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感光影像学学科发展

发布时间:2019年4月12日


感光影像学是感光和影像的一个交叉领域,既古老又新兴。说其古老是因为它的起源要追溯到1727年德国解剖学家舒尔茨(J. H. Schulze)发现硝酸银具有感光性,此后一百多年经过不同国家和种族的科学家的不断探求、传承和发展,一直到1839年法国人达盖尔以溴化银作为感光层,通过相机曝光和水银蒸气显影处理后在一张磨光了的银板上得到了一幅黑银阳图的永久影像,宣告了卤化银照相术的诞生。这是一张真正意义的卤化银照片,因此,达盖尔被冠以银盐照相术发明人的皇冠。在此后的另一个一百多年的漫长发展历程中,银盐照相术创造了一个全球性产业,一直到本世纪初开始受到来自数字相机的冲击,逐渐退出市场。银盐照相术是传统感光影像学的内核,传统感光影像学是传统影像学的主干。不管是感光影像学还是广义的影像学,数字化、网络化是共同的发展方向,按需和跨媒体呈现既是消费者的需求也是发展的必然结果。

说其新兴是因为数字、网络时代赋予了感光影像学新的生命力和发展空间,数字影像学正在潇然兴起。数字影像学的内核是网络化的数字影像或数字内容(也称为数字资源、数字资产,以下简称:数字影像资源),而感光影像学则构成了数字影像资源的入口和出口。由于构建在公共网络平台上,数字影像资源在技术上是一个开放的资源平台,根据接入设备和系统的不同,可以外延派生出庞大的产业群和产业链,孕育了很多崭新的商业机会。
 
感光影像学
感光影像学(Photo-imaging)是感光和影像的一个交集,感光指由光的照射或吸收引发的物理或化学变化,而影像则指这些物理和化学变化可以被人眼直接(人眼直接可视的变化)或间接(通过适当方法或仪器可以转化为人眼可视的变化)读取。无疑,这里的光并不局限于可见光的范畴,覆盖了电磁波的所有波段,从宇宙射线、X射线、紫外线、可见光、红外光一直到微波和射频波。从上面的解释不难看出,光子吸收®物理/化学变化®影像是感光影像的一个逻辑关系,这里的影像多数情况下表现为物质的选择存在、形貌的不同、化学组份或内部空间结构的不同,统称为物性载体影像;当然,这里的光子也是空间影像化分布的光子,无疑光子吸收也是影像化的选择吸收。实际上其相反的过程也成立,即,影像®物理/化学变化®光子发射,所不同的是这里的影像多数情况下为数字影像或定义为以数字影像为起点(物性载体影像可以通过数字化过程转换为数字影像),这里的光子发射实际上也是空间影像化的光子分布,本质是另一种载体的影像,统称为能量载体影像。换言之,感光影像及其逆过程的本质是不同载体的影像通过影像系统发生的物理/化学变化转化的结果。

银盐照相术的诞生和发展
感光影像学的起源要追溯到基于卤化银感光特性的银盐照相术(Silver Halide Photography)的发明。银盐照相术的发明经历了一个漫长的时间,始于1727年德国解剖学家舒尔茨(J. H. Schulze)发现硝酸银具有感光性并利用这个性质记录了影像开始。从1727年到1826年的100百年间,不同的科研学家先后发现卤化银的其它家族成员均具有感光性并进行了影像记录的尝试,为银盐照相技术的发展奠定了科学基础。但是这些发现还不能形成永久的影像,因为未曝光的卤化银依然具有感光性,致使曝光形成的影像不可长期保存。定影,顾名思义就是固定曝光形成的影像,是解决这个问题不可或缺的过程和技术。定影的发现和在技术上的完善跨越了1819~1939年的另一个100年的时间,其间银盐照相术的雏形已经形成而且开始得到应用。

科学界公认的现代银盐照相技术的诞生要归功于法国人达盖尔的发明:1839年达盖尔(L. J. M. Daguerre)将一个磨光的金属银板表面用溴蒸气处理,在其表面形成一层溴化银,然后用相机在其表面曝光并经水银蒸气显影处理后得到永久性阳图影像。这一照相技术被称为达盖尔照相术(Daguerretype Photography),达盖尔本人为此申请了专利并成为达盖尔照相术的专利所有人,该技术在当时以及后来的相当时间内在全球范围内获得了巨大的应用和商业成功。

银盐照相术可以概括为一个以卤化银的感光性为基础、以动物明胶为载体(称为:乳剂)的一种光敏成像介质,该成像介质的曝光区域和非曝光区域在显影和定影剂中选择性地发生化学反应,最终形成可视且永久影像的一种光化学成像技术。银盐照相的优点是敏感度高(具有高达109的化学增幅效应)、影像质量高(同时兼具高反差、宽色域和高分辨率的优势),但缺点是多数情况下需湿处理(溶液显影和定影,后处理时间长)、不能及时得到处理结果、涉及废液排放和成本较高(因为使用贵金属银)。由于银盐照相具有的优势,从其诞生到20世纪末的近170年时间几乎垄断了民用和其它用途的照相领域,实际上成为了传统感光影像技术或模拟影像技术的核心。

