影像科技发展四个阶段的探究

1 影像科技兴起阶段

从16 至18 世纪，欧洲人文主义与启蒙运动兴起，神学没落，哲学兴盛，法学显扬，自然科学勃兴。这一时期科学成果不断涌现，1869 俄国科学家门捷列夫推出了元素周期律，为人们探索新物质、新材料提供了规律；1666 年，英国科学家牛顿用三棱镜将白光束发散成光谱的研究，推出了颜色理论。1670 年他又发明了反射望远镜；在力学上，1679年提出牛顿运动定律。如果我们查阅科学百科全书的索引，就会发现他的研究成果比任何一位科学家都多二到三倍。因此，以牛顿力学为基础的自然科学体系，标志着近代自然科学形成。

19 世纪是“科学的世纪”，化学、电磁学、光学等学科都取得了重大的突破。1817 年瑞典化学家贝尔采利乌斯将一种胶泥加热，经过提取发现新元素“硒”；1820 年丹麦科学家奥斯特发现电流磁效应，电生磁；1831 年英国科学家法拉第发现电磁感应，磁生电；1839 年法国人达盖尔发明照相术，他的卤化银方法是电影胶片片基的基础；1873 年英国科学家约瑟夫-梅证实硒具有光电效应，这在理论上证明了电子信号可用于传播；1884 年，德国工程师尼普科夫研制了“尼普科夫圆盘”，这种圆盘扫描法被认为是解决电视机械扫描问题的经典方法；1887年，法国科学家马莱提出了用一条可以连续感光的软片代替玻璃底板，就可以连续拍摄。至此，美国、法国、德国等七八个国家都在研究这项技术。仅仅过了一年，1888 年，美国科学家爱迪生就把马莱的设想变成了现实，制作出了一台能在一条软片上连续拍摄600 多张画面，拍摄持续时间约一分钟活动的景物，能够记录影像的摄影机。

这一阶段理论到实践的提升，科技和生产的结合，极大推动了生产力的发展，也打下了影视艺术硬件发展和软件发展的基础。我们今天把电影的诞生日定为1895 年12 月28 日，并不是因为法国人卢米埃尔兄弟利用摄影机拍摄的影像，和具有光学特性的放映机结合在了一起，而是这些影片的播出，产生了一门人们从未接触过新的艺术。

1895 年12 月28 日，卢米埃尔兄弟在巴黎一个咖啡馆，公映了世界上最早的影片《火车到站》。影片一播出，现场一片混乱，那些受邀而来的社会名流，竟然不顾体面，夺门而逃，他们的夫人、小姐在惊恐之中有的惊叫着，有的昏死过去。怎么会发生这种情况？因为在100 多年前人们见过空间艺术的作品，比如像照片、绘画、雕塑等等；感受过时间艺术。比如，听歌曲、欣赏音乐，但对空间艺术和时间艺术结合起来的作品，在静止的屏幕上能开过来火车，却是一无所知的。卢米埃尔兄弟开了时空艺术的先河，竖起了时空艺术的一个里程碑。就“时”“空”两个维度来讲，影视艺术缺一不可，也就是从那时起任何一部影视作品的语言都是利用这两个维度了表现的。

2 影像科技电子模拟阶段

2.1 二战之前电视技术发展

20 世纪是科技领域相互渗透综合发展的时代，也是电视事业发展的初创期。1923 年，俄国人佐里金发明光电摄像管，它能用电子束扫描合成电视图像，取代了笨重的机械扫描圆盘；1926 年英国科学家贝尔德在伦敦公开示范电视画面的整合及播送，被称为“电视之父”。仅仅过了一年，美国科学家法恩斯沃斯研制出全电动电视系统，应该说，到20世纪三四十年代电视进入到成型时代，电视成为一种大众传播媒介。1930 年英国广播公司与贝尔德合作试验成功完成了有声的电视图像；1930 年、1932年、1934 年美国、法国、德国分别建立了实验电视台；1936 年11 月2 日英国广播公司在伦敦开始每周播定期播出13 小时电视节目，这一天被公认为世界电视的诞生日。实际上在同年8 月，希特勒为了向世界展示日耳曼民族的人种优良，就通过德国实验电视台转播在柏林举行的第11 届奥林匹克运动会实况，引起很大轰动。但由于诸多方面的原因，公众不予承认。

