照相機演變路徑探究

(1.山西廣播電視大學，山西 太原 030027；2.山西經(jīng)濟管理干部學院，山西 太原 030024)

康熙54年(公元1715年)，年僅27歲的意大利傳教士郎世寧來中國傳教。郎世寧不僅是一名天主教傳教士，也是一名優(yōu)秀的青年畫家。郎世寧的繪畫才能得到康熙皇帝的賞識，于是，他就成為一名清廷的宮廷畫師。他的主要任務就是以畫筆描繪皇帝和王公貴族的肖像，用畫筆記錄皇帝的重大活動。西班牙畫家戈雅比郎世寧年輕58歲，在戈雅40歲時，成為西班牙皇室的宮廷畫師。在18世紀，還沒有發(fā)明照相機。那時，無論在中國還是在歐洲，帝王將相長什么模樣，皇室的宴會、祭祀、狩獵等活動的場面，都得依靠宮廷畫師的畫筆來記錄。

一、照相機的興起及根源

照相機的發(fā)明，是19世紀的事情。世界上，保存至今最早的照片是法國人尼埃普斯于1827年拍攝的一張名為《窗外風光》的照片，這張照片看起來模糊不清，構(gòu)圖毫無特色。尼埃普斯拍攝這張照片時，曝光時間長達8個小時。當時其實還沒有照相機，尼埃普斯只是把涂有感光材料的感光板放在暗盒里，用小孔成像原理曝光而已。換句話說，世界上第一部所謂照相機只是一個鑲著玻璃的針孔，內(nèi)置一塊感光板的暗盒。

世界上第一臺真正意義上的照相機，是達蓋爾照相機。達蓋爾是一名法國畫家，也是一名化學家，在尼埃普斯研究的基礎上，他們二人合作研究了四年。[1]1833年尼埃普斯逝世之后，達蓋爾繼續(xù)深入研究。如何才能縮短曝光時間，是他面臨的一個最重要的問題。他采用附著在銅板表面上的碘化銀作為感光材料，把曝光時間降低到20多分鐘。雖然這個曝光時間還是太長，無法進行人像攝影，但畢竟比八個小時縮短了不少。他采用氯化鈉溶液作為定影液，使拍攝的照片恒定不變。1839年，他終于制造出第一臺達蓋爾照相機，拍出第一張清晰的照片。

達蓋爾照相機包括鏡頭、光圈、快門、取景器和暗盒，基本上就是現(xiàn)代照相機的雛形。用鏡頭控制焦距，使成像更清晰。這臺照相機的焦距是75毫米，與今天單反相機經(jīng)常使用的焦距相差無幾。光圈控制光通量，分為4、11、16三檔，也與至今經(jīng)常使用的光圈數(shù)值類似。用快門控制曝光時間，與現(xiàn)代照相機一樣，但當時的曝光時間以分計，今天以千分之一秒計，相差懸殊。取景器雖然簡陋，但與今天照相機的取景器作用一樣。至于暗盒，始終都是放置感光材料的地方。

以今天的觀點看，達蓋爾照相機無疑十分簡陋。但是，能夠發(fā)明這樣簡陋的照相機，也是在光學、化學等基礎科學發(fā)展到一定程度的條件下，才能夠得以實現(xiàn)。試想，如果沒有發(fā)現(xiàn)鹵化銀的感光特性，沒有發(fā)現(xiàn)小孔成像光學原理，也無從發(fā)明照相機。1839年8月19日法國發(fā)布達蓋爾照相機，幾年后這種照相機就傳入中國。19世紀中葉，在中國的大城市和通商口岸，已經(jīng)有許多照相館開始營業(yè)。由于照相館的業(yè)務基本上都是人像攝影，而不是靜物攝影，曝光時間必須縮短到秒或十分之一秒的數(shù)量級，才能拍攝清晰的人像。從曝光時間的變化可以看出，經(jīng)過短短的十年左右，照相機的制造技術(shù)已經(jīng)取得了長足的進步。但是直到100年后的20世紀中葉，城市的照相館仍然使用著達蓋爾照相機。三腳架上笨重的機箱罩著黑紅兩色遮光布，前面露出同樣笨重的鏡頭。攝影師將一個扁盒插入機箱背部，盒子里面是用軟片或玻璃為片基，涂有鹵化銀感光層的感光膠片。攝影師用隔光布罩頭取景構(gòu)圖，露出頭后，用手握氣囊按動快門。

