數(shù)字紅外線攝影

郭根生

在攝影藝術(shù)中，攝影家用光做畫。正是在光的描繪下，我們的世界展現(xiàn)出旋律音韻之美，使我們感受到生命的波動與共振。

光，攝影家手中的畫筆，在給大地帶來盎然生機的同時，也讓人類通過攝影留下無數(shù)精彩絕倫的畫面。紅外線攝影作為眾多攝影藝術(shù)門類中最神秘、最具穿透力的一種形式，隨著數(shù)碼影像技術(shù)的日趨成熟，正在逐漸揭開神秘的面紗，走進尋常百姓的文化生活。

可見“光”與不可見“紅外線”

普通的黑白、彩色攝影，我們記錄的是可見光，或者說可見光照射下的七彩世界，赤橙黃綠青藍紫。它們的波長范圍一般是380nm到780nm，稱為可見光譜(國內(nèi)外對具體的波長范圍有細微差別)。在物理學(xué)中：納米(namometer縮寫nm)的國際標稱單位是亳微米(millimieron meter縮寫μm)。1毫微米＝1納米=10^-9米，即十億分之一米)。在可見光譜范圍內(nèi)，不同波長的輻射使人感覺到不同顏色，一般來說，700nm為紅色，580nm為黃色，510nm為綠色，470nm為藍色，400nm為紫色。1800年英國物理學(xué)家赫胥爾從熱的觀點來研究各單色光時發(fā)現(xiàn)了紅外線，并且把光譜中看得見的那部分波稱為“光”(可見光)，而人眼看不到的波則稱為“線”。紅外線就表示從赤開始的不可見光線，即波長是760nm以上的光線，一般的紅外線拍攝范圍在780nm—1350nm左右(圖1)。

很多人對于紅外線攝影照片表現(xiàn)出來的色調(diào)和影像的質(zhì)感感到驚異，其實這并不奇怪。因為紅外線與可見光相比的一個重要特點就是色彩更加豐富多樣。另外紅外線還具有良好的穿透性，如穿透煙霧、水氣等。因此在航空攝影、軍事攝影和其他題材攝影中有著不可替代的地位，例如航空攝影可以利用紅外線發(fā)現(xiàn)健康、不健康的樹木，森林，地脈甚至礦藏；醫(yī)學(xué)上可以用于人體組織的穿透；科研及工程攝影可以用于鑒別印色，穿透織物；普通紅外線攝影可以利用發(fā)散性產(chǎn)生虛幻的圖畫效果等等。

紅外線攝影原理

紅外線攝影的基本原理與普通攝影一樣，都是利用光線在物體上的折射與反射經(jīng)過鏡頭成像，區(qū)別在于可見光與紅外線的不同罷了。這些折射與反射光，當然也包含紅外線，進入我們的眼睛或者照相機時，其實我們已經(jīng)接受到了紅外線，但我們的視神經(jīng)或者普通膠卷沒有感應(yīng)到。

按照物理學(xué)黑體定律，自然界中的一切物體，只要它的溫度高于絕對零度(－273．15℃)，就存在分子和原子的無規(guī)則運動，其表面就會不斷地輻射紅外線。也就是說，任何有溫度的物體，除了可以發(fā)出波長在380—780nm的可見光外，還可以發(fā)射不為人眼所見的波長為780～1350nm范圍的紅外線。因此，紅外線的最大特點就是普遍存在于自然界中的所有物體(景物)?；蛘哒f，發(fā)光、不發(fā)光的任何“熱”物體都能輻射紅外線，因此紅外線又稱為熱輻射。紅外線攝影通過記錄物體表面所輻射的不為人眼所見的紅外線，反映出物體表面的紅外輻射場(即溫度場)，幫助我們探索肉眼觀察不到的景物，從另一種角度來觀察我們所熟悉的環(huán)境(圖2)。

