柯达医用胶片:胶片与数字是否可以并驾齐驱

    迩来关于数字相机与胶片相机孰优孰劣的各类争论呶呶不休，难分凹凸输赢也难以辩出是非凹凸。并不论是传统的胶片相机仍是新兴的数字相机不外是一种成像载体的分歧，咱们都要得到一个良好的满意人类审美需要大概消息消息传布为目的照片罢了。PHOTOGRAPHY是两个词的连系，是用光芒绘画的意义;CAMERA是指得到影象的装备或东西，它包含拍照机、片子开麦拉和电视摄像机。咱们平常的拍照机严酷意义上应叫做牢固影象拍照机。

    数字与胶片成像方法的比拟

    传统胶片拍照机成像进程是基于光化学实际，数字拍照机则基于光电子学实际

    拍照胶片重要分为负性感光胶片、正性感光胶片和反转感光胶片三类。不论哪一种范例的感光富士医用胶片，卤化银是重要的感光质料，感光乳剂中卤化银颗粒巨细和颗粒度是紧张的参数之一。由于被摄风景的影象是由卤化银复原成颗粒状银所组成。在感光进程中，卤化银颗粒是单个地起感化的，每一个颗粒构成潜影的一个显影单元。在畸形暴光范畴内，可显影的颗粒数量跟着暴光量的增长而增长。感光层中卤化银颗粒小的直径50nm，大部门颗粒在0.1-4μm之间。卤化银颗粒大易感光，卤化银颗粒小不易感光。卤化银颗粒小的胶片感光度小，反之则大;卤化银颗粒越小辨别率和质感越好。在拍照胶片的制备进程中，成心参加杂质并使很是小而平均的杂质颗粒与卤化银感光乳剂很是平均地涂布在胶片上，越平均胶片品质越好，越平均感光中间散布就越平均，照片的辨别率和质感越好。

    卤化银的晶体布局为正六方体。如许的抱负布局是不乱的，没有光敏性，也便是不会被感光。只要具备缺点的点阵布局分列才气造成晶体布局的亏弱关键，而这些成为感光中间的亏弱关键才使卤化银晶体具备感光性。胶片感光层暴光时，光量子感化于卤化银晶体上，卤离子起首吸取光量子，开释出一个自由电子后酿成卤原子，卤原子构成卤份子后分开晶体晶格布局被明胶吸取，自由电子则敏捷移向感光中间并牢固上去。如许感光中间便成为了吸附不少电子的负电场带电体。晶体内的晶格间银离子在电场感化下被引向电场，银离子反过去俘获汇集在感光中间的电子，结果被复原成银原子。复原后的金属银原子也被牢固在该感光中间上，从而使感光中间进一步扩展，扩展了的感光中间又不竭地俘获光解进去的电子，循环往复，感光中间不竭长大，到达必定水平就暴光符合，这时候的感光中间构成的显影中间组成影象的潜影核，潜影则是由有数显影中间组成并颠末前期化学显影和定影进程构成咱们必要的影象。

    彩色胶片有三层感光乳剂层，在这些乳剂层里还分别含有分歧的能够天生染料的有机化合物，叫做彩色巧合剂(成色剂)。它们自己是无色的，但在彩色显影时能与彩色显影剂的氧化物耦分解为有色的染料。对付负性胶片，下层盲色乳剂里所含的巧合剂在彩色显影时构成黄色，中层构成品赤色，基层构成青色。这便是咱们获得的颠末冲刷的彩色胶片。经由过程扩印或放大再把影象投射到拍照纸上大概是反转片的反转冲刷，胶片下层的黄色变化为它的补色蓝色，中心一层转为绿色，基层则转为赤色;咱们就获得了与自然状况一样的彩色照片大概通明的反转片。

    CCD称为电荷耦合半导体器件，CMOS称为互补型金属氧化物场效应器件，她们都是半导体器件。它们在数字拍照机中的感化是把影象的光旌旗灯号变化为电旌旗灯号并分别存放起来，在外加扫描旌旗灯号的感化下传输入去，末了颠末各类运算转换为图象的电子档案文件。