二、照相機制造技術(shù)的進步

當然，照相館的照相機代表不了照相機制造技術(shù)的進步。實際上，19世紀中葉之后，照相機制造技術(shù)一直在不斷進步，有一些可以說是革命性的進步。其中影響力最大的技術(shù)進步，是德國人和美國人做出的。

第一臺達蓋爾照相機問世之后僅僅6年，1845年德國人馬騰斯就發(fā)明了可以搖攝150度的轉(zhuǎn)機。今天我們拍攝集體照時，仍然經(jīng)常使用轉(zhuǎn)機。哪怕拍攝對象有幾百人，站在弧形攝影臺上，也可以全部收入鏡頭。廣角鏡頭視場角也能達到150度，也能把上百人收入鏡頭，但由于球面像差，照片上的圖像嚴重變形。視場角越大，焦距越短，變形就越嚴重。照相機制造技術(shù)水平的提高，鏡頭是一個至關(guān)重要的因素。制造高品質(zhì)的鏡頭，對所使用的玻璃要求很高。一是要求原料純度高，雜質(zhì)要求低于萬分之一，也就是低于100ppm，還不能含有氧化鉛。二是要求物化性質(zhì)均勻，折射率低，色散值小。19世紀60年代，德國的蔡司公司發(fā)明了純度高、折射率低的光學鋇冕玻璃，并使用這種玻璃設計制造了正光攝影鏡頭。1902年德國蔡司公司發(fā)明了四片四組的天塞鏡頭，最初其最大光圈只有f/6.3。1930年，蔡司公司采用含有稀土元素鑭的光學玻璃，制作出最大光圈達到f/2.8的天塞鏡頭。

感光材料是照相機的根本，但從照相機發(fā)明一直到數(shù)碼相機普及之前，感光材料始終是鹵化銀。但膠片在感光度、寬容度等方面，技術(shù)水平都在不斷提高。不過，對照相機制造技術(shù)影響最大的是膠卷的發(fā)明。雖然從膠片到膠卷僅僅是一種物理性狀的變化，但膠卷的發(fā)明使得照相機攜帶和使用都更方便，降低了照片的拍攝成本，對照相機的推廣普及起了巨大作用。1888年，美國柯達公司發(fā)明了膠卷，并制造了使用膠卷的照相機。此后100多年，柯達始終是世界膠卷生產(chǎn)行業(yè)的翹楚。

攝影需要光，在光線不足的地方照相，有多種增加曝光量的辦法?？梢约哟蠊馊?，但照相機鏡頭的最大光圈加大一檔，鏡頭價格會成倍增長，而且光圈越大，景深越小，要求全片清晰的照片不能使用大光圈。可以延長曝光時間，但除了靜物攝影，都不能曝光時間太長，否則畫面可能虛化?？梢蕴岣吣z卷或數(shù)碼相機的感光度，但感光度太高照片顆粒大，清晰度下降。一種常用的方法是使用閃光燈，當然這種方法也有局限性，但如果夜間在燈光照度不夠的地方拍攝，就只能使用閃光燈。閃光燈過去俗稱鎂光燈，這個名稱的來歷是早期閃光燈的光源是鎂粉燃燒發(fā)出的強光。1906年，美國人喬治希拉斯第一次使用自制的閃光裝置拍攝了一張《夜間的鹿》，刊登在《國家地理》雜志上。

