黎飛艷

筆者從事水下考古工作 10多年，主要負責水下考古項目的水下攝影工作，工作中面對水下考古千變?nèi)f化的各種遺址、遺跡、文物、以及周邊環(huán)境，通過圖形、影像等二維展示方式很難使人們獲得完整的空間關(guān)系信息，為了完整呈現(xiàn)水下考古影像采集方式與方法，在工作中不斷的學習、總結(jié)和積累經(jīng)驗。通過“丹東一號”沉船、湖北均州滄浪亭、廣東西樵山明代古采石場水下遺址、西沙金銀島水下遺址、甲午海戰(zhàn)“經(jīng)遠艦”等項目的實踐，積累了一些水下考古攝影及三維建模工作的經(jīng)驗，形成下面的文字，以供同行日后工作參考，并借此求教于方家。

一、水下考古攝影的基本要求

（一）攝影者應具備以下基本條件

一是要了解工作項目的歷史和項目背景。二是要了解、認識文物。三是要有嫻熟的攝影技巧，以應對水下的復雜情況。

（二）潛水技術(shù)的要求

水下考古攝影最重要的就是中性浮力控制，感知并熟練掌握中性浮力，可以幫助攝影師懸停在所需的拍攝高度，在確保潛水安全的情況下完成拍攝任務。

在國內(nèi)不同的海域潛水作業(yè)，其海底狀況完全不同，沒有固定的工作環(huán)境，所以水下考古攝影師在工作中經(jīng)常會遇到一些復雜的拍攝問題，需要冷靜的思考與應對。

比如開放水域，需要對海況進行充分的了解，選擇合適的時機進行拍攝，以降低潮汐、水流、浪涌、能見度等對拍攝任務的影響等；封閉水域潛水，在沒有水流的情況下從事水下攝影，對中性浮力的要求非常苛刻，如果被攝范圍不能保持清晰或者人為的攪動造成能見度下降，會直接影響水下照片的成像效果，甚至會被迫終止此次潛水，等到水下能見度恢復正常后才能再次拍攝，這樣會直接影響工作效率和水下考古工作的整體進度。

（三）潛水計劃的制定

根據(jù)潛水區(qū)域的深度，在下水前制定潛水計劃，按照國際潛水組織制定的潛水計劃，其中包括深度、潛水工作時間，出水過程中在不同深度的減壓、停留時間（按照規(guī)定必須制定不同深度的 3套潛水方案，其中2套是備用方案）。潛水前明確拍攝任務及工作區(qū)域的拍攝順序，盡量做到拍攝區(qū)域沒有漏拍的現(xiàn)象。

（四）下水前的攝影設備檢測

下水前，首先要根據(jù)水下考古拍攝任務，決定攜帶哪種焦段的鏡頭：因為在水下，專業(yè)相機基本沒有更換鏡頭的條件；如有需要，攜帶兩臺相機潛水也是可以的，其中一臺作為主力機型，另一臺備用，兩臺機器的鏡頭焦距及功能互補，這樣就可以提高水下拍攝的工作效率。相機和鏡頭搭配好之后，要仔細進行防水安全檢查。

1、確認相機的密封性。為了保證水下考古攝影工作的順利、保證照相機的絕對安全，在正式潛水拍攝前，一定要對防水殼（不帶相機）進行防水測試。把加上一定配重的防水殼系在繩索上，然后下放到需要的潛水深度進行測試（為了確保安全 甚至可下放到防水殼生產(chǎn)廠家規(guī)定的安全深度），以確保在水下攝影時就不會碰到漏水的問題。

由于近幾年生產(chǎn)水下相機防水殼的廠家，發(fā)明了一種主動防漏報警裝置（也叫負壓測漏報警裝置），此裝置安裝在相機防水殼上，與防水殼內(nèi)部相通、只要攝影師在下水前打開防漏水報警裝置，在恒壓的情況下，指示燈為紅色，當抽氣筒工作時，將防水殼內(nèi)的空氣抽出形成負壓時，綠燈亮起，（然后將防水殼放置在安全區(qū)域 5-10分鐘），如果綠燈沒有發(fā)生變化，說明防水殼密封正常，否則紅燈亮起報警（圖1）。

2、相機性能檢查。相機開關(guān)和快門是否正常、試拍后并回看照片、測試存儲卡是否已裝好，內(nèi)置閃光燈是否能夠引閃外接閃光燈。根據(jù)水下的拍攝需求，盡量將閃光燈的閃光模式及輸出指數(shù)調(diào)整到適當?shù)奈恢玫鹊取?/p>