    CCD是在一块N型污浊的单晶硅上分散一层二氧化硅，再在下面分散一层担当光子辐射的掺杂多晶硅-二氧化硅-硅的MOS布局的相当于光电二极管感化的PN结作为感光单位，核心经由过程分散分歧的绝缘层沟道密布在单晶硅上，末了加之电源和节制旌旗灯号引线做成集成芯片便是CCD图象传感器，由于建造进程便是如许一层一层的分散构成，分散不平均的结果是各个CCD单位的电参数不平均，全部器件就取消了，是以制品率每每很低，限制了大面积的本钱，面积越大制品率越低。CCD和CMOS独一的区分便是CCD是集成在半导体单晶质料上，而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体质料上，事情原理没有本色的区分，都属于有源节制电荷输出型无增益电子器件的大范围集成电路，电荷采集元件。CMOS的集成度容易进步，事情电抬高，静态参数低是所有各类CMOS与各类诸如TTL等半导体集成电路比拟的固有特色，不但仅表如今图象传感器上。不论采纳何种布局，感光单位与CCD或CMOS单位集成在一个芯片上，那末CCD或CMOS单位的旌旗灯号传输通道就要盘踞必定的比概况积，所有图象传感器的感光概况只能有一部门用作感光单位的光芒接管面，别的部门另有留给CCD或CMOS单位和元器件之间的绝缘断绝带;所以光电图象传感器不能像胶片一样全部概况积彻底用来接管光芒旌旗灯号。

    光芒射入半导体，光子被半导体吸取，如许光学图象在CCD的感光单位上转换成为与光学图象中各响应像素上光照成反比的电钱袋，每一个电钱袋便是图象消息，末了经由过程暂存区和旌旗灯号读出存放器把旌旗灯号经由过程中间处置器进行旌旗灯号处置后传输到存储器。一个好的影象传感器如果能够使得感光单位盘踞更多的比概况积，那末它的服从越高，再生像的正确度也越高。

    CCD图象传感器操纵感光单位来担当光芒，对光芒色采没有辨认本领。怎样让它感知色采呢，在每一个CCD或CMOS图象传感器单位的后面加之滤色片，赤色滤色片只能经由过程赤色成份光芒(红色有赤色成份)而回绝别的色彩光芒经由过程，富士医用胶片一样加蓝色滤色镜的感光元只经由过程蓝色。如许蓝、绿、红有纪律的严酷分列，不论采纳原色仍是补色滤色镜，经由过程这类方法在所有感光单位前都加之滤色镜，再体例一个事情步伐，使得拍照机CPU中间处置器晓得每一个二极管对应的地位，如许的感光单位对应的CCD或CMOS单位就有了一个加权分列序号，输入旌旗灯号不单包含色采消息和强度消息，同时还包含地位消息，这类末了所有的加权图象消息汇总后由微处置器芯片运算得出一个摹拟的图象回复复兴图象。这便是咱们所谓的插值，也是咱们末了得到的照片消息。总之数字相机的色采复原彻底是按照计划者的软件体例法子摹拟地把原始风景消息再现进去

    胶片因为每一个点位的光芒决议该点的化学物资的变革水平，响应地对应一个原像(被摄物体)的像点城市有对应的化学颗粒予以一对一的再现，是以，胶片的影象记实加倍显现数字化记实色采。CCD图象传感器的消息是经由过程软件处置的方法摹拟实际的，不管是积分、微分仍是线形旌旗灯号处置，数字相机的影象记实是对原像的数字化摹拟，更严酷地讲是摹拟影象细节而不是完整地记实细节;胶片倒是操纵化学物资以颗粒为单元完整地再现影象，而不是报酬地摹拟。这是两者事情的本色区分

    数字与胶片将来前途之

    包含中间电视台在内的各大媒体纷繁报导数字拍照机将在2008年彻底代替传统相机。这是人类对技能进步和产物成长为夸姣的欲望。可是数字拍照机彻底代替传统拍照机仍是在很长一段时间都难以做到的事变。

    纯真从今朝拍照机市场占据率来看，数字拍照机将会盘踞绝大大都市场空间，这内里有不少利好身分，重要是有计较机的遍及和计较机处置照片软件技能的推行、外置式大容量小硬盘的遍及、热升华打印机的推行使用、数字照片彩扩办事业的鼓起等等。另有数字拍照机不浪费菲林的用度付出、图象易于编纂加工和删除、数字拍照机自己计划加工计划可以随意性的延长和IT业新技能加倍便于利用、民用数字拍照机体积的减少和小型镜头更容易于加工并得到优良图象等等上风。传统胶片冲刷扩印和反复放大建造图片所酿成的侵害和浪费是一件令所有摄影人头痛的问题，这也加重了数字拍照机对传统拍照机市场的争取。数字拍照机与任何电子产物一样对温度的迟钝性不容轻忽，事情环境都设定在27OC(温度300OC)左右进行产物和体系计划，拍摄环境的温度毛病和温度漂移城市影响影象的品格，如旌旗灯号滋扰、色采通报等等。在极度温度下的事情大概碰到更多停滞，必要电池供电才气事情的电子产物还必要斟酌能量服从，也便是斟酌分歧环境下能量会有一部门转化为热量而散发掉。不管是测光的光敏元件仍是记实影象的CCD或CMOS传感器都有相对公道的事情环境温度，虽然新型数字集成电路的能耗已非常小。温渡过高会致使散热不顺畅，能耗增加且易于废弃电路，而温渡过低也一样会影响其畸形事情，而且能耗也一样会成倍增长乃至死机回绝事情。这些身分是在数字拍照机使用范畴不可轻忽的问题，这在必定水平上必定限制其在代替胶片拍照机门路上迈进的步调。光电子器件自己属于自然老化速率偏快的元器件，这些在数字拍照机使用范畴是不可轻忽的问题，CCD或CMOS光电传感器在建造进程中，几百万、上万万的感光单位很容易呈现个体像元不事情的环境，只是这类坏点的数目不等，数目少的可以经由过程相机内预设步伐软件的感化予以抵消，加之CCD或CMOS元器件坏点在使用进程中不可防止的增加，乃至会产生部分成片的生效征象。