規(guī)則或者說標準的制定，在照相機演變的歷史中具有不尋常的作用。德國照相機設計家奧斯卡巴納克于1913年設計制造了世界上第一臺135萊卡相機。每張照片底板尺寸為24×36毫米，這個規(guī)格一直沿用了100多年。巴納克采用柯達已經(jīng)發(fā)明的膠卷，制定了一個尺寸標準，設計了一個小型的照相機。表面看似乎沒什么，但一個小小的設計，在照相機的發(fā)展歷史中卻起到了至關(guān)重要的作用。德國造的萊卡相機迅速在上流社會和知識階層得到普及。

世界上第一張彩色照片發(fā)明于1861年，也就是達蓋爾照相機正式公布以后僅22年。照片是彩色還是黑白，對照相機的發(fā)展變遷似乎沒有至關(guān)重要的作用。不過彩色膠片比起黑白膠片技術(shù)含量要大得多，它至少需要對三原色設置不同的感光層，工藝復雜。有趣的是，彩色照片發(fā)明雖然很早，普及卻用了100多年。直到20世紀70年代，我國大多數(shù)城市還不能沖印彩色照片。改革開放之后，彩色照片才迅速風靡全國，黑白照片隨之銷聲匿跡。

1928年，德國福朗柯·海德柯公司研發(fā)了雙鏡頭反光式照相機。[2]這種相機有兩個鏡頭，下面是照相鏡頭，上面是取景鏡頭。相機內(nèi)面對取景鏡頭是一個45度反光鏡，將要拍攝的景物反射到玻璃片上，攝影師從上向下觀察。由于兩個鏡頭一上一下，仍然有上下視差。這種相機使用的膠卷為6厘米寬的120膠卷，每個膠卷可以拍攝12張6×6厘米或8張6×9厘米或16張6×4.5厘米的照片。直到20世紀80年代，這種相機才基本退出市場。

20世紀80年代，隨著135彩色膠卷的普及，自動功能很強的袖珍相機迅速風靡全球。這類相機可以自動選擇光圈、速度，可以自動聚焦，自動閃光，自動上膠卷，膠卷用完自動卷回，人們稱其為傻瓜相機。雖然傻瓜相機的成像質(zhì)量無法與專業(yè)相機相提并論，但由于其使用簡單，便于攜帶，價格低廉，還是得到了市場十分廣泛的青睞。在傻瓜相機沒有誕生之前，拍照時，最低限度也得根據(jù)光照情況選擇適當?shù)墓馊?、速度，再根?jù)拍攝目標估算調(diào)好距離，才能拍出基本清晰的照片；而用傻瓜相機，則只需鏡頭對著拍攝目標，按快門就行。傻瓜相機的流行，不僅使柯達、富士等膠卷行業(yè)大鱷獲利匪淺，彩色照片沖印行業(yè)也一時繁榮異常。

三、單反相機變革

單鏡頭反光照相機簡稱單反，于1935年研發(fā)成功，采用135膠卷。135中的1指的是使用一次性膠卷暗盒，35指的是35毫米規(guī)格。單反的鏡頭既是取景鏡頭，也是攝影鏡頭。取景時，機身里的呈45度角的反光鏡將準備拍攝的景象向上反射，再經(jīng)過一個五棱鏡經(jīng)兩次反射到目鏡。由于使用同一個鏡頭，攝影師從目鏡中所看到的景物，與拍攝的照片一致，基本消除了視差。攝影師按下快門，反光鏡彈起，同時簾幕式快門啟動，按照預定時間曝光。然后反光鏡落下，鏡頭進入取景狀態(tài)。

