问题

胶卷或胶片拍摄的照片、影片是否可以视为「无限清晰」?

回答
这个问题很有意思,也很值得好好聊一聊。很多人觉得胶片摄影就是“无限清晰”,但实际上,这个说法得打个问号,而且细节非常丰富。

首先,咱们得弄明白“清晰”这个词在摄影里到底指什么。通常我们说一张照片清晰,指的是它能表现出多细微的细节,而且这些细节不会糊成一团。这跟我们眼睛看到的“清晰”有点像,就是能分辨出远方的东西是不是一个人,那个人是不是你认识的。

胶片相机为什么会给人“无限清晰”的感觉?

这里面有几个关键点,让胶片照片在某些方面确实表现出色,甚至可以说比很多数字照片更“有质感”的清晰。

1. 颗粒(Grain): 胶片最独特的“画质”特征之一就是它的颗粒感。大家可能觉得颗粒是缺点,但恰恰是它,在一定程度上“模拟”了人眼的视觉感受。我们的眼睛看到东西,并不是光滑平整的,总有一些细微的波动和纹理。胶片的颗粒,就像给画面增加了一层细腻的“噪点”,但这种噪点是物理存在的、是胶片化学反应的产物,它让画面看起来更“真实”,更接近我们肉眼看到世界的质感。有时候,这种颗粒还能帮助我们区分远近,甚至让画面本身看起来更“厚实”。

2. 色彩和动态范围(Color & Dynamic Range): 不同的胶片类型(比如负片、反转片)有自己独特的色彩表现力和宽容度。负片通常有更广的动态范围,意味着它能记录更丰富的亮部和暗部细节,不容易出现过曝死白或者欠曝死黑的情况。反转片则以其鲜艳的色彩和高对比度著称。这种对光影细节的优秀处理能力,让画面看起来更立体,层次更丰富,也间接提升了我们对“清晰”的感知。

3. 成像的“真实性”: 胶片记录的是物理世界中的光线信息,经过化学显影成像。这个过程,在很多摄影师看来,比数字传感器通过像素捕捉光线,再转换成数字信号要“纯粹”一些。这种“纯粹”让画面有一种难以言喻的“空气感”和“空间感”,这同样会影响我们对清晰度的感受。

4. 放大能力(Potential for Enlargement): 理论上,如果使用最高品质的胶片,配合非常好的镜头,然后在足够大的尺寸下进行扫描,胶片的细节潜力是相当惊人的。一些大画幅相机使用的胶片,其记录的细节量是非常庞大的,可以放大到很大的尺寸依然保持清晰。这让胶片在“理论上的解析力”上,确实有很强的竞争力。

但是,说胶片是“无限清晰”,这就不太严谨了。

“无限清晰”意味着它能够捕捉到世界上所有可能存在的细节,不受任何限制。而现实情况是,胶片摄影同样会受到各种因素的限制:

1. 胶片的颗粒大小(Grain Size): 胶片有不同的感光度(ISO),感光度越高,胶片对光线越敏感,但也意味着它的颗粒会越粗。粗颗粒的胶片,其记录细节的能力自然会受到影响。你看很多粗颗粒的黑白胶片照片,虽然有味道,但细节肯定不如低感光度的细致。

2. 镜头素质(Lens Quality): 无论胶片多好,如果镜头不行,它记录的光线信息就是模糊的,胶片再怎么努力也无法“凭空”变出清晰度。现代数字相机搭配的高素质镜头,在解析力上已经非常非常优秀,能够清晰地呈现出传感器的每一个像素所能捕捉的细节。

3. 曝光和对焦(Exposure & Focus): 稍微的曝光不准确或者对焦失误,都会导致画面看起来不清晰,这和胶片还是数字没有关系。

4. 扫描过程(Scanning Process): 现代很多人欣赏胶片照片,实际上是通过扫描仪将胶片数字化后的结果。扫描的精度、分辨率、色彩还原,都会极大地影响最终我们看到的“清晰度”。一台好的扫描仪能榨取出胶片的大部分细节,但如果扫描质量不高,胶片的光芒也会被掩盖。

5. 银盐颗粒的物理极限(Physical Limits of Silver Halides): 胶片是通过卤化银颗粒感光成像的。这些颗粒有其自身的物理大小和分布,它们对光的反应也不是无限精密的。当放大到极大的尺寸时,你还是会看到颗粒堆积,而不是无限细致的纹理。

与数字摄影的对比:

数字摄影的“清晰”是基于像素而言的。传感器上的像素越小,数量越多,理论上能记录的细节就越多。现代数码相机拥有非常高的像素数,比如几千万甚至上亿像素,并且配合出色的镜头,在绝对的细节量和解析力上,尤其是在中高光区域,很多高端数码相机已经能够超越绝大多数传统胶片。