    从像素方面看，业余级此外小型135数字拍照机的有用像素值已跨越1000万，而CCD及CMOS巨细已到达与24妹妹×36妹妹胶片雷同的面积。而德国莱卡则以17.6妹妹×26.4妹妹的尺寸完成了1000万有用像素的范围，依照莱卡如斯精度和传感器单位巨细的尺寸计较，把CCD及CMOS做成24妹妹×36妹妹一样巨细的尺寸，像素值可以到达1860万的范围,这个范围彻底代替胶片非常实际靠得住也可行。作为传统相机的成像载体，135反转片颠末的业余扫描仪扫描得到的像素也便是2142万像素(4000DPI)或极度像素为3348(5000DPI)的电子图象，假设要斟酌扫描进程大概丧失的消息，一样像素的电子图片不如CCD及CMOS得到的电子图象更直接和不受影响，消息量也更丰硕。别的，如今采纳1/1.8英寸CCD的民用级别高级次数字拍照机的像素值已到达500万，虽然采纳分歧的建造技能和旌旗灯号处置方法，可是如果依照如许雷同的推测，就今朝的技能功效出产出全画幅单片大型CCD或CMOS来，其像素值可以到达4000万左右，这个数字也将会成为数字拍照机再难以跨越的边界。即便把CCD或CMOS图象传感器的像素进步到更高也遭到镜头光学辨别率的限定，而难以阐扬感化，也便是CCD或CMOS单位不会无穷制减少到3-4μm如下，小到必定水平将会落空感光迟钝度和不乱性、旌旗灯号太弱乃至致使光电子效应失灵，无法分辨和检出正确的图象消息。

    对付中画幅数字背面，单就今朝太高的研发用度和太小的市场容量来看，鞭策市场的困难就不容轻忽。中画幅数码背面在像素消息品质和装备投资、数码存储介质的存储速率、田野拍摄的电池供给和严格温度环境下的利用等等问题还无法满意各类摄影人的必要。就中画幅数码背面的CCD或CMOS图象传感器件的有用事情面积而言，因为CCD或CMOS图象传感器件在建造进程必需在附近留有需要的引线封装空间，今朝尚未到达全画幅的程度。固然这在不竭技能进步进程中会获得渐渐冲破，四周留有10妹妹左右引线封装边漫空间后问题应当渐渐获得办理，可以靠近或到达全画幅的水平。更大的问题是芯片加工技能，这在100妹妹(四英寸)以上的CCD或CMOS图象传感器件芯片技能得到冲破今后才气够完成。这一技能壁垒在不久的未来是必定会完成的，接上去便是图象感光单位的巨细和密度，从而办理总像素值的问题。固然所有的技能进步必需依靠包含运算传输速率、存储容量和电池能量在内全部电子行业的成长和进步。

    操纵传统胶片成像并得到抱负的照片，中心必要不少关键，任何一个关键呈现问题城市致使照片结果产生毛病。恰是这些各类毛病才在很大水平上促成了数字技能的利用遍及，由于数字图象的修整建造进程借助于计较机技能而变的加倍便捷。

    一种好的胶片经由过程很是良好的光学镜头和正确的暴光得到抱负密度的潜影，必需经由过程按照胶片工艺所确定的化学冲刷配方和流程，加之正确的冲刷温度、反响时间和污浊的化学药物构成及纯粹水源的使用才气得到好的底片或反转片。得到底片后还要输入照片，冲扩放大装备的光学镜头品质、冲扩工艺流程节制和化学药物纯度及配方组分的严酷浓度水平、照片相纸的品质三原色色采复原校订水平、公道的暴光量等诸多前提决议照片结果品质。