單反相機可以方便地隨時更換鏡頭，這對于專業(yè)攝影師是很重要。單反相機鏡頭的有效口徑一般比較大，例如焦距50毫米標準鏡頭，最大光圈F1.4，其有效口徑為35.7毫米。長焦鏡頭有效口徑更大，攝影師常用的焦距70—200的變焦頭，最大光圈F2.8，最大有效口徑達到70毫米以上。經(jīng)常用于拍攝野生動物的600毫米焦距鏡頭，如最大光圈F4，則有效口徑達150毫米。十幾組大直徑的玻璃鏡片，使得長焦鏡頭十分笨重。

除了笨重，長焦鏡頭還會面臨抖動問題。攝影師端照相機，無法避免抖動，畢竟手臂不是三腳架。當曝光時間小于鏡頭焦距的倒數(shù)時，才可以拍出清晰的照片。例如焦距24毫米的廣角鏡頭，可以使用三十分之一的速度，300毫米的長焦鏡頭，就需要三百分之一秒或更短的曝光時間。在光線不夠充足的情況下，很可能需要長一些的曝光時間，才能保證照片質(zhì)量。為了解決抖動問題，專業(yè)相機生產(chǎn)企業(yè)發(fā)明了防抖鏡頭。辦法是在鏡頭中設置專門的防抖補償鏡組，根據(jù)拍照時相機抖動的方向和程度，補償鏡組可以自動調(diào)整位置和角度，使光路保持穩(wěn)定。

照相機的快門有很多種，使用比較多的一種在鏡頭中，與光圈一體。這種快門結(jié)構(gòu)簡單，造價低。由于曝光位置在中心，膠片中心曝光強一些，邊緣弱一些，不夠均勻。單反一般都使用位于焦點位置，即照片底片前的簾幕式快門。這樣，快門和鏡頭分開，便于更換鏡頭。當然單反采用簾幕式快門不僅僅是這樣一個原因，簾幕式快門曝光均勻，而且能夠?qū)崿F(xiàn)極短的曝光時間，甚至達到八千分之一秒。簾幕式快門包括兩個簾幕，按動快門時，第一個簾幕打開，曝光；第二個簾幕合上。打開合上之間的時間，就是曝光時間，即速度。假設第一個簾幕完全打開的同時，第二個簾幕合上用時一百分之一秒，第一個簾幕打開一半第二個簾幕合上，曝光時間為二百分之一秒。這樣算起來，八千分之一秒的速度，就是四十分之一細縫曝光。

四、數(shù)碼相機的作用

照相機最有革命性的演變是數(shù)碼相機的發(fā)明。[3]在數(shù)碼相機發(fā)明之前的一百多年中，盡管照相機的發(fā)展變化極大，但使用鹵化銀作為感光材料卻始終如一，充其量只是從碘化銀到溴化銀的變化。數(shù)碼相機的感光材料采用了半導體材料，包括:電子耦合組件(CCD)，互補金屬氧化物半導體(CMOS)。拍照的全部過程演變成為一個純物理的過程。

1975年，美國的柯達公司發(fā)明了世界上第一臺數(shù)碼相機。這臺相機只有1萬像素，曝光時間需要23秒，顯然是還處于實驗室階段的一項新發(fā)明。1991年，柯達制造出第一臺能夠正常使用的數(shù)碼相機。這臺數(shù)碼相機實際上是用一臺尼康單反相機改制，擁有130萬像素，清晰度差強人意，可以視為數(shù)碼相機的開端。

20世紀90年代，正是彩色膠卷風靡全球的時代?？逻_生產(chǎn)的彩色膠卷占據(jù)全世界色彩份額的三分之二，柯達的決策層意識到數(shù)碼相機的發(fā)展，會沖擊彩色膠卷行業(yè)，但他們沒有料到，他們的發(fā)明在僅僅過了20年之后，就導致了自己企業(yè)的破產(chǎn)。21世紀之初，數(shù)碼相機已經(jīng)有了取代使用膠卷的傳統(tǒng)照相機之趨勢，柯達膠卷銷量每況愈下，到了2012年，柯達公司不得不提出破產(chǎn)保護申請。正所謂：“其興也勃焉，其亡也忽焉。”時至今日，幾乎每一個熱衷于單反的發(fā)燒友，家里可能都存著當年花大價錢買的膠片單反機，如今已經(jīng)成為雞肋。