然而,数字照片的“清晰”有时候会显得“过于干净”,缺乏胶片的颗粒质感。数字噪点(Noise)和胶片颗粒(Grain)是不同的东西,数字噪点通常是随机的电子干扰,看起来比较“脏”,而胶片颗粒是物理存在的,有其自身的结构美感。

所以,胶片不是“无限清晰”,但它提供了另一种维度的“清晰”和“质感”。

很多人钟情于胶片,不是因为它能提供“最多”的细节(在这个维度上,高端数码相机往往更胜一筹),而是因为它提供的视觉感受。那种独特的颗粒感、宽容度带来的色彩层次,以及一种似乎更接近“真实”的成像方式,共同营造出一种“有灵魂的清晰”。这种清晰,更像是老电影里的场景,带着一点怀旧、一点故事感,而不是数字传感器那种极致、有时候甚至有点“冷”的精确。

总结一下,说胶片“无限清晰”是一种浪漫化的说法,它捕捉了胶片在质感和某些方面表现力上的优秀,但并非没有物理和技术上的限制。它的“清晰”更是一种综合的、包含颗粒、色彩、动态范围和成像方式的独特体验,这种体验与数字的像素级清晰是不同的,但同样具有强大的吸引力。

网友意见

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有答主从底片化学构成角度分析,我就从光学角度来分析一下吧。

在大尺度看起来,光是沿直线传播的。因此在计算光学成像时我们一般用到的是几何光学。但实际上,考虑光学系统分辨率极限的时候,就不得不考虑光波的衍射效应。由于镜头不是无限大的,所以一个理想的物点成像之后是一个弥散的斑,两个紧挨着的斑能够分辨开的极限情况就是分辨率。如下图所示:

图1 衍射极限的简单说明

一般认为光学分辨率是半波长左右,所以经过特殊方法设计后,实现半波长以下分辨能力的话,我们就称其为“超分辨”。因此即便胶片是理想的,得到的图像也不会是无限清晰的,最终会卡在光学分辨率这里。

到这里其实问题已经回答完了。但是既然提到了衍射极限,那么不提一提如何突破它,似乎像是故事只有开头没有结尾。目前突破衍射极限的方法不少,在这里给大家简单介绍几种。

1、STED(受激辐射损耗)技术

假如现在你手里有一根粗铅笔,却要求你画出一条细线,你会怎么做呢?很显然直接用铅笔是做不到了,但给再你一块橡皮,你就可以做得到。先画出一条粗线,再用橡皮擦掉两侧多余的部分,剩下的就是一条细线了。

STED技术也是这个想法。荧光成像中,荧光分子对波长 λ1敏感,可以辐射出波长为 λe的荧光。但如果 λ2照射荧光分子的话,由于能级匹配问题,它就变得钝化,不再对 λ1有反应。因此我们可以将 λ2的光做成一个面包圈,把 λ1的光斑套在里面。缩小 λ2面包圈的直径,擦掉的部分越多,那么剩下的也就越少,中间的那个点就可以分辨出来了。

将 λ2的光做成面包圈的方法也很多,最常用的一种就是叠加一个涡旋相位,专业名字叫做“轨道角动量”,就可以实现一个圆环的亮斑了。图2是一种典型的STED显微镜系统。


图2 STED显微系统示意图

这种显微系统实现的分辨率要明显高于普通光学显微镜,图3可以看到清晰对比,Confocal是共聚焦显微镜得到的结果。

图3 STED显微镜与共聚焦显微镜结果对比

2、Super Lens(超透镜技术)

前面我们提到,之所以一个理想的物点成像后却成为了一个弥散斑,可以理解为成像系统口径不是无限大的。这就造成一个点发出的光实际上只有少部分能够被成像,大量的光信息丢失了。当然这只是简单的理解方法,实际上光照射物体时,散射出来的光可以分为两类,一类是传输波,承载了物体大概的信息,我们日常看到的都是这一类;另一类则是倏逝波,承载了物体的亚波长信息。

但是通常倏逝波演光波传播方向是指数衰减的,因此无法超出一个波长量级就消失殆尽了,所以无法参与成像。超透镜的原理就是,使用负折射材料将原本应该衰减的倏逝波进行放大,使其可以参与成像。

图4 Super Lens实验实例

图4中的例子就是Super Lens理论的实验例证。实验使用了365nm的近紫外光,得到了60nm的线条分辨率。

负折射材料还是很神奇的,一种实现光学隐形的思路就是使用负折射材料。不过目前也就是个思路而已。


先写到这里吧,要去实验室搬砖了。大家有兴趣的话将来再补充。

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