彩色照片———光影里的科学聚会

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  随着互联网的兴起,电子读图时代到来了。人们在网上看到好看的图片时,通过博客、微博、微信或各种移动终端即可分享。冲印彩色照片慢慢淡出了人们的视线,如今看起来倒像是收藏品。那种在惴惴不安的情绪下,经过漫长的等待之后拿到自己冲印好的照片的行为已不再普遍,反而成为一群“文艺范儿”十足的青年彰显文艺气质的一种特殊方式。
  然而,彩色照片一路走来,从最初的黑白到有彩,从模糊到清晰,从失真到所见即所得,从胶片到数码,这个过程不仅记录着人类摄影发展的历史,也蕴含着一个个科学上的重大发现。许多科学家、发明家为了彩色照片的普及而不断努力探索,在这场光影的历史聚会中,他们的身影随处可见。
  实验室里的色彩
  当你拿着手中的彩色照片时,想想这明亮鲜艳的色彩是多么来之不易吧。
  最初的照片是没有色彩的,就像电影也是从黑白过渡而来一样。第一张黑白照片的发明者是法国人瑟夫·尼埃普斯(1822年)。他采用的曝光材料是沥青,但由于这种方法需要的曝光时间长达8小时,而且照片的画面模糊,根本无法普及。直到他的合伙人路易·雅克·曼德·达盖尔发明了银版照相法(1839年),把曝光时间缩短到15分钟,黑白摄影的时代才真正开始。
  但人们并不满足于千篇一律的灰暗色调,总想加点色彩让照片生动起来。于是,这种需求鼓舞了一批化学家和物理学家去探究色彩的奥秘。
  早在古希腊时期,哲学家亚里士多德就发现,光与颜色密不可分,没有光的照射,人眼就看不到物体的色彩。1666年,英国科学家牛顿进一步发现了“光的色散”现象,他认为,任何物体的颜色,都不是自己产生的,而是反射了各种不同颜色的光。他用三棱镜将日光折射,分解出红、橙、黄、绿、蓝、靛蓝、紫七色的光谱。到了19世纪,英国物理学家托马斯·杨研究得出人眼能感觉到的三种基本的色彩:红、绿、紫,更认为是这三种色彩的混合能让我们看到许多不同的颜色。
  理解了色彩的奥秘,如何让它们留在照片上,这就需要发明新的感光材料。1860年,英国物理学家麦克斯韦(Maxwell)开始研究彩色底片,他率先采用三原色之红、绿、蓝分别摄影,再用重迭放影的方式,呈现彩色影像。这就是著名的“加色法”(Additive Process):以不同比例将红、绿、蓝光叠加,可以产生出自然界的其它所有颜色(即RGB色彩模式)。“加色法”也是今天彩色电视机、打印机等很多呈色技术的理论基础。
  1861年,麦克斯韦在一次皇家学会的演讲上,用红、绿、蓝三种滤光片分别遮住三台投影机,将光投影在黑白格子的丝带上,结果一条色彩缤纷的丝带呈现在人们眼前。
  从此,摄影开始从黑白过渡到彩色。也就是人们所谓“彩色摄影时代”的崛起。
  卢米埃兄弟的创举
  早期照片的显色都很拙劣,用作光敏乳剂的卤化银只对蓝光敏感,对其它颜色并无太大反应。1873年,德国化学家赫曼·威姆·沃格(H. W. Vogel)发现,添加特定染料能够提高卤化银对红蓝光的敏感度。这一研究轰动了摄影界。到1881年,能感应红、橙、黄、绿、蓝、紫等多种色光的底片已经被研制出来。
  19世纪末,彩色胶片技术虽然已有了初步发展,但这项技术还仅仅停留在实验室里,并未大范围普及。而与此同时,摄影的进步催生了全新的艺术形式——电影。
  1888年,美国人爱迪生(Thomas Edison)制造了第一部电影摄影机。他在长达50尺的胶卷上,拍摄了600幅连续的画面,投影在一个大箱内,只有一个看孔供一人观看一分钟。1895年2月28日,法国发明家卢米埃兄弟公布了比爱迪生更先进的电影放映机,能将影像放映在一块大幕上,供多人一齐观赏,这一天也因此被定为“世界电影日”。
  卢米埃兄弟是欧洲著名的摄影器材制造商,兄弟俩未到二十岁,就创办了一家制造摄影器材的工厂,他们拍摄的第一部影片《工厂大门》,就是在自家工厂取景拍摄的。因而,发明、制造摄影器材,也是兄弟俩的特长所在。