數(shù)碼相機之所以能夠在短短的十幾年中，基本取代傳統(tǒng)相機，根本原因是數(shù)碼相機技術(shù)的不斷進步，使得數(shù)碼相機拍攝的照片在清晰度、色彩還原、對比度、層次等方面都可以與傳統(tǒng)相機媲美。同時，數(shù)碼相機在即時成像、存儲刪除便利、感光度范圍寬、攝影成本大幅度降低等優(yōu)點，也是數(shù)碼相機迅速取代膠片相機的原因。

數(shù)碼相機興起初期，市場銷售的基本都是卡片機，主要的取代對象是膠片相機中的傻瓜相機。其原因是那時數(shù)碼相機的成像質(zhì)量還不足以取代膠片單反機，還有卡片機與傻瓜相機面對的消費者群體是一致的?？ㄆ瑱C比起傻瓜相機更輕薄小巧，便于攜帶，價格也不貴。還有即時成像，不滿意可以立即刪除，用CF卡或SD卡存儲比膠卷方便，在電腦上看照片比翻影集更隨意等特點。諸多優(yōu)勢使卡片機迅速占領市場，廣闊的市場又刺激技術(shù)研發(fā)，使卡片機的成像質(zhì)量不斷提高，功能也越來越強。

雖然1991年柯達制作的第一臺數(shù)碼相機就是單反機，數(shù)碼單反機取代膠片單反機卻是開始于新世紀。例如2001年上市的佳能1D專業(yè)單反數(shù)碼相機，其有效像素僅有415萬。2003年2月上市的入門級專業(yè)單反佳能EOS10D，有效像素630萬。有效像素最早突破1000萬的是2002年柯達發(fā)表的一款單反數(shù)碼機，可是不大為人所知，可見沒有占領市場。佳能的EOS5D系列得到了大量攝影師和攝影愛好者的追捧，我們不妨對比一下其有效像素的演變。2005年，佳能5D上市，有效像素1280萬；2008年佳能5D2上市，有效像素2110萬；2012年佳能5D3上市，有效像素2230萬；2016年佳能5D4上市，有效像素3040萬。像素是數(shù)碼相機的重要參數(shù)之一，主要影響照片的清晰度。通過有效像素的演變，我們不難看出，近10年，數(shù)碼單反機制造技術(shù)發(fā)生了日新月異的進步。

機身和鏡頭笨重，攜帶不便是單反相機的缺點。為了解決這個問題，索尼于2010年推出微單反相機。微單反是單反和卡片機之間的跨界產(chǎn)品，希望實現(xiàn)單反機一樣的成像卡片機一樣的輕便。以筆者的觀點看來，其成像不如單反機，輕便不如卡片機。消費者的普遍認知應該也是如此，所以微單反并沒有流行開來。

五、手機攝影革命

手機的攝影功能對照相機市場產(chǎn)生了巨大的沖擊。如果說數(shù)碼相機中的卡片機，十幾年前把傻瓜機趕出了市場，那么近幾年，手機又把卡片機趕出了市場。手機攝影功能技術(shù)水平的提升，對單反相機的銷售量也會產(chǎn)生一定的影響。筆者觀察，旅游團中背著單反的游客比例越來越少，每到一個景點，絕大多數(shù)游客都是掏出手機拍照，端著單反相機拍照的游客并不多。