1938 年法国开始定期播出电视节目，扫描线为455 行。1939 年美国、苏联都开始电视实验播出；随着二战爆发，除美国无线电公司1940 年首先研制成功彩色电视，接着成立了第一家商业电视台，每天用525 行扫描标准播出2～3 小时的黑白节目。其他国家都处于停滞状态。

2.2 二战之后电视技术发展

第二次世界大战即将结束，1945 年5 月7 日苏联首先开办国家电视台。法国、英国、美国紧随其后。由于战争对美国电视业影响不大，它第一次采用了全电子扫描电视播出，其电视图像更加清晰、稳定，同时制定“点描法彩色电视技术标准”通称NTSC 制。1949 年，美国电缆电视开始运行。

电视的制式分为NTSC 制、PAL 制和SECAM 制三种。制式是电视的标准，它包含了演播室、开闭路播出、卫星传输，饱含了行频、场频、伴音载频和彩色副载波等所有内容。不同的电视制式互不兼容，不同的电视制式决定了电视的信息量和图像质量。目前，西欧、北欧和亚洲的大部分国家，包括中国采用PAL 制；前苏联、法国、非洲与东欧国家及少数亚洲国家采用SECAM 制，北美和绝大部分拉美国家及少数亚洲国家采用NTSC 制。概括地说，NTSC制携带信息量最大，图像质量最好；PAL 制携带信息量、图像质量其次；SECAM 制携带信息量、图像质量最差。由于制式不同价格也有很大区别，它包括老百姓电视机的价格和以后的技术升级成本，所以制式的选定是各个国家根据自身实力来决定的。

20 世纪五六十年代是电视蓬勃发展的时期。美国1953 年通过美国全国广播公司开始播送彩色电视节目，但这一时期电视节目采用的是即拍即播。

半导体的应用，加快了电视设备小型化的推进。1956 年美国工程师查尔斯-金斯博格和米尔顿，研制成功世界上第一台磁带录像机，从而结束了“现场直播”的历史，为电视节目的改进和提高，以及保留和重播提供了可能。

我国电视事业发展的比较晚，1958 年天津无线电厂才研制了第一台黑白电视接收机。但是我们起点并不低，1958 年5 月1 日，我国成立第一座电视台——北京电视台，同年10 月1 日就播出了彩色电视节目。虽然当时全国只有50 多台黑白电视机。到1971 年，全国已建有电视台32 座。

电视传送技术最早是通过地面无线电波传送，天线越高，传播距离越远。之后发展了有线传送，又称为闭路电视，是用共用天线接收无线信号，再通过电缆传输将电视节目传送给不同的终端，是美国1949 年开始的，这种区域性电视传播方式，不受外界干扰，传输的内容量大。

1962 年美国发射世界上第一颗通信卫星，虽然寿命不长，但它标志着电视进入卫星传送时代。卫星传送在传送数量、质量、速度、范围上都堪称人类传播史上的一次革命。随之带来了“卫星新闻采集”方式，也叫SNG 采集制作方式。它把新闻现场采集到的视频及音频信号直接发射到同步通信卫星，再传送到新闻机构总部直接转播，或经过编辑后播出。这种采编播同步合一的工作方式，把信息的整合和扩散提到了一个新高度。

电视设备的小型化，电视节目制作方式也得到了很大提高，70 年代初期不外乎3 种方式：1）单机现场摄录同步方式，也就是专业上所称的ENG 采集方式；2）多机现场拍摄和现场编辑制作节目生产方式。即，EFP 采集制作方式；3）演播厅制作方式，一般是在具有完备的音响系统、灯光系统、摄录系统、对讲系统的制作方式，也叫ESP 采集制作方式。当时电视摄像机按性能和用途可分广播级、专业级和家用级三类。衡量设备档次的主要参数是画面的清晰度、信噪比和灵敏度。家用机一般各种参数较低，体积小、价格便宜；广播级设备各种参数最高，但体积大、价格高；专业机则介于两者之间。由于广播级价格昂贵，当时我国各省台基本用机都是专业级设备。

