撰文 张超，天体物理硕士，现工作于中科院国家天文台《中国国家天文》杂志编辑部，负责教育活动，以及编辑等工作。著有《云与大气现象》，主编《荒野传奇》摄影集、科普读物《娱乐也科学》，执笔科普读物《风吹电来》，显微摄影作品曾获全国首届科普摄影大赛二等奖，国际“小世界”、“生物世界”显微摄影赛荣誉奖。
一捧沙子里面到底会有多少故事？如果你借助一台显微镜，便可以尽览沙子中神奇的世界。在海边沙滩玩耍时，你或许不知道，海滩上的沙子是由白色、黄色晶莹剔透的石英颗粒组成的，其中混杂着各种海洋生物的碎屑，比如小贝壳、海胆、小海螺等等，用肉眼根本觉察不到它们的存在。如果有机会去热带岛屿上玩，还会见到一种雪白的沙滩，那里的沙子几乎全是珊瑚的破碎后的颗粒——这还要归功与海洋中鹦鹉嘴鱼，正是它们不停啃食珊瑚，才形成了漂亮的珊瑚沙。有一种沙滩，那是火山大的杰作——火山岩石中夹杂大量橄榄石，风化后形成翠绿色的细细沙子，在海水打磨下粒粒光滑。还有一种沙滩，每一粒沙子都是一枚小星星，很神奇吧？这些是海洋中有孔虫的杰作，这种沙子被叫做“星星沙”，是世界上仅有几个海岸的特产。
海洋的沙子如此丰富多彩，内陆的沙子又会如何呢？在内蒙古的一些沙地，我们能在沙丘下发现很多浑圆的透明沙粒，风的打磨作用比水要强得多，因此圆球沙粒更多在内陆沙地、沙漠中见到。如果去沙漠玩，别忘了带一点沙子留作纪念，漫漫黄沙也有五彩缤纷的故事，在显微镜下，黄沙颗粒如玻璃球般圆润纯净，还经常可以看见各种颜色的玛瑙点缀其中。如果你找到的是溪流边的沙子，那也有机会找到宝贝——溪流边的沙子多没有经过长时间打磨，沙子棱角毕现，不过细细寻找，有可能找到结晶完好的微小水晶哦。
很多人认为，显微摄影嘛，就是比微距摄影倍率更高的拍摄手段，而且会借助显微镜来拍摄，把那些物体拍得丝毫毕现就好了。也有很多人认为，微距拍摄就够难的了，显微摄影岂不是难上加难？其实并不然，显微摄影的难度并不很高，但使用的设备和拍摄方法，与人们的习惯完全不同。这里面究竟有什么门道呢？容我一一表述。
显微摄影需要什么样的相机呢？应该说，什么样的相机都能从事显微摄影，而且不同的相机用途也各有异同。在使用相机拍摄显微图片时，需要与显微镜或者显微镜头连接，连接方式有两种，第一种叫做目镜后摄影，就是用相机镜头对准目镜中的画面进行拍摄。这种拍摄方式要求相机镜头小巧，一般来说手机、卡片机适用于这种拍摄，非常适合于IXUS系列之类的带有变焦的卡片机使用。拍摄方法很简单，先在显微镜中看到清晰的画面，然后将相机镜头对准显微镜目镜，用自动模式，自动对焦即可。因为镜头结构的原因，有时需要上下调整相机的位置，直至画面大而清晰时，就可以按动快门进行拍摄。如果光线较暗，就能自己做一个套筒，或者用三脚架做固定，满足较慢快门的拍摄。
如果使用单反、微单之类的可换镜头相机，我们大家可以采用第二种方法，叫做直焦摄影法，直接将相机的镜头拆除，显微镜的目镜取下，然后通过一个简单的装置将相机和显微镜连接在一起（这个装置很容易买到，比如佳能相机就采用显微镜转EOS口即可），一般的显微镜只支持APS画幅的相机，如果用全画幅相机拍摄，会出现一个很大的黑圈，只有少数的显微镜能支持全画幅相机（通常是因为内部有扩束光路），所以用APS相机就足以应对绝大部分题材。
如果说日常摄影是一种快门摄影，那么显微摄影大多数情况下是慢门摄影，因为何显微镜进行了连接，相机得以固定妥当，不用再考虑手抖的问题，因此能放心降低ISO来获得高画质。我通常用佳能600D进行拍摄，大多数情况下的拍摄参数是这样：M挡拍摄，ISO100，快门速度2秒，或者5秒。为何选择2秒到5秒这样一个时间呢？首先，虽然相机已经足够稳定，但反光板和快门的震动，以及按下快门时的力道，都会对稳定程度造成影响，成像容易出重影。当然，使用快门线加反光板预升，是可以部分解决这一个问题，但快门的运动依然会产生抖动，好在这个抖动并不剧烈，而且会很快衰减，因此适当延长快门时间，会抵消掉抖动的影响。不过，过长时间的曝光是会带来暗流噪声的，所以曝光时间也不宜过长。
有人经常会问，ISO和快门都选好了，那么光圈设为多少呢？大家注意，此时显微镜与相机相连接，显微镜的物镜充当了相机的镜头，而大多数显微镜头是不带光圈结构的，是因为显微镜物镜的最大光圈就是分辨率最佳的，使用光圈会降低成像分辨率。因此光圈是一个固定数值，而且需要换算参数才能得到，所以我们在拍摄时可忽略光圈的影像，而是多拍摄几张，试出一个合适的曝光参数。
显微摄影是科学摄影的一种，它的拍摄策略与普通摄影不同，甚至与微距摄影也迥异。很多显微摄影作品不单单只靠一张照片拍出来的，有很大的可能是多张照片的联合。比如，有些亮度很低的目标，需要的曝光时间非常长，带来了大量噪点，画质受到了很大损失，因此采用多张连续拍摄，叠加降噪的方式能大大提高画质，类似的方法还有暗场扣除法等。
显微摄影由于倍数高，拍摄照片的景深很小，即便收缩光阑，景深的增大也很有限，反而由于衍射定律的限制，降低了图像的分辨率。因此对于大景深拍摄，多采用焦点堆叠技术，也就是从上至下依次拍摄，后期通过软件，将清晰的部分叠合起来，形成一张全景深图片。这些技术都是在普通摄影中极少用到的。
另外，显微摄影的光线运用也比普通摄影复杂很多，明堂五花八门。比如暗场效果的拍摄，使用专用的暗场聚光镜，利用丁达尔散射效应，可以拍出背景漆黑，主体明亮的效果，而且分辨率比一般的显微拍摄还要高。偏振光拍摄是专门拍摄晶体的一门技术，利用两枚偏振片正交，这样就将拍摄晶体的折射特性凸显出来，营造出五彩缤纷的色彩。对于摄影者，会体会到这种神奇的效果，对于研究者，可通过这些颜色从事分析工作。
高倍的显微摄影存在着高分辨与高反差不能兼得的问题，利用光线的技术，能够达到分辨率和反差相对双高的效果。常见的有相差、霍夫曼干涉、微分干涉等方法，其中相差法利用利用环形的结构实现较低分辨率的高反差，拍摄物体的边缘极为分明，而且能将透明物体内部的模糊影像清晰呈现。微分干涉是在较高分辨率部分实现高反差，拍摄出来的物体有立体浮雕效果，细节变得更加显著。
而普通摄影中的一些光线运用，也可以在显微摄影中得到体现，比如斜射光照明、多色照明，特别是柔光技术运用在显微摄影中后，可以将高反光物体的细节展示清晰，正因为这些技术的应用，让显微摄影的效果不断刷新，达到一个又一个新的高度。