3、相機參數(shù)設定。拍攝模式、對焦模式、白平衡、 ISO、連拍模式、照片存儲格式。

4、最好將相機用保險繩（失手繩）與自己連在一起，以避免下水后因為緊張，手滑或別的原因?qū)е孪鄼C脫手，造成無法彌補的損失。

（五）下水后的攝影設備防漏觀察

為了設備的安全考慮，我們在下潛過程中，攝影師要觀察安裝在防水殼上的主動防漏水報警裝置指示燈信號，如果綠色指示燈閃爍、表示相機防水殼密封正常，反之紅色指示燈閃爍、表示相機防水殼密封不正常，有滲漏現(xiàn)象。

二、水下考古拍攝技巧的應用

水下考古攝影必備器材有：相機防水殼、單反數(shù)碼相機、外接閃光燈、閃光燈連線、對焦燈、外接監(jiān)視器等設備（圖2）。

（一）曝光

現(xiàn)有的水下相機、基本上都是使用有自動曝光功能的數(shù)碼單反相機，我們在水下考古攝影最常用的快門速度為1/60至1/200（多數(shù)相機的最高 閃光同步速度為1/200）秒。如照明條件足 夠明亮，可采用1/200秒（1/200閃光同步速度，如高于閃光同步速度會導致部分畫面被快門遮擋）。這個快門速度有助于抵消由于水流造成的相機晃動所帶來的影像模糊。特別是抓拍水下考古人員工作場景照片時，必須用較高的快門速度，必要時采取包圍曝光的方式。根據(jù)特殊的拍攝要求，我們也可以利用相機的速度優(yōu)先模式、光圈優(yōu)先模式或手動模式來完成不同的拍攝任務。

（二）聚焦與構(gòu)圖

將單反相機置于防水殼內(nèi)并潛入水下時，會發(fā)現(xiàn)有些相機上的測距儀和取景器變得無用，這是由于防水殼使你的眼睛無法接近取景器，因此在水下拍攝時最好是使用有自動對焦功能的照相機，如果照相機沒有自動對焦功能，則在下水前就預先進行手動對焦調(diào)整，根據(jù)水下的拍攝對象范圍、大小來確定對焦距離。拍攝較大的目標，例如拍攝潛水員在水下工作、水下勘探等就撥到6英尺的刻度上。拍攝 水下的小件文物就撥到2-3英尺的刻度上，特別需要注意的是每一支鏡頭的有效對焦距離是不一樣的。

有些防水殼使人眼無法用照相機的取景器準確構(gòu)圖取景，所以很多防水殼都有一個外接顯示器幫助你將鏡頭對準被攝體，如果沒有這種外接顯示器，就必須學會用估計的方法仔細將照相機鏡頭對準被攝體，以達到盡可能好的構(gòu)圖效果。

（三）水下閃光燈的運用

拍攝水下文物、文化遺跡、石刻等，我們還需要進行補光，利用閃光燈燈臂的靈活性、調(diào)整閃光燈的角度，然后再調(diào)整閃光燈（主光、輔助光）的輸出指數(shù)，從而增強被攝體在照片上的明、暗對比，突出重點。

由于使用了人工光源，伴隨而來的是因為水中存在有懸浮顆粒，光線在水中經(jīng)由懸浮顆粒反射而產(chǎn)生霧化現(xiàn)象，會導致影像不夠鮮明、銳利及影像模糊。特別在使用閃光燈時會加重這種“雪花”狀現(xiàn)象,甚至會有斑點或光點出現(xiàn)，令影像畫面不夠整潔。這時候就需要調(diào)整人工光源的照射角度，盡量不讓閃光燈輸出的光線照亮鏡頭與被攝體之間水中的懸浮物，盡可能讓閃光燈離鏡頭遠一點，這樣可避免反向散射、拍攝出反差極好、清晰度較高的水下考古照片（圖3）。

三、水下光譜特性及視覺差異

（一）光譜特性

水下與陸地的空氣環(huán)境不同，水分子的密度比空氣密度要大很多，從而導致對光譜的吸收也不同于在空氣中。隨著水下深度的加大，光譜中的不同波長的顏色開始被水吸收，在水深約 6米時紅色已經(jīng)消失， 10米時橙色被吸收， 19米時黃色被吸收，然后依次為綠、藍等顏色，最后只有 10%的藍光可達100米深1。深度越大，色溫越高,由于光的強度是隨水深而減弱，因此不建議使用色溫修正濾片，而應該使用人工光源來增加照明度及修正色溫，如使用水下閃光燈或水下照明的燈陣（但色溫最好要達到5200k-5600K）。原則上水深5米以上可以用自然光,或自然光+人工光源進行拍攝。當然，在條件允許的情況下，充分發(fā)揮攝影器材的性能，利用微弱光線也能夠表現(xiàn)水下多彩的世界。