1975 年12 月，美国又发射了“通讯卫星1 号”同步通讯卫星，这颗卫星可以传送24 路电视电波，美国各地只要装卫星接收天线，就可以收到任何一个频道的节目。1985 年，中国卫星电视开始发展，央视一套率先上星。1988 年3 月7 日，中国的“东方红2 号甲”使用通信广播卫星发射成功，用于传送中央电视台第一、二套节目。到2006 年底我国实现了中央电视台、中国教育电视台以及各省台都有上星节目，卫星转播的彩色电视节目，可以覆盖98%的国家和地区。

20 世纪80 年代以来，我国影像技术发展逐渐与世界强国齐头并进。电脑技术的空前发展，原有的电影技术虽然依然存在，但在科学技术的作用下，人们不难发现单电子管摄像机、三电子管摄像机、模拟线性编辑机、胶片转磁带、单CCD 摄像机、3CCD 摄像机、COMS 摄像机、数字摄像机、数字非线编辑、数字虚拟制作、数字高清电视摄影机、数字高清制作、3D 数字高清电视摄影、3D 数字高清制作等等；录像机一开始以磁带为纪录介质，磁带宽度以英寸为标准，一开始由1 寸带、3/4 带、1/2带、0.08 带、0.06 带转向硬盘储存。总之以高科技为支撑的影视设备，从差到强不断涌现，并朝着体积越来越小，功能越来越强大方向发展。

3 影像科技数字化阶段

数字时代改变了模拟电视弊端带来的限制。1996 年7 月德国建成了世界第一家全数字电视台，数字电视高质量的图像和伴音、远距离传送和制作不丢失信息的特性，引发了各国的关注。欧洲“尤里卡”计划把信息数字化作为主攻方向；在美国联邦通讯委员会的计划中，2002 年5 月要全部商业台完成数字化，2003 年5 月，全部非商业台完成数字化；2006 年，85%的家庭完成从模拟向数字播出的转移。虽然计划无法完成，但到2009 年6 月12 日，美国正式全面关闭模拟电视，开始全面数字化运作；我国列出的时间表是：2001 年为我国数字电视试验年，2002 年具有独立知识产权的数字电视系统标准确定；2003 年在全国范围内进行数字电视商业化试验；我国2005 年开始进行数字化改造，目前已经基本上完成。

在高新技术的推动下，世界科技比较发达的国家都在进行广电与出版、纸媒、互联网的整合，将影像传播逐步融入更大的信息产业中。数字化的优势，光纤的利用，改变人们生活的质量和方式。不在电视上“看电视”，不在报纸上看新闻，不在杂志上看图片，这就是数字时代的现状。网络视频、微博、手机等多样化信息渠道，传播者和接受者从“一对多”的关系变成了“多对多”的关系；推特、微博、微信把大家带入速读时代，“抖音”“快手”又把受众带入微影像时代。

信息采集设备和过程，也由传统的“大、傻、繁”向着“快、捷、小”变化。G4 到G8 摄像机、松下GH-5、手机、各类平衡器在这方面有明显的优势；无人机的出现更是给航拍解决了难题。为影视创作者提供了定位精准、拍摄成本低、操控系统稳定的影像采集设备。

4 影像科技进入光感时代

光感时代是笔者提出的一个前瞻性的新名词，因为它能够概括数字时代之后，影像科技发展的一个新时代。

我们大家知道目前所有的影像终端无外乎都是屏显。从创作的角度上讲，创作者是通过影像语言努力去在一个二维的平面上实现三维的效果，但这种三维是观众意识里产生的假三维。它无论在真实度，还是在影视艺术的时空特性上讲，无疑有很多缺憾，怎么样解决这个问题，实际上当前影像科技的发展，已经给光感时代做了很好的铺垫。

4.1 全息影像技术逐渐成熟

什么是全息影像技术?它有哪些特色?它是如何实现影像的动态立体展示的呢？按照维基百科上的定义：“全息是指通过相干光，也就是激光光源，干涉原理记录和查看图像，当合适地将其呈现时，便可以精确地再现被记录物体的三维外观。”我们知道，要想表现物体的立体感，除了需要记录物体表面信息外，物体反射光的信息也很重要，全息摄影就是叠加二者信息实现立体感的。全息摄影不仅全方位记录了物体的反光强度，也记录了位相信息。因此与普通的摄影技术相比，全息摄影比普通照片信息量大得多。一般的雷达只能探测到目标方位、距离等，而全息摄影则能拍出目标的立体形象。