20世纪末期特别是21世纪初,随着数字、网络和平板显示器技术的发展和应用在影像及相关领域引发了一场技术革命,数字影像和即刻、按需获取成为影像应用和消费的主流。银盐照相术逐渐表现出对这种发展趋势的不适应,其弱点不但阻止了该项技术在影像领域的进一步拓展,而且开始导致其从其传统垄断领域全线“崩溃”,让位于以平板显示媒体(特别是便携、移动显示屏,包括目前广泛使用的液晶显示器、有机发光显示器件、电子纸等等)、静电照相、喷墨成像、热成像等为基础的数字影像系统。目前,银盐照相在数字冲印、印刷制版、医用X片、全息成像和军事领域还有少量使用外,但很快也会从大多数这些领域中退出,5~10以后银盐照相会将成为影像领域的一段过往的历史。

数字影像的内核与外延
用0和1的排列组合描述的数字影像资源,广义称为数字内容(Digital Contents)或数字资产(Digital Assets)是数字影像系统的内核。当然,数字内容是更宽泛的一个概念,已经不再限于影像的范畴,包括文字、图形、符号、音频、视频等等,实际上只要可以数字化的东西最终都可以成为数字内容。因此,我们说数字内容是今天基于物联网、也是覆盖全球的“云”的重要组成部分和内容。之所以称之为数字资产是因为管理和利用好这样一个网络化的数字内容可以营造出商业机会,产生经济回报。

传统影像系统的内核是银盐感光材料,其潜质几乎被开发到了极致。因此,我们说银盐感光材料是工程技术的一个奇迹,其关键技术几乎被柯达和富士胶片两家公司垄断,实质上成为一种排他性的技术壁垒。结果导致传统影像系统的内核几乎是一个封闭的系统,其他厂商被限制在银盐感光材料的外围、配套或延伸领域。与此形成鲜明对比,数字影像系统的内核完全是一个开放平台和纽带,绝大多数情况下属于商业化的公共平台,任何系统都可以接入并共享其中的数字资源,其核心技术分散在影像捕获/产生、处理、存储、传送、管理和呈现的各个环节。只要在某一环节甚至子环节掌握了具有竞争力的关键技术,企业无论规模和地域都可以在今天的数字影像领域中享有自己的空间和份额,协作共赢是发展的必然和不二的选择。因此,数字影像时代再出现像传统影像时代那样一统天下的大咖的可能性非常渺茫,取而代之的是掌握核心技术、具有核心竞争力的高科技企业。就拿数字印刷机作为一个简单的例子。在这个领域中目前最成功、占有绝对市场份额的主要有基于喷墨成像和基于静电照相的数字印刷机两种不同的类型,前者的核心可能在喷头、油墨和驱动控制系统,后者在光导成像组件(特别是光导体)、色粉以及显影系统和驱动控制系统。所有这些关键技术都不太可能被一家企业垄断,更多情况是由不同供应商所掌握,数字印刷机品牌拥有企业可能并不掌握或不完全掌握这些核心技术,它们的核心技术可能在整体设计、装配控制、调试合评价,价值体现在系统集成。这种开放和协作共赢的时代特征为很多新兴企业和国家提供了进入数字影像领域的机会。对我们国家而言,我们既不掌握喷墨和静电照相的关键技术也没有相应的产业基础和积累,从头开始研发如喷头或光导成像组件然后在进入数字印刷系统而且形成具有竞争力的数字印刷机品牌或许在时间上不可等待或许研发出来的系统缺乏商业竞争力或许受到专利的限制而做不成商业产品,发挥中国人的聪明才智选择系统集成或是形成自主数字印刷机品牌的一条可行的路径,由此还可以带动并形成喷墨油墨和静电色粉等领域民族品牌制造业的兴起,让高价的洋设备和洋面包都转化为性价比更高的中国设计和制造,促进个性化印刷/出版、包装、标签等新型印刷生产和服务在国内的发展。

实际上,我国已经在智能手机和平板电脑等数字移动终端、遥测遥感、个人电脑、印前处理系统(特别是汉字处理、驱动和工作流程控制等软件系统)、通用液晶和OLED显示屏、直接制版机和直接版材、喷墨数字印刷机等领域持续发力而且取得了一些重大进展和突破,当然如何从简单的中国制造转向中国设计和制造,进而掌握核心关键技术和进一步拓展覆盖领域依然是一个艰苦和漫长的道路。

(节选自:《2016-2017感光影像学学科发展报告》)