数字红外线摄影

郭根生

在摄影艺术中，摄影家用光做画。正是在光的描绘下，我们的世界展现出旋律音韵之美，使我们感受到生命的波动与共振。

光，摄影家手中的画笔，在给大地带来盎然生机的同时，也让人类通过摄影留下无数精彩绝伦的画面。红外线摄影作为众多摄影艺术门类中最神秘、最具穿透力的一种形式，随着数码影像技术的日趋成熟，正在逐渐揭开神秘的面纱，走进寻常百姓的文化生活。

可见“光”与不可见“红外线”

普通的黑白、彩色摄影，我们记录的是可见光，或者说可见光照射下的七彩世界，赤橙黄绿青蓝紫。它们的波长范围一般是380nm到780nm，称为可见光谱(国内外对具体的波长范围有细微差别)。在物理学中：纳米(namometer缩写nm)的国际标称单位是亳微米(millimieron meter缩写μm)。1毫微米＝1纳米=10^-9米，即十亿分之一米)。在可见光谱范围内，不同波长的辐射使人感觉到不同颜色，一般来说，700nm为红色，580nm为黄色，510nm为绿色，470nm为蓝色，400nm为紫色。1800年英国物理学家赫胥尔从热的观点来研究各单色光时发现了红外线，并且把光谱中看得见的那部分波称为“光”(可见光)，而人眼看不到的波则称为“线”。红外线就表示从赤开始的不可见光线，即波长是760nm以上的光线，一般的红外线拍摄范围在780nm—1350nm左右(图1)。

很多人对于红外线摄影照片表现出来的色调和影像的质感感到惊异，其实这并不奇怪。因为红外线与可见光相比的一个重要特点就是色彩更加丰富多样。另外红外线还具有良好的穿透性，如穿透烟雾、水气等。因此在航空摄影、军事摄影和其他题材摄影中有着不可替代的地位，例如航空摄影可以利用红外线发现健康、不健康的树木，森林，地脉甚至矿藏；医学上可以用于人体组织的穿透；科研及工程摄影可以用于鉴别印色，穿透织物；普通红外线摄影可以利用发散性产生虚幻的图画效果等等。

红外线摄影原理

红外线摄影的基本原理与普通摄影一样，都是利用光线在物体上的折射与反射经过镜头成像，区别在于可见光与红外线的不同罢了。这些折射与反射光，当然也包含红外线，进入我们的眼睛或者照相机时，其实我们已经接受到了红外线，但我们的视神经或者普通胶卷没有感应到。

按照物理学黑体定律，自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对零度(－273．15℃)，就存在分子和原子的无规则运动，其表面就会不断地辐射红外线。也就是说，任何有温度的物体，除了可以发出波长在380—780nm的可见光外，还可以发射不为人眼所见的波长为780～1350nm范围的红外线。因此，红外线的最大特点就是普遍存在于自然界中的所有物体(景物)。或者说，发光、不发光的任何“热”物体都能辐射红外线，因此红外线又称为热辐射。红外线摄影通过记录物体表面所辐射的不为人眼所见的红外线，反映出物体表面的红外辐射场(即温度场)，帮助我们探索肉眼观察不到的景物，从另一种角度来观察我们所熟悉的环境(图2)。

红外线摄影并不是一个新名词，早在若干年前美国著名的摄影大师，安塞尔·亚当斯的论著中就提到过红外线摄影。在20世纪30年代，红外线摄影最初是被用于生态摄影、航空测量以及医学方面。随后红外线胶卷被一些摄影师用来尝试艺术创作，从而开创了摄影领域的另一分支——红外线摄影。与传统摄影相比，红外线摄影具有许多鲜明而独特的特点，如红外线具有很强的穿透性，在雾气弥漫的山林中，红外线摄影能比普通摄影更清晰地拍到远处的景物。更特别的是，红外线影像与人眼所见的寻常景象大为不同，效果繁多而且变幻莫测。在典型的黑白红外线照片中，蓝天和湖水成了黑色，花草树木和人的肌肤颜色很浅，看上去象是在发出奇异的白色荧光。正是由于红外线摄影具有超现实的拍摄效果，一直以来都吸引着众多摄影师使用它末进行创作。而今，红外线摄影仍然广泛用在公安、消防、安防和航拍上，近年来，随着数码照相机的发展与普及，红外线摄影已经逐步成为一种普通摄影手段。

红外线数码照相机

在传统摄影中，黑白、彩色感光材料可以满足绝大多数普通摄影的要求。传统的红外线摄影是在镜头前加置滤色镜滤去日光中的可见光和紫外线，或使用红外线光源照射被摄物体，使感光胶片只对红外线及少量红光曝光，然后再经显影加工而得到影像。红外线摄影用的感光胶片通过增加胶片乳剂的波长敏感度来增加它对于红外线的感光度，使其提高到1200nm的光谱区域完成的。但是在波长大于1200nm时，虽然可以实现材料增感，但是其辐射可以被水吸收，已经失去了实际使用意义，这使得记录波长更长的红外线在传统胶片领域成为一件困难的事情。