  1904年,他们根据麦克斯韦“加色法”原理制造出了真正意义上的彩色底片(在感光版上涂上红绿紫淀粉微粒,附上红、绿、蓝乳剂薄层,通过滤光作用,显影后为负片,再曝光冲出正片)。虽然这种底片制作时间需2天,但可以由工厂大批量生产,这是公认的彩色摄影的一次重要革命,彩色照片自此开始走进大众的生活。
  为了普通人的发明
  虽然卢米埃兄弟的彩色胶片已经发明并且上市,但摄影者使用时,需在镜头前加装不同颜色的滤光镜,冲洗时需要进行复杂的曝光,而且色彩并不自然。不过这种胶片最大的问题还是其昂贵的价格。
  1919年,立陶宛人柯杜斯基(L. J. Godowsky)和美国人曼纳斯(D. Mannes)两位酷爱摄影的音乐家,开始决心自主研制出更便宜、更易用的彩色胶片。他们一起以音乐表演挣钱,作为维持研究的资金。
  卢米埃兄弟的彩色胶片来源于麦克斯韦的“加色法”理论,即将光谱中等量的三原色光组合便是白色光,按不同比例将三色光混合,就可以得到光谱中其他各种颜色。例如红光与绿光并掺会成黄光,红光与蓝光并掺会成洋红光,蓝光与绿光并掺会成青蓝光。
  而与此相对的,法国科学家路易斯·杜哈伦(Louis du Hauron)在1869年就提出了一个不同的“减色法”理论。其灵感来源于绘画中的三色调和法,这三种颜料分别是青蓝、洋红和黄(CMY混色模式)。白色光经过青蓝与洋红迭合的滤镜,会减为蓝色;经过洋红与黄迭合,会减为红色;经过黄与青蓝迭合,会减为绿色。如此,许多颜色都可以得到呈现。
  柯杜斯基与曼纳斯一开始试图研制“加色法”原理的彩色胶片,但显色效果不理想,和卢米埃兄弟的胶片无区别。1930年,两人受聘在柯达公司研究室工作,便利的科研条件让他们尝试使用多层次法,即同时运用“减色法”进行实验,并取得了成功。   1935年4月15日,柯达公司发布了柯、曼两人的最新研究成果,即历史上著名的“柯达彩色胶卷”,它包含三层红绿蓝感光层和两层减色滤光层,可以冲洗出类似现今的彩色相片,而且不再需要之前复杂的冲晒过程(在1935年,拍摄好的胶卷需要寄回柯达公司总部冲印。同年,德国爱克发公司研发出显色快速程序法,冲印彩色照片半小时就能完成,摄影者从此可以方便地自行冲洗彩色照片)。更重要的是,它不再像以前那么昂贵,因而受到大众的欢迎。当时的柯达胶卷以颜色自然、有真实感闻名于世,不论在印刷、医疗、商业领域,还是在人们日常摄影中,都得到广泛应用。
  如果说卢米埃兄弟让彩色摄影出现在人们的生活中,那么,柯杜斯基与曼纳斯两位音乐家则带领大家走进了彩色摄影的时代。据统计,1985年全年,世界一共拍摄四百亿张彩色照片。同时期,虽然世界上其他胶片制造公司也有各自的研发产品,但仍以柯达彩色胶片及其冲洗照片的方式较为普及。
  昙花一现的“干涉法”
  彩色照片发展到今天,虽然拥有各种美丽、鲜艳的颜色,但这些颜色的获得都离不开染色剂的功劳。换句话说,摄影与颜料密不可分。然而,如果你知道在摄影发明史上,还有一种不依赖染色剂、直接利用自然光的颜色成像的技术,你一定会大吃一惊。
  没错,那就是著名的法国物理学家李普曼于1886年发明的“干涉法”照相技术(又称:彩色玻璃照相法)。其操作方法很简单。首先在玻璃板上涂上一层光敏物质,涂层尽量光滑、均匀,然后把它放在装有水银的容器内,让水银与光敏层相接触。经过一定时间,在光敏层上就形成银镜面,这样就制成了照相底片。曝光后,按照普通方法把感光板进行处理,感光板干了以后,颜色就出现了。
  这种方法的原理是感光层中发生了光的“干涉现象”。在曝光期间,入射光与被反射面反射的光线发生干涉,从而在半个波长处形成了干涉条纹。这些条纹随曝光记录在胶片中,留下了投射光线特征。以后用白光照射观察底片时,由于选择反射的原因,底片上的每一点只把那些已记录的颜色反射到人们眼中,因此就能看到影像呈现的本色。而照片本身是由没有彩色的物质构成的。