（二）視覺差異

視覺差異就是潛水員在水下觀察物體時，視覺會發(fā)生放大、位移和失真。此時水下物體看上去顯得大一些，約為原物的4/3。距離顯得近些，約為原距離的3/4。以致同一物體的各個部位或不同距離的物體，放大的比例不一樣，產(chǎn)生了失真。這種變化對相機鏡頭也是同樣的，當使用廣角或者魚眼鏡頭時，這種失真會更加明顯。

四、水下考古攝影與三維建模素材的采集方法

上述為水下考古工作中一般性照片拍攝的簡要經(jīng)驗總結(jié)，下面再談談水下三維建模素材的拍攝體會。

（一）拍攝前的準備工作

按照下水前的攝影設備檢測標準，完成各項檢測，根據(jù)水下拍攝對象調(diào)整相機的各項指標，主要是水下相機及閃光燈調(diào)整。根據(jù)拍攝水下三維拼接照片的要求，水下三維照片的形成是由攝影師在水下拍攝的幾百或者幾千張水下照片、利用三維建模成像軟件進行處理，生成三維立體圖像，所以對水下攝影師在拍攝時有更高的要求。

1、手動曝光。水下單反相機的功能非常的強大，筆者建議水下拍攝三維拼接照片最好是將相機的光圈及快門速度調(diào)成手動模式，對焦模式調(diào)成自動（因為單反相機普遍都有對焦鎖定按鈕）。這樣，攝影師可以在水下根據(jù)水下的能見度、很好的手動控制被攝物體的曝光指數(shù)及對焦距離的對焦鎖定。

2、ISO值的設定。ISO800或 者I SO1600比較合適，如果設置的感光度過高，影像的噪點就越明顯。

3、白平衡的設定。自動白平衡模式、手動白平衡模式以及閃光燈模式，筆者建議使用閃光燈白平衡模式。

4、外置閃光燈的模式設定。左右閃光燈的輸出模式 M檔、閃光指數(shù)一致，因為在水下沒有測光的條件，我們只能按照平時的拍攝經(jīng)驗，根據(jù)數(shù)碼相機顯示屏上的影像效果來確定照片的曝光指數(shù)是否精準，為了曝光的精確性，我們也可以采用加減曝光的方式。

5、閃光燈的角度調(diào)整：閃光燈的燈光照射在整個畫面上要保持光照度平均，也就是我們所說的平均光，因為只有采用平均光照方法進行拍攝，才能很好地將照片拼接在一起，才能保證照片較好地過度平滑，照片的連接面才會沒有明顯的拼接痕跡。這是拍攝水下三維拼接照片的重要環(huán)節(jié)。

（二）拍攝順序、水流方向

1、拍攝順序。攝影師在下水后要觀察、估計拍攝物體的大小、面積、潛水深度、被攝體的形狀、根據(jù)以上觀察的情況，對每一潛次的拍攝順序、范圍進行確定。水下拍攝一定要遵循潛水制度，確保潛水安全，攝影師在每一次的水下拍攝時，最好是按照“先深后淺”的拍攝順序，盡可能避免重復潛水后造成身體上的傷害。我們每一次的潛水時間是有限的，所以攝影師要特別嚴謹?shù)睦煤盟碌拿恳幻腌?，保質(zhì)保量、準確無誤的完成水下拍攝任務。一定不能有漏拍的現(xiàn)象，否則會給后期三維立體圖像拼接帶來無法彌補的影像缺陷，甚至因為照片的缺失、造成軟件無法識別的后果。每一次的水下拍攝任務，出水后都要做好文字記錄和拍攝范圍的示意圖記錄，為后期的拼接工作提供第一手資料。

2、水流方向。拍攝水下文物各種文物、遺跡、遺址及其周邊環(huán)境，最好在平潮前后進行拍攝工作，此時的水流強度適中、正好適合水下拍攝要求。攝影師觀察好水流方向后，盡可能頂著水流方向進行拍攝，這樣能最大程度的控制好中性浮力，減少相機的晃動。

（三）拍攝要求

1、攝影師下水前應將相機及閃光燈調(diào)整為所需要的拍攝模式，這樣便于攝影師在下水后能很快的進入工作狀態(tài)。達到拍攝點后應根據(jù)當時的水下能見度確定對焦距離，試拍幾張樣片，憑借 CCD顯示屏的照片效果對閃光燈的指數(shù)、相機的 ISO、光圈、速度進行微調(diào)，從而達到正確曝光。

2、拍攝同一個遺跡、遺址及其周邊環(huán)境也許需要幾個潛次的水下拍攝，所以攝影師在拍攝同一個被攝體時，照相機的曝光參數(shù)應該保持一致，這樣可以保證被攝體通過三維重建軟件拼接后的整體曝光效果一致。

3、拍攝三維重建素材要按照嚴格的三維照片拍攝要求執(zhí)行，被攝體的形狀沒有一定的規(guī)律性，不可能人為的放置太多的參考線供攝影師參考，所以攝影師要根據(jù)被攝體本身的特性，分塊或者分條拍攝，拍攝角度盡量保持 90度（相機與被攝體的角度），避免照片變形。