红外线数码照相机之所以能在黑暗中看到、拍摄景物，是因为它能接受红外线，并经过一种特殊的半导体材料——电荷耦合器CCD(ChagreCouled Device)处理，转化成我们肉眼能看到的影像。CCD自身具备了400～1200nm的感光能力，涵盖了可见光与红外线的基本波长光谱。只是在一般状况下由于可见光的强度远大于红外线的强度，因而数码相机拍摄时看不出红外线效应。另外，一般的数码相机在CCD上集成了一块阻止红外线通过的滤镜(Infrared Cut Filter简称为ICF)，以便在拍摄普通照片时滤除红外线的干扰。尽管物体反射的可见光的强度的确远远大于红外线，但如果没有这块ICF，被CCD捕获的红外线信号仍会得到处理，在最终生成的照片上变成杂讯，留下许多色彩不明确的噪点，影响成像质量。不过，为改善成像质量而集成在CCD上的这块ICF对红外线的滤除没必要很彻底。

有的人错误的认为用一般家用电器的红外线遥控器对着数码照相机的镜头，按下遥控器按键的同时从相机的LCD或EVF(电子取景器)中观察是否能看到明亮光点的方法就可以判断数码相机是否具备红外线摄影的能力。但因为在这种情况下看到的“明亮光点”是ICF的不彻底性，让CCD捕获到残余的红外线信号。如果使用这种数码照相机拍摄红外线照片，即使在镜头前加上滤光镜，图像细节损失之多也是可想而知的。

只有红外线消除滤镜的好坏和数码相机所采用CCD／CMOS感光器件对红外线的灵敏程度才决定了数码照相机是否具备红外线摄影的能力。真正能够进行红外线拍摄的数码照相机在红外线拍摄模式下，照相机会把位于CCD前端的ICF移到一边，让红外线畅通无阻地直达CCD。索尼(SONY)和松下(Panasonic)带夜视功能的数码摄像

机以及索尼的DSC—F707、DSC—F717、DSC-F828数码照相机使用的是自动装置(图3)。柯达(Kodak)DCS系列数码相机则采用手工摘除的设计，让ICF变成一个附件，用户可以自主决定什么时候装上、什么时候不用它。

不久的将来也许会有越来越多的数码相机采用类似的设计以便于红外线影像的拍摄。用数码相机拍摄红外线照片，由于红外线光谱感应范围较广，因此无论是传统红外线摄影还是数码红外线摄影都需要一个阻挡可见光及紫外线辐射，同时又可以透过红外线的特殊滤光镜，即红外线滤镜(Infrared Filter)，并且根据经验和感光材料的光敏范围来确定和选择红外线滤光镜的滤光系数。红外线滤光镜在这个过程中起到的作用类似于带通滤波器，让红外线顺利通过，而将其它波长的光线阻断。它与阻止红外线通过的滤镜(ICF)的作用正好相反。如果是拍红外线风光片，那么常见的红外线滤镜都是可以用的，当然滤镜的口径要与数码相机镜头的口径相符，如Hoya R72、RM90；B+W 092、093；Kava PF2、PF4；Kodak Wratten 87、87C等，这些滤镜的不同之处主要在于对可见光截取的深度，以及由生产工艺决定的通光性能。

CCD感光器件天生对红外线的感应能力、即拍即得的成像方式、无需冲洗省却额外费用等优势都使得数码相机在红外线摄影领域大有取代传统相机之势。但是由于CCD的成像质量，至少在输出大幅红外线图片方面，数码相机对细节和层次的表现能力与传统相机仍有差距，其主要原因是大部分数码相机对红外线感应能力作了处理。

在我们对红外线摄影的原理、器材有了全面、深刻的了解，就能帮助我们拍摄出更加美妙的影像，领略红外线摄影的无穷魅力。

红外线摄影的拍摄技术

用数码照相机拍摄红外线照片，一般在两种情况下进行：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摄，首先要关闭红外线阻止滤镜(ICF)，进入红外线摄影模式(如索尼DSC-F717数码照相机的“NIGHTSHOT”)这样就可以在漆黑的夜晚无须使用闪光灯进行拍摄。在拍摄时还可以使用索尼DSC-F828、717数码照相机的激光自动对焦功能。将夜拍模式选择在“NIGHTFRAMlNG”，照相机会发出激光对物体自动对焦，并且照相机根据激光检测到的轮廓，来提高物体暗部在低对比度的情况时的对焦精度。DSC-F828的自动对焦辅助光的到达距离比一般的LED型自动对焦辅助光更长，能更有效地对较远处的物体进行对焦。在漆黑的夜晚拍摄人像时，人的眼睛成为较明亮的发光体，显示出很大、很亮的圆球(图4)，就象我们在夜间看到的动物的眼睛一样，所以红外线摄影不适宜拍摄人像，只能拍摄一些人们工作、学习并且眼睛没有注视镜头的远景照片。