紅外線攝影并不是一個新名詞，早在若干年前美國著名的攝影大師，安塞爾·亞當斯的論著中就提到過紅外線攝影。在20世紀30年代，紅外線攝影最初是被用于生態(tài)攝影、航空測量以及醫(yī)學(xué)方面。隨后紅外線膠卷被一些攝影師用來嘗試藝術(shù)創(chuàng)作，從而開創(chuàng)了攝影領(lǐng)域的另一分支——紅外線攝影。與傳統(tǒng)攝影相比，紅外線攝影具有許多鮮明而獨特的特點，如紅外線具有很強的穿透性，在霧氣彌漫的山林中，紅外線攝影能比普通攝影更清晰地拍到遠處的景物。更特別的是，紅外線影像與人眼所見的尋常景象大為不同，效果繁多而且變幻莫測。在典型的黑白紅外線照片中，藍天和湖水成了黑色，花草樹木和人的肌膚顏色很淺，看上去象是在發(fā)出奇異的白色熒光。正是由于紅外線攝影具有超現(xiàn)實的拍攝效果，一直以來都吸引著眾多攝影師使用它末進行創(chuàng)作。而今，紅外線攝影仍然廣泛用在公安、消防、安防和航拍上，近年來，隨著數(shù)碼照相機的發(fā)展與普及，紅外線攝影已經(jīng)逐步成為一種普通攝影手段。

紅外線數(shù)碼照相機

在傳統(tǒng)攝影中，黑白、彩色感光材料可以滿足絕大多數(shù)普通攝影的要求。傳統(tǒng)的紅外線攝影是在鏡頭前加置濾色鏡濾去日光中的可見光和紫外線，或使用紅外線光源照射被攝物體，使感光膠片只對紅外線及少量紅光曝光，然后再經(jīng)顯影加工而得到影像。紅外線攝影用的感光膠片通過增加膠片乳劑的波長敏感度來增加它對于紅外線的感光度，使其提高到1200nm的光譜區(qū)域完成的。但是在波長大于1200nm時，雖然可以實現(xiàn)材料增感，但是其輻射可以被水吸收，已經(jīng)失去了實際使用意義，這使得記錄波長更長的紅外線在傳統(tǒng)膠片領(lǐng)域成為一件困難的事情。

紅外線數(shù)碼照相機之所以能在黑暗中看到、拍攝景物，是因為它能接受紅外線，并經(jīng)過一種特殊的半導(dǎo)體材料——電荷耦合器CCD(ChagreCouled Device)處理，轉(zhuǎn)化成我們?nèi)庋勰芸吹降挠跋瘛CD自身具備了400～1200nm的感光能力，涵蓋了可見光與紅外線的基本波長光譜。只是在一般狀況下由于可見光的強度遠大于紅外線的強度，因而數(shù)碼相機拍攝時看不出紅外線效應(yīng)。另外，一般的數(shù)碼相機在CCD上集成了一塊阻止紅外線通過的濾鏡(Infrared Cut Filter簡稱為ICF)，以便在拍攝普通照片時濾除紅外線的干擾。盡管物體反射的可見光的強度的確遠遠大于紅外線，但如果沒有這塊ICF，被CCD捕獲的紅外線信號仍會得到處理，在最終生成的照片上變成雜訊，留下許多色彩不明確的噪點，影響成像質(zhì)量。不過，為改善成像質(zhì)量而集成在CCD上的這塊ICF對紅外線的濾除沒必要很徹底。

有的人錯誤的認為用一般家用電器的紅外線遙控器對著數(shù)碼照相機的鏡頭，按下遙控器按鍵的同時從相機的LCD或EVF(電子取景器)中觀察是否能看到明亮光點的方法就可以判斷數(shù)碼相機是否具備紅外線攝影的能力。但因為在這種情況下看到的“明亮光點”是ICF的不徹底性，讓CCD捕獲到殘余的紅外線信號。如果使用這種數(shù)碼照相機拍攝紅外線照片，即使在鏡頭前加上濾光鏡，圖像細節(jié)損失之多也是可想而知的。

只有紅外線消除濾鏡的好壞和數(shù)碼相機所采用CCD／CMOS感光器件對紅外線的靈敏程度才決定了數(shù)碼照相機是否具備紅外線攝影的能力。真正能夠進行紅外線拍攝的數(shù)碼照相機在紅外線拍攝模式下，照相機會把位于CCD前端的ICF移到一邊，讓紅外線暢通無阻地直達CCD。索尼(SONY)和松下(Panasonic)帶夜視功能的數(shù)碼攝像

機以及索尼的DSC—F707、DSC—F717、DSC-F828數(shù)碼照相機使用的是自動裝置(圖3)?？逻_(Kodak)DCS系列數(shù)碼相機則采用手工摘除的設(shè)計，讓ICF變成一個附件，用戶可以自主決定什么時候裝上、什么時候不用它。

