数字胶片与缩微胶片载体对比研究

　　文/祝成

　　数字胶片技术为数据存储提供了一种新的解决方案，近年来得到档案行业的广泛关注。其技术原理是将数字信息编码处理生成二维码图像输出至胶片上，读取信息时扫描胶片上二维码图像并进行解码处理以还原数字信息。该技术应用的载体是数字胶片，其优势是在继承胶片保存时间长（理论寿命500年，实践证明已超过140年）、稳定、可靠、无法篡改等优势的基础之上，打破缩微拍摄技术和COM（Computer Output Microform，计算机输出缩微品）技术仅能存储图像信息的局限性，可直接保存音视频、CAD图纸等格式文件，相对于采用缩微胶片保存影像的方式，更加适用于存储格式丰富多样的电子档案。已存储二维码图像的数字胶片在800倍显微镜下展现的信息存储样式如图1所示。

图1 800倍电子显微镜下已存储二维码图像的数字胶片样式（局部）

　　当前，挪威Piql公司已推出基于数字胶片技术存储数字信息的相关解决方案，其配套使用的存储载体为美国柯达公司生产的2448型数字胶片（Data Recording Film或piqlFilm）。该胶片是一款专门用于记录计算机数据的银盐低速黑白型负片。其感光颗粒极小，具有高分辨率、高对比度、低感光度等特点。

　　在开展相关技术研究过程中，笔者注意到，因2448型数字胶片外观与35mm电影胶片相似，会产生其解像力等性能低于缩微胶片的错觉。此外，数字胶片技术及载体问世后，部分机构希望应用COM设备达到数字胶片及其技术的存储容量等性能指标。因此，为掌握数字胶片载体的性能参数，比较数字胶片与缩微胶片的载体性能差异，探索现有COM设备应用数字胶片的可行性，更好地服务于数字胶片技术研究工作，笔者针对柯达2448型数字胶片及目前档案行业广泛应用的EPMIMAGELINKHD（114NXHU）、富士HR-20两款35mm黑白缩微胶片开展基本属性与感光性能比较分析。

　　基本属性比较分析

　　为分析数字胶片和缩微胶片的差异，本节从两类胶片的外观、涂层结构与化学成分等基本属性进行对比分析。

　　1.外观方面

　　数字胶片具有齿孔，单盘长度达950m，宽度35mm，厚度120m。因其近千米的长度，适用于连续读写大规模数据，但对冲洗等制作工序提出了更高的要求，需不断补充药液控制显影液、定影液浓度，以保证冲洗质量。

　　2.涂层结构与化学成分方面

　　数字胶片采用电影胶片的基本结构，主要包括保护层、乳剂层、粘着层、片基、防光晕层等。与电影胶片主要采用醋酸片基不同的是，数字胶片采用了化学成分为聚对苯二甲酸乙二酯（聚酯）作为片基材料，这一点与缩微胶片相同，其具有更高的机械强度和稳定性。为解决聚酯片基相对于醋酸片基会产生更加严重的静电问题，数字胶片增加了防静电涂层，避免了静电对未曝光胶片产生的灰雾及树枝状静电图像，减少了胶片在运动过程中因静电吸附灰尘，保持了胶片洁净度。相比之下，数字胶片和缩微胶片的基本结构相似，涂层功能基本一致，但涂层顺序略有不同。两类胶片基本属性比较如表1所示。

表1  两类胶片的基本属性比较表

　　感光性能比较分析

　　在两类胶片的基本属性对比基础上，本节从感光颗粒、感光度、密度和感色性等方面进行进一步比较分析。

　　1.感光颗粒

　　数字胶片和缩微胶片的感光颗粒均是卤化银晶体，卤化银晶体的大小直接决定了胶片记录细节部分的能力。颗粒越小，胶片的感光度越低，解像力越高；颗粒越大，胶片的感光度越高，解像力越低。

　　经电子显微镜测量，数字胶片的感光颗粒大小约为40～50nm，缩微胶片感光颗粒大小约为180～200nm。经实验测定，数字胶片的实际解像力可达1120lp/mm，缩微胶片的实际解像力为600～800lp/mm。因此，相较于缩微胶片，数字胶片感光颗粒更小，解像力更高，同等尺寸画幅下可承载精度更高的影像，为单位尺寸下存储容量高分辨率二维码图像提供了更大的空间。