  1891年,李普曼正式公布了自己的这一发明。1908年,他因此被瑞典皇家科学院授予诺贝尔物理学奖。
  “干涉法”在当时已经得到了部分应用,例如李普曼在斯德哥尔摩的演讲中展示的一组风景照片:枫丹白露、昂西、比阿里茨、威尼斯等。其中大部分是他本人在旅途中拍摄,在旅馆房间的壁炉台上冲洗的。李普曼解释说:“这说明这种照相方法很容易实现。”但他同时承认,这些照片曝光需要一分钟。每张照片从显影、定影到晾干共需十五分钟,时间有些漫长,“今后曝光时间可能会缩短。”
  虽然“干涉法”最终因不实用,而被麦克斯韦的“加色法”所取代,成为“昙花一现”的一个发明,但“用自然光形成彩色影像”这种天才的构思与实践,依然会让人们感叹光学物理的奇妙,并对这位谦逊的发明者肃然起敬。
  加布里埃尔·李普曼于1845年出生在卢森堡的一个书香之家,父母都是踏实、谨慎、有教养且崇尚知识的人。这对于李普曼构成了一种潜移默化的影响,指引他最终走上了物理学研究的道路。他在1882年被聘为巴黎大学数理教授,1912年被选为法国科学院院长。
  李普曼在物理学上造诣很深,研究范围也很广,特别是电学、热学和光学成绩卓著,是当时欧洲科学界公认的权威。他还曾毫不保留地把自己发明的“毛细管静电计”献给了法国物理学会。当时如果凭这项发明申请专利,他立即可以成为百万富翁。然而他不贪富贵,把科学成果视为全人类所共有。
  “人的生命是短暂的,而事业的进展则十分缓慢。”李普曼的这句名言也道出了科学发明道路的崎岖不易。
  即刻显影的诱惑
  即使在今天,普通的彩色摄影,获得彩色照片的过程依然十分漫长。从照相机装彩色底片,经拍摄者选取景物拍照,随后送到快速冲洗店,冲印出照片,少说也得半天时间。因此有人会想,若能一摄影就即刻得到照片该多好。
  这一想法在彩色摄影的早期就实现了。你一定听说过“拍立得”这种相机,它能够在拍摄后,一分钟内马上得到一张不用送去冲洗的相片。1947年,美国宝丽来公司(Polaroid Corporation)推出世界上第一架名为“拍立得”的照相机(Polaroid Land),从此颠覆了摄影的概念。
  1963年,宝丽来进一步研制成功即拍即得的彩色胶卷相机,由于显像迅速、操作便捷,很快就在商业、军事、医疗等领域被广泛应用。
  “拍立得”相机被誉为是摄影史上的大革命,其发明者——美国发明家、物理学家兰德(Edwin Herbert Land),同时也是宝丽来公司的创始人。他在光学和颜色物理学的成就让世人瞩目。1926年,年仅19岁的他,就发明了极光芯片,可在太阳眼镜、摄影镜片、车辆头灯和挡风玻璃上应用,以消除强光的反射干扰作用。
  1937年,他创立宝丽来公司,制造太阳镜片、透镜等光学设备。1941年,他根据偏振光原理,发明了立体摄影法。当时正逢第二次世界大战,他还应用此原理,发明了夜间使用的红外线滤镜,测距仪和大炮瞄准器。
  兰德对光和色彩进行深入研究,建立了新的色彩理论。他修正了以前色彩理论的偏误。他认为,人眼可以感觉到的不只有红、绿、蓝三种基本颜色,许多颜色可以被视觉神经感觉到。现今,科学家已证明有四百多种颜色存在,而我们都可感觉到它们。
  在数字摄影技术蓬勃发展的今天,彩色照片也许失去了那种胶片冲洗的质感,也许少了一些年代感和趣味性,但你依然可以用现有的技术去获得你想要的照片效果,比如使用各种LOMO滤镜。喜欢“文艺范儿”的你还可以去尝试自己冲洗照片,或者用彩色照片制作明信卡片等。在未来的全息摄影时代,不知道还处在2D时代的彩色照片会发展成什么样,或许那时它会彻底消失。然而如果把它当作一门色彩的科学与艺术,那么它就会成为永不褪色的经典。
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