不久的將來也許會有越來越多的數(shù)碼相機采用類似的設(shè)計以便于紅外線影像的拍攝。用數(shù)碼相機拍攝紅外線照片，由于紅外線光譜感應(yīng)范圍較廣，因此無論是傳統(tǒng)紅外線攝影還是數(shù)碼紅外線攝影都需要一個阻擋可見光及紫外線輻射，同時又可以透過紅外線的特殊濾光鏡，即紅外線濾鏡(Infrared Filter)，并且根據(jù)經(jīng)驗和感光材料的光敏范圍來確定和選擇紅外線濾光鏡的濾光系數(shù)。紅外線濾光鏡在這個過程中起到的作用類似于帶通濾波器，讓紅外線順利通過，而將其它波長的光線阻斷。它與阻止紅外線通過的濾鏡(ICF)的作用正好相反。如果是拍紅外線風(fēng)光片，那么常見的紅外線濾鏡都是可以用的，當然濾鏡的口徑要與數(shù)碼相機鏡頭的口徑相符，如Hoya R72、RM90；B+W 092、093；Kava PF2、PF4；Kodak Wratten 87、87C等，這些濾鏡的不同之處主要在于對可見光截取的深度，以及由生產(chǎn)工藝決定的通光性能。

CCD感光器件天生對紅外線的感應(yīng)能力、即拍即得的成像方式、無需沖洗省卻額外費用等優(yōu)勢都使得數(shù)碼相機在紅外線攝影領(lǐng)域大有取代傳統(tǒng)相機之勢。但是由于CCD的成像質(zhì)量，至少在輸出大幅紅外線圖片方面，數(shù)碼相機對細節(jié)和層次的表現(xiàn)能力與傳統(tǒng)相機仍有差距，其主要原因是大部分數(shù)碼相機對紅外線感應(yīng)能力作了處理。

在我們對紅外線攝影的原理、器材有了全面、深刻的了解，就能幫助我們拍攝出更加美妙的影像，領(lǐng)略紅外線攝影的無窮魅力。

紅外線攝影的拍攝技術(shù)

用數(shù)碼照相機拍攝紅外線照片，一般在兩種情況下進行：一是漆黑的夜晚，二是晴朗的天色。在漆黑的夜晚或者在暗室里拍攝，首先要關(guān)閉紅外線阻止濾鏡(ICF)，進入紅外線攝影模式(如索尼DSC-F717數(shù)碼照相機的“NIGHTSHOT”)這樣就可以在漆黑的夜晚無須使用閃光燈進行拍攝。在拍攝時還可以使用索尼DSC-F828、717數(shù)碼照相機的激光自動對焦功能。將夜拍模式選擇在“NIGHTFRAMlNG”，照相機會發(fā)出激光對物體自動對焦，并且照相機根據(jù)激光檢測到的輪廓，來提高物體暗部在低對比度的情況時的對焦精度。DSC-F828的自動對焦輔助光的到達距離比一般的LED型自動對焦輔助光更長，能更有效地對較遠處的物體進行對焦。在漆黑的夜晚拍攝人像時，人的眼睛成為較明亮的發(fā)光體，顯示出很大、很亮的圓球(圖4)，就象我們在夜間看到的動物的眼睛一樣，所以紅外線攝影不適宜拍攝人像，只能拍攝一些人們工作、學(xué)習(xí)并且眼睛沒有注視鏡頭的遠景照片。

在白天拍攝紅外線照片不要使用夜景取景功能和夜景拍攝功能，如果使用不當，易引起照相機故障。一般是通過在鏡頭前加裝紅外線濾鏡，讓紅外線順利通過鏡頭，而將其它波長的可見光阻斷，這樣在CCD上便只看到紅外線下的景物圖像(圖5)。

以上兩種情況下，在使用紅外線拍攝功能時，拍攝的圖像都無法表現(xiàn)出我們習(xí)慣了的色彩。

加了紅外線濾鏡之后，相機的自動測光系統(tǒng)就基本失去了效用，因為所有的數(shù)碼相機測光系統(tǒng)都是針對普通可見光攝影而設(shè)計，不能對紅外線測出正確的曝光值。索尼DSC-F707的Nightshot功能，只能在全自動模式下使用，此時用戶不能調(diào)節(jié)快門、光圈。另外，由于數(shù)碼相機上紅外線濾鏡的作用，導(dǎo)致到達CCD感光元件上的紅外線強度比較低，因此進行紅外線攝影時，需要長時間曝光，建議使用IS0100的低感光度模式，光圈F4～8，曝光時間不高于4s，這樣的畫面不至于顆粒很粗，另外由于曝光時間較長，會使得畫面中的運動物體變得模糊不清，或形成旗云狀效果，增加了一些詭異的感覺。