全息影像显示技术是一种在立体空间中投射立体多维影像技术。注意，这种影像是物理上的“立体”，不是我们看到的电影电视在二维平面上实现三维效果的“立体”。全息影像属于量子科学的范畴，其基本原理是量子元和量子位相结合的量子理论。通俗地说，空间有多少维度，就有多少量子元；不同维度的量子元相互结合，就形成了众多的量子位，量子位的排列集合，在场环境中就形成了有形的图案。但全息显示技术里，量子位的排列集合，也必须用相干光源，才能产生可见的立体图案。因为激光光源具有很好的相干性，也就是光束的可控性，以及相干光源不扩散的特性，是整合排列形成立体图案的关键。

全息影像技术近年来发展很快，现在不仅有激光全息，还有白光全息、彩虹全息，全景彩虹全息，还发展了红外、微波和超声全息技术。杭州G20 晚会演出惊艳世界，就与全息影像技术密切相关。另外，立体影像可以给我们带来身临其境的感觉，它可以让观众触景生情，因此，全息多维立体显示向电影电视方向发展势在必行。

4.2 光场相机给影像摄影带来了变革

2011 年10 月，Lytro 公司正式发布了世界首款只需要构图，后对焦的光场相机。据了解，光场相机内部结构与传统相机大有不同。这款相机镜头及感光器之间，布满了显微镜阵列，每个阵列接收光线后，传送到感光器，进行数码记忆。用户根据需要选择焦点，成形完美照片。光场相机体积小，速度快，没有数码相机上复杂的聚焦系统，操作十分便捷。这款相机通过光场技术让用户在拍摄中随意改变焦点，移动视角，照片通过制作完成后，不会出现焦点不实的情况，光场相机甚至将照片转为3D 显示，这无疑会对立体影像产生影响。

4.3 光纤的使用为信息的传播，铺设了高速公路

自从1960 年，美国科学家发明了电射及光纤，就奠定了光通讯的基石。光纤传输有许多突出的优点：第一，频带宽，采用先进的相干光通信可以在30 000GHz 范围内安排2 000 个光载波，可以容纳上百万个频道；第二，损耗低，光导纤维的传输损耗是电缆的一亿分之一，使其能传输的距离要远得多；第三，不受温度影响，传输设备简单；第四，重量轻安装十分方便，抗干扰能力强，利于保密；第五，保真度高工作性能可靠；第六，光纤系统使用设备简单；第七，寿命长；第八，原材料丰富价格价廉。

1966 年，被誉为“光纤之父”的英籍华人高锟从理论上证明了光通信的可能性，1976 美国贝尔实验室开通了世界上第一条光纤通信系统的试验线路。至此光纤通信在世界各地推广开来。我国1979年由中国工程院院士赵梓森研发出第一根实用光纤。1990 年单模光纤通信系统进入商用化阶段，与此同时各国也陆续制定数字同步体系（SDH）技术标准。2005 年Tbps 超大容量的光纤通信系统在上海至杭州开通，同时FTTH 光纤直接到家庭拉开了光通讯的新时代。

光纤的种类很多，大致有掺氟光纤、红外光纤、复合光纤、氟氯化物光纤、色散位移光纤等五六十个不同品种。根据用途不同，所需要的功能和性能也有所差异。但对广泛应用于通信用的光纤，主要使用的是石英光纤，这种光纤是以二氧化硅为主要原料，具有低耗、宽带的特点。

那么对于光感时代来说，全息影像技术、光场相机，以及多光谱相机、VR 相机、全天候相机和计算机等等影像形成制作手段，为我们提供了开辟立体影像的可能性；以各类不同性能的光纤品种，为我们解决了承载能力超强，损耗低、使用方便简单、工作性能可靠的信息传输高速公路，

5 结语

影视科技的发展必将在硬件提升理念上、影视节目创作理念上会有一个全面的提高和改变。从以上影像科学技术4 个阶段的发展过程来看，这种提高的结果就是让影像制作更简单，创造的形象更逼真，传播节目更便捷。英国20 世纪80 年代初就在研制能产生气味的电视机，虽然至今都没有成功。但由此我们会知道影视科技发展的终极目标，还是为了满足人们对视觉、听觉、触觉、嗅觉以及思想和生活需求。随着科技研发的周期不断缩短，达到这个目标已经为期不远了。