    上述诸多身分中任何一环呈现毛病和失误都直接致使照片失败，是以胶片成像的上风必需靠严酷的前期加工工艺和技能来保障，因此增长了胶片发生良好照片的难度。虽然如斯，胶片行业将会采纳应答步伐，踊跃进步胶片加工品质，应答挑衅，研究加倍切实的步伐使得感光化学份子颗粒的涂布加倍麋集和平均，颗粒数目更多、分列更同等，各层感光剂之间散布也会加倍公道和切确，各类胶片的品质和前期加工工艺程度还会进一步进步。在特定范畴，特别是在大中画幅相机范畴，传统胶片的本身上风会仍然存在，全机器拍照性能够长期在盛暑冰冷气候前提下应付的本领仍是数字相机难以对抗的。这在必定水平上会牢固已有的阵地，还会吸收部门迷恋这类摄影方法的人们。

    陪伴数字拍照机的遍及，激光数字彩色照片冲扩放大装备应运而生。其实数字彩色扩印装备的出生不但仅给数字相机带来了福音，同时也为胶片影象的输入供给了划期间的成长机遇，胶片影象品格在前期建造进程被弱化的征象会获得彻底变动，一样具备传统影象特色的良好图片对付数字相机成像技能自己具备的缺憾提出了更高的请求。胶片影象记实方法的上风被前期暗房加工工艺技能的不美满而弱化，而数字相机天赋成像技能的缺憾被前期壮大的计较机技能而补充。数字相机和胶片相机凭仗各自的特色应当能够在将来的摄影六合里做到不相上下和上风互补。

    胶片的感光单位是化学份子颗粒，在胶片上以感光涂层方法散布，涂层是依照担当光原色色彩波长长短挨次多层散布，每层感光层的感光单位是可以全数接管响应单色光芒的，不论胶片就任何一个点呈现何种光芒，都有响应涂层的感光单位记实这类光芒及其强度，可是图象传感器是依照矩阵分列的，所有感光单位散布在同一个立体上而不能分层安插，即便两者感光单位密度雷同，胶片可以比CCD多二倍的辨别本领(按红绿蓝三色计较、胶片有三层以上感光层)。

    下面咱们已领会了单片型CCD或CMOS图象传感器的成像原理和缺点，那末有无一种更好的技能法子来进步CCD图象传感器的成像服从和影象复原精度呢?谜底是必定的。那便是已问世的遍及利用于业余摄像机的三CCD技能，三CCD技能是操纵三块CCD图象传感器分别记实赤色、绿色和蓝色，如许每块CCD图象传感器可以连续的记实每种单色影象消息而不会呈现单片CCD图象传感器由于在每一个CCD或CMOS图象传感器单位的后面加之一个具备单一色采的滤色片而造成某些感光单位对付别的色彩光芒不事情的晦气身分了。原像(被摄物体)经由过程镜头传过去的光芒被分别投射到三片CCD的所有感光单位上，每一个CCD更像是一块被确定了单一色彩的黑白胶片，如许用末了构成的红、绿、蓝三个感光单位都正确记实的单色完整图象分解为全彩色影象，服从比单片型图象传感器超过跨过两倍。原理不消复述，可是它更好地摹拟了胶片的事情法子，必定成为将来的数字相机的成长趋向。

    另有一种技能便是只操纵CCD记实图象密度而不记实色采，从而取缔了感光单位后面的滤波器，用一个可以检测光芒波长也便是光芒色彩的检波器只记实光芒色彩，由于分歧的波长便是分歧的色彩，并且获得一种以往任何一种记实手段难以对抗的正确色采记实方法，然后与对应的CCD检测到的图象密度旌旗灯号分解，如许的数字拍照机大概是完美的影象记实前言了。

    下面的猜测只是基于我从半导体业余的一种片面的欲望。要真正完成这类从实际上看很完美的摄影记实手段，还必要降服一些技能停滞，起首三块CCD或CMOS影象传感器必需参数同等，而半导体器件自己属于参数高度分离性的器件，况且富士医用胶片集成为了几百万上万万个单位器件的大范围集成芯片，如果三块传感器的像素值呈现偏差对付末了复原全色采便是不完美的。另有现有的单镜头反光拍照机布局因为取景反光镜的存在，会与相机外部安置用于反射和折射到分歧影象传感器的多棱镜产生辩论，同时三CCD技能必要更大的占用体积，对付现有相机布局也必要彻底改变。而改变现有布局，因为镜头后截距的限定，现有镜头不能使用在将来的这类相机上。

    检测光芒波长的检波器件没有什么技能壁垒，可是如果加工出与CCD或CMOS面积和单位数目雷同的检波器件在今朝尚未发明实例，其余技能壁垒与三CCD技能有配合的地方，固然咱们仍是寄但愿于世界半导体范畴的技能进步吧。