IMAGE
Очередную лекцию «Первой Национальной школы телевидения» по специальности «фотохудожник, фоторепортер» вел Александр Данильченко. Тема как всегда четко не озвучивалась и я формулирую её самостоятельно - «Свет,цвет и устройство фотоаппарата».

Что такое фотография? Дословно значение этого слова можно перевести как Светопись, т.е. техника рисования светом. Свет - это основной элемент в фотографии и всё остальное вертится вокруг него. Не будем рассматривать все физические аспекты света, а уделим внимание лишь тем, что могут пригодиться нам как фотографам, для понимания физики фотографии и различных фото устройств.

Нередко, под светом понимают не только видимый свет, но и примыкающие к нему широкие области спектра. Исторически появился термин «невидимый свет» — ультрафиолетовый свет, инфракрасный свет, радиоволны. Длины волн видимого света лежат в диапазоне от 380 до 740 нанометров, что соответствует частотам от 790 до 405 терагерц, соответственно. С одной, фиолетовой стороны световой спектр граничит с ультрафиолетовым излучением, от которого мы все с вами загораем, с другой стороны с инфракрасным, которое мы воспринимаем как тепло.
Резкой границы между цветами нет и количественное разбиение на цвета носит лишь уловный характер.

Раньше в пленочную эпоху частенько использовались пленки, чувствительные к инфракрасному излучению. Наверное вы видели такие снимки, где необычно светлая листва и необычно темное небо? Это снято было на инфракрасную пленку, либо с имитацией под инфракрасную пленку. Т.е. такая пленка была чувствительно к тепловому излучению и менее чувствительна к видимому излучению. Листва на таких снимках больше отражает инфракрасный свет, поэтому она светлая, а небо поглощает инфракрасный свет и поэтому оно темное.

Человеческий глаз, воспринимая видимую часть света, ассоциирует её с определенным цветом. Например диапазон 625—740 нм будет восприниматься как красный цвет, 500—565 нм - зеленый и т.д. У дальтоников такое восприятие (ассоциации) может отличаться.
Для фотографа цвет, это еще свойство поверхности. Почему мы видим зеленый предмет? Потому что он отражает зеленую составляющую света, а остальной спектр поглощает. Точно так же и с красными объектами. Диапазон света в 700 нм отражаются их поверхностями, а остальное пропускается.

Поговорим теперь о природе формирования картинки, т.е. как строится изображение в камере. С чего собственно всё начиналось? А начало фотографии положила так называемая Камера Обскура. Дословно это устройство переводится как "темная комната". Когда была изобретена камера-обскура, точно не известно, но уже в позднее средневековье, это не хитрое изобретение, помогало художникам рисовать пейзажи и прочие объекты и добиваться при этом фотографической точности.
Наши глаза также работают по принципу камеры-обскуры, усиленной оптической системой в виде хрусталика и глазного яблока, способной воспроизводить чёткие образы независимо от дальности объекта.

Камера-обскура (от лат. сamera — комната и лат. obscura — тёмная) — простейший вид фотокамеры. Представляет собой светонепроницаемый ящик с отверстием в одной из стенок и экраном (матовым стеклом или тонкой белой бумагой) на противоположной стенке. Лучи света, проходя сквозь отверстие, создают изображение на экране.



Первые камеры обскуры представляли собой затемнённые помещения (или большие ящики) с отверстием в одной из стен. Однако и в настоящее время некоторые фотографы используют так называемые «стенопы» или «пинхолы» — фотоаппараты с маленьким отверстием вместо объектива. Снимки сделанные камерой-обскурой более мягки чем это бывает у традиционных линзовых фотоаппаратов. Фотографии получаются с почти бесконечной глубиной резкости. С другой стороны, фотографии страдают более большими хроматическими аберрациями, чем изображения сделанные простым фотоаппаратом. Экспозиция может колебаться от полсекунды, до нескольких часов. Снимки можно получать как негативные так и позитивные, черно-белые или цветные.

Камера-обскуры работает на основе прямолинейности движения света. Если в одной из стенок тёмного ящика сделать небольшое отверстие, то на противоположной стенке ящика (внутри него, разумеется) образуется видимое световое изображение всех освещенных предметов, находящихся перед отверстием, при этом изображение будет перевёрнутым. Размеры изображаемых предметов или, другими словами, масштаб увеличения зависит от расстояния между отверстием и стенкой, на которой возникает изображение. Чем больше это расстояние, тем большими будут выглядеть изображаемые предметы. При этом качество изображения находится в прямой зависимости от величины отверстия. Чем оно меньше, тем резче изображение и тем оно темнее. С увеличением отверстия резкость изображения ухудшается, зато его яркость возрастает. Если отверстие сделать слишком маленьким, то идеальной резкозти добиться всё-равно не удастся, так как этому помешает такое явление как дифракция - отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий, другими словами, это свойство волн огибать препятствия.




По сути, можно сказать что передняя стенка (с отверстием) камеры обскуры, это прототип диафрагмы, задняя - матрицы. Вот и весь принцип по которому работают фотоаппараты. Различные дополнительные приспособления и оптика, лишь повышают качество и эргономику, но принцип формирования картинки остается неизменным.