紅外線攝影當中，最大的困難在于構(gòu)圖和聚焦。在使用紅外線濾鏡配合普通鏡頭進行紅外線攝影時，鏡頭通常不對紅外線區(qū)進行校正。大多數(shù)數(shù)碼相機的自動對焦系統(tǒng)在用于紅外線攝影時會出現(xiàn)偏差，無法拍出清晰的照片。這是因為紅外線的波長要比可見光長，其焦距不可能與可見光一致，經(jīng)過鏡頭折射后，焦點落在了CCD的后方。因此必須稍稍增大相機鏡頭的伸長量，這是因為普通鏡頭設(shè)計的焦距是針對可見光的，因而在拍攝紅外線時相應(yīng)的焦距設(shè)定應(yīng)大于拍攝可見光時的焦距，即使是在使用單消色差或復(fù)消色差鏡頭的時候，這一點也適用。因此須要專門對鏡頭進行紅外線區(qū)校正，一些傳統(tǒng)相機鏡頭為了達到對紅外線準確對焦的目的，專門設(shè)計了一個紅外線聚焦指數(shù)，在鏡頭的調(diào)焦環(huán)旁邊用紅點、紅線或紅色日字標識的紅外線刻度標記，這是拍攝紅外線照片時的調(diào)焦修正點。而對于其它相機，必須通過多次實驗以確定鏡頭所須增加的伸長量，通常是以0．3～0．4％焦距的數(shù)量級進行手工校正。此外，為保證聚焦清晰，可以使用較小的光圈以增加景深。

紅外線攝影的注意問題

1．數(shù)碼紅外線攝影很容易曝光不足，根據(jù)拍攝環(huán)境的實際光照情況，可以適當增加曝光補償。但不要輕易使用ISO 200以上的感光值，更不能讓相機自動調(diào)節(jié)，否則成像會顯得很粗糙而失去實用價值。正確曝光在紅外線攝影中不是件容易的事，要根據(jù)所用數(shù)碼照相機的不同，通過拍攝實踐取得正確曝光的數(shù)據(jù)。一般而言，陽光明媚的環(huán)境下，紅外線輻射較強，比較容易得到較好的紅外線效果。暖色調(diào)、有生命的物體反射紅外線強；冷色調(diào)、無生命的物體反射紅外線能力弱。在紅外線較弱的環(huán)境里，比如多云、多霧的環(huán)境下，拍出的紅外線片效果近似于普通黑白照片，只是比黑白照片更清晰。

2．盡量用鏡頭的廣角端拍攝。除了廣角鏡頭的夸張作用以外，使用鏡頭的廣角端可以讓你距拍攝景物更近一些。因為紅外線攝影的實質(zhì)就是拍攝物體反射的紅外線，由于大氣中含有大量的水分，吸收紅外線，使傳遞到鏡頭的紅外線隨著距離的增加而衰減。距離被拍攝的物體越近，物體反射的紅外線越容易被照相機捕獲，記錄的細節(jié)和層次越豐富。而且廣角鏡頭加小光圈的組合可以獲得更大的景深，便于我們拍攝到更清晰的照片。

3．陽光下的樹木、植物，天空和水面都是較好的紅外線拍攝題材。這樣拍攝的天空和水是暗色調(diào)的，云彩和綠色植物的葉子等是亮色調(diào)的，自然形成風(fēng)格獨特的畫面。從傳統(tǒng)攝影角度來說，這些景色也許沒有獨特之處，但在紅外線照片上，它們各自呈現(xiàn)出一種異乎尋常的夢幻般的景象。盡管陰天不是拍攝紅外線照片的好時機，但此時用較高ISO值拍出的山石、土礫會有一種異樣的荒涼。雨天拍攝紅外線照片是比較困難的，一方面要保護好你的數(shù)碼照相機，還要選擇拍攝題材、構(gòu)圖、聚焦、測光，而實際拍攝效果與晴天相差不是很大(圖6)。

4．無論用什么數(shù)碼相機進行紅外線攝影，三腳架是必需的。它不僅可以幫助你穩(wěn)固照相機，還可以審慎構(gòu)圖，取得最佳拍攝角度和效果。