　　2.感光度

　　感光度是感光材料对光敏感程度的度量，亦称感光速度，感光度的高低决定胶片达到一定密度所需的曝光量多少。感光度越高，达到一定密度所需的曝光量越少；感光度越低，达到一定密度所需的曝光量越高。

　　经测定，在光源色温为2856K的固定条件下，数字胶片密度值达到灰雾密度1.2，曝光时间需30s，缩微胶片达到该密度的曝光时间为0.15s，即两者形成影像所需的曝光量差值极大。

　　目前，市场上主要的COM设备均是围绕缩微胶片的感光特性研发生产，在如此巨大的曝光量差距下，现有COM设备恐难以达到数字胶片曝光量，使其产生稳定的影像。

　　3.密度

　　密度是表示经曝光、显影、定影等工序后胶片变黑的程度，在一定程度上影响影像的清晰度。当前，为提高数据存储密度，已投入应用的数字胶片技术采用黑、白、深灰、浅灰4色二维码存储数据，非常见的黑白2色二维码。采用4色二维码可使单位面积数据存储量提升1倍，未来数字胶片技术将向采用8色二维码、16色二维码等增加二维码颜色以提高存储容量的方向不断探索。

　　两类胶片的最大密度与最小密度对比如图2所示。根据曲线比较，数字胶片的最大密度值约为3.1，缩微胶片的最大密度值仅为2.0左右，故数字胶片的最大密度值与最小密度值之间的差值更大，即其由白至黑的颜色变化梯度更大。因此，相对缩微胶片，数字胶片可提供更大的密度空间，更加适用于未来采用2X（X>2）色二维码方式提高存储密度。

图2 数字胶片与缩微胶片最大密度与最小密度对比

　　4.感色性

　　感色性用于表示感光材料对各种颜色光的敏感程度和敏感范围。胶片对其感色性大的光波，感光效率最高。针对不同胶片的感色性调整曝光设备的光源波长，可进一步提高胶片曝光效率。数字胶片和缩微胶片的感色性曲线如图3所示。

图3 数字胶片与缩微胶片感色性曲线

　　根据曲线比较，缩微胶片感色性范围为350～650nm，其中对500～570nm的绿光和600nm左右的黄橙光敏感度较高。数字胶片感色性范围为490～540nm，对510～520nm的绿光敏感度较高。基于前期对COM设备的使用与实际观测，现阶段档案部门广泛使用的赛数OP500等部分COM设备采用的是绿光曝光，从光源波长的角度看可适用于数字胶片曝光。

　　保存条件比较分析

　　冲洗后的数字胶片的保存要求是存放在其配套的装具内，存放环境温度保持在4～21°C，24小时内温度变化不超过±2°C；存放环境湿度保持在20～50%，24小时内湿度变化不超过±5%。缩微胶片的保存要求应符合《已加工安全照相胶片贮存》（GB/T18444—2001）的相关要求。数字胶片和缩微胶片保存环境条件对比如表2所示。

表2 数字胶片和缩微胶片保存环境条件对比

　　因此，数字胶片的保存环境条件在缩微胶片的长期保存环境条件要求范围内，未来在大规模保存数字胶片时，可考虑在现有缩微胶片保存环境内存放，无需单独建设保管环境。但若保管环境无法达到温湿度要求，采用缩微胶片柜等设备进行保管时，数字胶片因单盘体积较大，无法适用现有保管设备。

　　结语

　　数字胶片与缩微胶片相比，其对光波的敏感范围更小，感光颗粒更小，解像力更高，密度空间更大，更加适用于支撑采用高分辨率二维码记录数字信息的数字胶片技术。从其基本属性与感光性能分析来看，现有COM设备及缩微胶片冲洗、保管设备不适用于数字胶片，主要表现在数字胶片感光度较缩微胶片更低，现有COM设备曝光量恐无法达到其曝光并产生稳定影像的要求；数字胶片单盘长度达950m，现有冲洗设备需要设计药液补充装置以控制药液浓度，才可适配数字胶片冲洗工作；数字胶片已可在24mm×12mm的区域内形成包含880万个信息点的影像，现有缩微胶片还原设备因适配倍率等问题恐无法还原其包含的数字信息；数字胶片单盘体积更大，现有缩微胶片柜等保存设备在尺寸设计上无法完全满足需要。因此，需采用数字胶片技术配套设施用于制作和保存数字胶片。

　　作者单位：国家档案局科研所

　　责任编辑：王辉