為什么人們對手機拍照情有獨鐘？筆者認為：第一個原因是手機拍照的成像品質(zhì)已經(jīng)為人們所接受，有些新款手機像素高達4000萬，超過許多最新型號專業(yè)單反。當然，手機和單反的成像還是有差異的。如果用二者同時拍一張人物風景照片，在電腦屏幕上放大到一只眼睛眉毛占到滿屏，單反所拍，每一根眉毛，每一根眼睫毛都十分清晰，手機所拍照片則難以做到。而洗印成5寸照片，則二者看不出差異。第二個原因是手機比卡片機更便于攜帶，卡片機雖然可以與手機一樣輕薄，但畢竟需要特意攜帶，而手機本來就須臾不離。一套單反加一個長焦鏡頭，動輒十幾公斤的裝備，若非專業(yè)創(chuàng)作或攝影發(fā)燒友，一般真不會帶。第三個原因，手機拍照一邊拍一邊就可以發(fā)朋友圈或朋友群，可以與朋友及時分享快樂，在朋友的贊揚聲中，得到極大的精神愉悅。

世界上第一部有拍照功能的手機是2000年夏普的產(chǎn)品，但不為人所知，更沒有得到消費者的認可。畢竟這款手機只有10萬像素，清晰度太差，不可能得到消費者的青睞。此后，各手機生產(chǎn)商都在致力于提升手機攝影的像素。直到2010年蘋果公司推出iphone4，才開始了手機攝影的流行。

六、照相機的演變給我們的啟示

通過本文對照相機從誕生到發(fā)展進步歷史進程的回顧，我們可以得到哪些啟示呢

(一)只有在基礎科學、材料研發(fā)的基礎上才能夠?qū)崿F(xiàn)新產(chǎn)品的研發(fā)

近200年前照相機雛形的出現(xiàn)，必須基于光學小孔成像原理，基于鹵化銀感光材料的發(fā)現(xiàn)。鋇冕光學玻璃的發(fā)明，是大口徑長焦或廣角鏡頭的制造的基礎。

(二)具有革命性創(chuàng)新的產(chǎn)品，最初研發(fā)的產(chǎn)品往往極不完善

例如1839年的達蓋爾照相機；1991年的柯達數(shù)碼相機；2000年的夏普拍照手機。雖然這些產(chǎn)品不完善，但是具有了不起的創(chuàng)新精神，為行業(yè)的發(fā)展指出了方向。而且最初的發(fā)明者往往不是最后的獲利者，正所謂長江后浪推前浪，前浪死在沙灘上。

(三)在激烈的行業(yè)競爭紅海血拼中，企業(yè)不一定死于競爭對手

在彩色膠卷行業(yè)，柯達和富士擊敗同行，二者繼續(xù)競爭，在中國，樂凱也加入了競爭，柯達具有毫無疑問的競爭優(yōu)勢。照相機制造行業(yè)與膠卷行業(yè)是相互促進、相輔相成、榮辱與共的關(guān)系。當照相機制造企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)向制造數(shù)碼相機時，整個膠卷行業(yè)遇到前所未有的困境，連行業(yè)老大柯達都倒閉了?？ㄆ瑱C興起，大批照相機企業(yè)看到了人人手持卡片機帶來的巨大商機，紛紛加入市場競爭，當人們都拿起手機拍照時，卡片機經(jīng)過短暫的輝煌，最后都被手機制造企業(yè)打垮了。

(四)新產(chǎn)品研發(fā)使產(chǎn)品精益求精是市場開發(fā)的基礎

市場開發(fā)反作用或者說反哺于新產(chǎn)品研發(fā)，才能促進新產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代。單反相機是一種科技含量極高的產(chǎn)品，世界上有能力參加單反相機研發(fā)和市場競爭的國家屈指可數(shù)。近三四十年，是單反相機發(fā)展的黃金時期，日本佳能和尼康不斷推出的新產(chǎn)品，拓展了市場銷售；旺盛的市場需求刺激了新產(chǎn)品的研發(fā)。近幾年因手機的攝影功能日益提高，單反相機市場容量下降，相信今后單反的更新?lián)Q代周期必將放緩。