4、如果是平面狀的被攝體，每張照片的重疊面積應為 1/3，也就是說每張照片的上下、左右都要保證有 1/3的重疊關(guān)系。

5、如果是不規(guī)則被攝體，比如是轉(zhuǎn)角、凹凸位置明顯，攝影師要根據(jù)物體的形狀盡可能多角度拍攝，做到被攝體的每個面都能被照片覆蓋，沒有盲區(qū)。

根據(jù)我國家沿海地區(qū)海域的水下考古實際情況，發(fā)現(xiàn)的古代沉船遺址大部分都是在距離海岸線不遠的海域沉沒，水下能見度一般在 0.2-1.5米的范圍，甚至也有水下能見度為零的時候， 3米的能見度很少見到，根據(jù)多年的水下攝影經(jīng)驗與水下考古工作的親身體驗，可以說中國近海的水下考古沉船遺址以及內(nèi)陸湖泊發(fā)現(xiàn)的水下文化遺產(chǎn)、大部分區(qū)域都是無法利用布置水下燈陣的方式拍攝大面積全景照片，并且水下布置燈陣的費用相當高，移動起來也不太方便，為了解決這一難題，我們也在工作中不斷的嘗試新的拍攝及照片處理方法，比如將水下遺跡用 N張照片拍攝下來，然后使用 Photoshop圖像處理軟件進行拼接，也能完成相對簡單的拼接任務，但是精準度不夠，而且拼接所浪費的時間不計其數(shù)。

五、三維攝影舉例：湖北丹江口庫區(qū)水下考古調(diào)查項目之滄浪亭

2014至2015年期間筆者有幸參加了由國家文物局國家水下中心周春水副研究員負責的湖北丹江口庫區(qū)水下考古調(diào)查項目，并負責滄浪亭的水下考古攝影工作，為了證實水下攝影三維立體建模的方法，將滄浪亭水下建筑基礎與水下題刻之間相對位置按照三維立體建模的拍攝要求進行分批次的素材采集，然后利用三維立體建模處理軟件（Agisoft Photoscan）進行數(shù)據(jù)處理，合成大面積的水下三維圖像。潛水方面采用了高氧技術(shù)潛水、分站式減壓方式潛水，在保證絕對安全的情況下，提高潛水工作效率，以下是相關(guān)過程的說明。

（一）工作環(huán)境

湖北省丹江口庫區(qū)（滄浪亭）水下遺址，位于均州古城附近，是古均州八大景之一，隨著 1967年丹江口大壩下閘蓄水，最終沉入水中。后來由于南水北調(diào)工程項目，其水位在不斷的上升，因為丹江口庫區(qū)禁止人工養(yǎng)殖，當時的天氣較好，沒有大雨造成的水澇現(xiàn)象，水質(zhì)保持清澈，特別是在23-42m深度范圍，由于水溫比較低，水中幾乎沒有懸浮物，水下能見度為 2米以上、水面溫度16°、水底溫度 4-6°、水深 42米，沒有水流，特別適合潛水作業(yè)。

（二）潛水、拍攝方式

潛水方式我們按照技術(shù)潛水的要求，利用 21%的壓縮空氣、雙瓶進行潛水，水底工作時間大概在 25分 鐘左右，然后在 18米以上高度、使用 40%左右的配氧、按照潛水計劃進行免減壓停留，延長潛水員水下工作時間和縮短出水過程中的免減壓停留時間，達到減輕、緩解潛水員的工作疲勞。

拍攝方式因為工作地點位于石質(zhì)的峭壁面，所以采取從深到淺的拍攝方式，首先筆者分配了 3潛次的拍攝時間完成 23-25米高度范圍（滄浪亭的建筑墻基）的三維素材照片拍攝。然后分配 3潛次完成深度為 25-42米高度范圍的三維素材照片拍攝任務，每次的拍攝寬度為 1.5米左右，遵循大深度潛水的基本規(guī)則，采取由深到淺的拍攝順序。大約完成了 4米左右寬度的拍攝任務，共計拍攝照片5000多 張，拍攝面積大約 100平方米，然后運用三維重建圖像處理軟件將宋明時期 2處題刻與滄浪亭墻基的采集索材通過（Agisoft Photoscan）“工作流程”菜單中的“對齊照片”“建立密集點云”“生成網(wǎng)格”“生成紋理”進行運算，最后導出通用格式的模型、正射影像等數(shù)字影像圖2。如圖 6。

注釋：

1 孟 慶然.潛水攝影技巧[J] . 中國攝影家，2015（07）.

2 劉建國.考古遺址超低空拍攝與數(shù)據(jù)處理[J] .考古，2015（11）.