在白天拍摄红外线照片不要使用夜景取景功能和夜景拍摄功能，如果使用不当，易引起照相机故障。一般是通过在镜头前加装红外线滤镜，让红外线顺利通过镜头，而将其它波长的可见光阻断，这样在CCD上便只看到红外线下的景物图像(图5)。

以上两种情况下，在使用红外线拍摄功能时，拍摄的图像都无法表现出我们习惯了的色彩。

加了红外线滤镜之后，相机的自动测光系统就基本失去了效用，因为所有的数码相机测光系统都是针对普通可见光摄影而设计，不能对红外线测出正确的曝光值。索尼DSC-F707的Nightshot功能，只能在全自动模式下使用，此时用户不能调节快门、光圈。另外，由于数码相机上红外线滤镜的作用，导致到达CCD感光元件上的红外线强度比较低，因此进行红外线摄影时，需要长时间曝光，建议使用IS0100的低感光度模式，光圈F4～8，曝光时间不高于4s，这样的画面不至于颗粒很粗，另外由于曝光时间较长，会使得画面中的运动物体变得模糊不清，或形成旗云状效果，增加了一些诡异的感觉。

红外线摄影当中，最大的困难在于构图和聚焦。在使用红外线滤镜配合普通镜头进行红外线摄影时，镜头通常不对红外线区进行校正。大多数数码相机的自动对焦系统在用于红外线摄影时会出现偏差，无法拍出清晰的照片。这是因为红外线的波长要比可见光长，其焦距不可能与可见光一致，经过镜头折射后，焦点落在了CCD的后方。因此必须稍稍增大相机镜头的伸长量，这是因为普通镜头设计的焦距是针对可见光的，因而在拍摄红外线时相应的焦距设定应大于拍摄可见光时的焦距，即使是在使用单消色差或复消色差镜头的时候，这一点也适用。因此须要专门对镜头进行红外线区校正，一些传统相机镜头为了达到对红外线准确对焦的目的，专门设计了一个红外线聚焦指数，在镜头的调焦环旁边用红点、红线或红色日字标识的红外线刻度标记，这是拍摄红外线照片时的调焦修正点。而对于其它相机，必须通过多次实验以确定镜头所须增加的伸长量，通常是以0．3～0．4％焦距的数量级进行手工校正。此外，为保证聚焦清晰，可以使用较小的光圈以增加景深。

红外线摄影的注意问题

1．数码红外线摄影很容易曝光不足，根据拍摄环境的实际光照情况，可以适当增加曝光补偿。但不要轻易使用ISO 200以上的感光值，更不能让相机自动调节，否则成像会显得很粗糙而失去实用价值。正确曝光在红外线摄影中不是件容易的事，要根据所用数码照相机的不同，通过拍摄实践取得正确曝光的数据。一般而言，阳光明媚的环境下，红外线辐射较强，比较容易得到较好的红外线效果。暖色调、有生命的物体反射红外线强；冷色调、无生命的物体反射红外线能力弱。在红外线较弱的环境里，比如多云、多雾的环境下，拍出的红外线片效果近似于普通黑白照片，只是比黑白照片更清晰。

2．尽量用镜头的广角端拍摄。除了广角镜头的夸张作用以外，使用镜头的广角端可以让你距拍摄景物更近一些。因为红外线摄影的实质就是拍摄物体反射的红外线，由于大气中含有大量的水分，吸收红外线，使传递到镜头的红外线随着距离的增加而衰减。距离被拍摄的物体越近，物体反射的红外线越容易被照相机捕获，记录的细节和层次越丰富。而且广角镜头加小光圈的组合可以获得更大的景深，便于我们拍摄到更清晰的照片。

3．阳光下的树木、植物，天空和水面都是较好的红外线拍摄题材。这样拍摄的天空和水是暗色调的，云彩和绿色植物的叶子等是亮色调的，自然形成风格独特的画面。从传统摄影角度来说，这些景色也许没有独特之处，但在红外线照片上，它们各自呈现出一种异乎寻常的梦幻般的景象。尽管阴天不是拍摄红外线照片的好时机，但此时用较高ISO值拍出的山石、土砾会有一种异样的荒凉。雨天拍摄红外线照片是比较困难的，一方面要保护好你的数码照相机，还要选择拍摄题材、构图、聚焦、测光，而实际拍摄效果与晴天相差不是很大(图6)。

4．无论用什么数码相机进行红外线摄影，三脚架是必需的。它不仅可以帮助你稳固照相机，还可以审慎构图，取得最佳拍摄角度和效果。