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数码与传统影像之间的失落环节
作者:Erwin Puts 来源:徕卡迷 时间:2006-4-25
    数码影像和传统影像之间,存在一些模糊地带,常常有很多同时玩数码和传统的摄影爱好者对数码和传统之间的差别多少存在疑惑。这是一篇由“徕卡迷”俱乐部资深网友翻译过来的文章,对数码和传统两者的差别作了相当清晰的论述,希望对广大网友有所帮助。

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  数码影像和传统影像之间,存在一些模糊地带,常常有很多同时玩数码和传统的摄影爱好者对数码和传统之间的差别多少存在疑惑,这是一篇由台湾“徕卡迷”俱乐部资深网友翻译过来的文章,对数码和传统两者的差别作了相当清晰的论述,希望对广大网友有所帮助。

失落的环节

  一般来说,传统摄影的银盐基底片,分辨率仅仅需要每毫米40线(40 lines/mm),就足以应付人类视觉分辨能力的极限了(译注:传统底片分辨率最高可达200 lines/mm,以下有说明)。这一点也许令人感到奇怪,但却是事实。

  透过上述的基本原则,我们可以作一些小小的运算,看看在135底片面积中,人眼所能分辨的最低影像所需的影像粒子(image points)量:(24mm × 40 lines/mm) × (36mm × 40lines/mm) = 1.3 million(130万个影像粒子)

  我们在徕卡的历史文件馆中,也找到当年奥斯卡巴纳克(Oscar Barnack)的所撰写的文件,说明了当年他为何选择135底片作为徕卡相机的底片的原因。根据巴纳克的计算,要满足徕卡135相机的条件,必须要在24 × 36mm的范围中容纳100万个影像粒子。每毫米40线的意义,代表每颗粒子的直径为1/40mm,等于0.025mm。

  还记得这数值吗?这个数值比当年所制订的模糊圆(Circle of Confusion)的最小直径:0.03mm还要小。巴纳克当年所采用的模糊圆直径,正是0.03mm。因此,我们可以说,在35mm底片规格的摄影中,130万个影像粒子足以满足人类视觉的需求。

  当然,现代底片经过持续改良,分辨率也不断提升。如果我们用每毫米200线作为计算标准(在此以分辨率达200lines/mm徕卡镜头为准),可以获得另一个数值:(24mm×200lines/mm) × (36mm×200lines/mm) = 34.5 million(3456万个影像粒子)

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  回到开始所提到的130万影像粒子,这表示一张高960宽1440个影像粒子的画面。注意,很多人会联想到的是一个由“960 ×1440”所组成的CCD矩阵所构成的画面面积。

  但,这是两回事。当本文的影像粒子所形成的画面和小于35mm底片规格的CCD感光元件相提并论时,就更加令人感到疑惑了。

  当一张图片被数码化(扫描)或者用数码相机拍摄(CCD)时,我们使用的是一种固定大小的CCD(或CMOS)阵列感光元件。所用来进行取样的感光元素称为“像素”(pixel)。但是,像素本身是没有实体位置(physical dimension)的!这里就是数码影像与传统影像之间失落的环节了。本文提到的影像粒子,是具有实体位置的,真正可以在底片上找到对应位置的,根据模糊圆的基本原则,可视为0.03mm的大小。

  但数码影像并非如此。CCD的像素所记录下来的,是影像的空间对应数值(横向座标和纵向座标),以及色相及明度的特性。再强调一遍:像素没有实体位置,只有空间的参考对应数值。换句话说,用来取样的原始CCD的尺寸大小,与实际的影像资料是没有关连的。档案记录下来的是XY轴座标(举例来说:X轴座标15;Y轴座标5),以及色相及明度。

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  以上的数码信息,跟感光元件的元素大小是无关的。数码影像只是把这个X轴和Y轴座标的资讯重现而已。当然,感光元件越细致,这个矩阵就越大。但是,不管是大是小,这个矩阵都没有实体位置。

座标 色相 明度
15,1 133 23
15,2 4 19
15,3 778 111

  不论这个感光元件的直径大小是3微米或30微米大,上面的资讯都是一样的,而3微米的元件当然就比30微米的元件更能擷取到更多的细节。简单地说,CCD有960×1440个像素并没有太大的意义,因为他并没有告诉你每一个感光元件的直径,所以光是以A×B这种说法,只是告诉你矩阵的部分资讯而已。我们都知道数码相机的感光阵列板,需要用到一个以上的感光元件来界定座标、色相和明度,一般而言需要4个元件,才能定义一个矩阵中的「点」的资讯。通常一个960 × 1440的感光阵列板只能处理480 ×720的矩阵(图档)。

  到底这些没有长宽实体位置的像素,何时才能有真正的大小和位置呢?答案是显示及打印时。最容易理解的就是在屏幕上显示。一般的彩色映像管屏幕的点距大约都是0.26mm(有的显像管点距较大有的较小),每英寸大约有96个点。这个点距和模糊圆的概念大致相通。

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  现在我们将矩阵的长宽一一对应到屏幕显像管的亮点上。如果我们有一张100×100的图档,那么在屏幕大小就是长100 x 0.26mm,宽 100 x 0.26mm,分辨率为1/0.26mm,大约为 3.8 lines/mm。

  如果我们必须填满整片屏幕,长宽为20x25cm,点距和分辨率都维持不变的话,影像矩阵大小需为200mm/0.26mm × 250mm/0.26mm=769×961,大约可视为800 ×1000。

  现在我们可以把矩阵尺寸(matrix size)、打印输出尺寸(print size)、和分辨率放在一起探讨了。如果我们需要一张20x25cm的输出稿,每一个点直径视为0.26mm(这里的意义为模糊圆的最小直径),观赏距离为一般正常距离,那么就至少需要800x1000的像素。在擷取这样大小的影像时需要更大尺寸的感光元素,假设这些感光元件的直径也是0.26mm的话,其实只能记录下物体的一些基本轮廓线条,但假设感光元素直径缩小到0.026mm(缩小为1/10这已经很接近传统底片的模糊圆直径了),我们就能记录更细致的细节。

  但为了覆盖相同的面积,我们需要10倍的感光元素。在此一范例中,则需要8000x10000的像素!在传统底片上,以分辨率40 lines/mm(1.3million个影像粒子)来作8倍的放大就可以有一张20x25公分的照片,而且还可保持5 lines/mm的分辨率。

  为了达到和传统底片的标准,在数码影像部分必须使用到(200mm*5lines/mm) * (250mm*5lines/mm),相当于1000 x 1250的真实矩阵(true matrix cells)。以目前的CCD技术来说,至少要2000 x 2500才可以办到,相当于300万像素。但传统底片的素质不仅止于此,我可以在30 x 40公分的照片上仍有10 lines/mm 的分辨率,这对数码相机而言,就要3000 x 4000或1200万像素乘上两倍,或者是2400万(24MB)像素的CCD才能办到。

  结论是,数码影像的像素并没有实体的位置,这是大家很容易搞混的地方。因此960 x 1440的CCD像素并不代表能记录下和35mm底片一样的影像资讯。如果要接近传统135mm底片的影像素质,以目前的技术,至少需要2400万像素的影像芯片才办得到。



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