜的一億分之一，使其能傳輸的距離要遠得多；第三，不受溫度影響，傳輸設備簡單；第四，重量輕安裝十分方便，抗干擾能力強，利于保密；第五，保真度高工作性能可靠；第六，光纖系統使用設備簡單；第七，壽命長；第八，原材料豐富價格價廉。

1966 年，被譽為“光纖之父”的英籍華人高錕從理論上證明了光通信的可能性，1976 美國貝爾實驗室開通了世界上第一條光纖通信系統的試驗線路。至此光纖通信在世界各地推廣開來。我國1979年由中國工程院院士趙梓森研發出第一根實用光纖。1990 年單模光纖通信系統進入商用化階段，與此同時各國也陸續制定數字同步體系（SDH）技術標準。2005 年Tbps 超大容量的光纖通信系統在上海至杭州開通，同時FTTH 光纖直接到家庭拉開了光通訊的新時代。

光纖的種類很多，大致有摻氟光纖、紅外光纖、復合光纖、氟氯化物光纖、色散位移光纖等五六十個不同品種。根據用途不同，所需要的功能和性能也有所差異。但對廣泛應用于通信用的光纖，主要使用的是石英光纖，這種光纖是以二氧化硅為主要原料，具有低耗、寬帶的特點。

那么對于光感時代來說，全息影像技術、光場相機，以及多光譜相機、VR 相機、全天候相機和計算機等等影像形成制作手段，為我們提供了開辟立體影像的可能性；以各類不同性能的光纖品種，為我們解決了承載能力超強，損耗低、使用方便簡單、工作性能可靠的信息傳輸高速公路，

5 結語

影視科技的發展必將在硬件提升理念上、影視節目創作理念上會有一個全面的提高和改變。從以上影像科學技術4 個階段的發展過程來看，這種提高的結果就是讓影像制作更簡單，創造的形象更逼真，傳播節目更便捷。英國20 世紀80 年代初就在研制能產生氣味的電視機，雖然至今都沒有成功。但由此我們會知道影視科技發展的終極目標，還是為了滿足人們對視覺、聽覺、觸覺、嗅覺以及思想和生活需求。隨著科技研發的周期不斷縮短，達到這個目標已經為期不遠了。