И так, камера обскуры - это основа. Теперь постепенно будем её совершенствовать до полноценного фотоаппарата, добавляя различные элементы повышающие качество получаемого снимка и удобство процесса.

Начнем с линз.

Еще в древности люди заметили что линза определенной формы (в середине толще чем по краям) может собирать и фокусировать свет. Это явление основано на том, что свет на границе двух сред имеет свойство преломляться (частично конечно же он еще и отражается).



Те линзы которые наоборот рассеивают свет, называются рассеивающими.

В 1568 г. венецианец Д. Барбаро впервые дал подробное описание камеры-обскуры с плоско-выпуклой линзой, позволяющей увеличить действующее отверстие для проникающих в камеру лучей и усилить яркость оптического изображения, получаемого с ее помощью.

В результате использования собирательной линзы, удалось собрать больше света через большее отверстие и при этом картинка не расплылась. НО в фокусе изображение находится лишь на определенном расстоянии от линзы. Т.е. появился такой момент, как фокусное расстояние и фокальная точка - точка в которой лучи света собираются (фокусируются).

Но использование линзы, выявило новые недостатки. До этого мы уже говорили о том, что свет состоит из целого спектра лучей. Так вот эти составляющие свет лучи (излучения) имеют разный коэффициент преломления. И в итоге оказывается что дни лучи собираются на одном расстоянии от линзы, другие на другом. Красные чуть дальше, синие - ближе. Это свойство создает аберрации (брак) на итоговом изображении. Наблюдать это можно в виде цветного ореола вокруг объекта фокусировки. Например вы сфокусировались на каком-нибудь зеленом объекте, и зеленый цвет преломился и оказался в фокусе как надо, а вот фокальная точка красных и синих лучей оказалась смещена и на картинке это всё вылилось в хроматические аберрации.




Для приглушения хроматических аберраций, стали использовать составные объективы, из двух и более стекол с разными характеристиками.



Хроматические аберрации устранить полностью не возможно. Их можно лишь свести к минимуму. И чем качественнее оптика, тем меньше будет вот таких вот аберраций.

Помимо хроматических аберраций, линзы привнесли еще и сферические, которые как бы создают кому (хвост). Ну например вы что-то фотографируете и всё лучи прошедшие через объектив не под прямым углом, фокусируются как бы в стороне а не на оптической оси и получается так называемая кома.



Чем это убирается? Есть такое устройство - диафрагма. Она как бы просто отсекает основную массу "не прямых" лучей и тем самым уменьшая количество хвостов (ком).



Первые диафрагмы были очень просты и представляли собой непрозрачную пластинку с отверстием определенного диаметра. Такую пластину располагали перед линзой. Чуть позже объективы стали делать из трех линз и диафрагму размещали между ними. Это гораздо значительнее повышало качество итогового изображения. Но всё равно менять эти пластинки по прежнему было не удобно и чуть позднее диафрагму стали делать в виде кольца с лепестками, при проворачивании которого, можно было регулировать диамерт отверстия пропускавшего свет.



Количество лепестков такой диафрагме может быть разным и круглость итогового отверстия также отличается. Здесь всё уже зависит от производителя, а точнее от качественного исполнения диафрагмы и совсем не всегда большее количество лепестков свидетельствует о качестве диафрагмы (в плане геометрии). Чем круглее отверстие диафрагмы, тем качественнее фотография.

В современных фотоаппаратах используется прыгающая диафрагма. Т.е. она закрывается до выставленного значения, лишь при срабатывании затвора (в момент экспонирования), а в остальное время находится в полностью открытом положении. Раньше же это всё делалось в ручную, путем использования двойной диафрагмы (на одной выставлялось отверстие, а вторая полностью закрывала или открывала его).

Еще один порок, которые привнесло использование линз, это искривление геометрии изображения - Дисторсия.
Геометрические искажения могут быть бочкообразными и подушкообразными.

Подушкообразная дисторсия – прямые линии изогнуты внутрь кадра (положительная дисторсия).
Бочкообразная дисторсия – прямые линии изогнуты наружу (отрицательная дисторсия).



Геометрические искажения присутствуют во всех объективах в той или иной степени, в дорогих моделях аберраций естественно меньше.
Есть такие модели, в которых дисторсия объектива будет «фишкой», которая всем нравится, а не дефектом, который следовало бы убрать.
Вы, наверное, уже догадались, что я говорю об объективе «рыбий глаз» их еще называют «фишай» (Fish eye).



Дисторсия возникает в результате того, что линейное увеличение разных частей изображения различно.

Дисторсия лучше всего заметна при наличии в кадре прямых горизонтальных или вертикальных линий – это в первую очередь архитектура, линия горизонта, деревья, столбы и так далее, причем сильнее всего искажения заметны на краях кадра.

Если фотографировать портреты, пейзажи без прямых линий, то дисторсия практически не заметна.
Сильнее всего геометрические искажения проявляются на широких углах объектива.
Например: у вас объектив с фокусным расстоянием 18-105 мм, больше всего дисторсия будет проявляться на 18мм, с увеличением фокусного расстояния геометрические искажения уменьшаются.

Дисторсия исправляется подбором линз и других элементов оптической системы при её разработке. Если присутствует в цифровом изображении, может быть исправлена программно.
От дисторсии следует отличать искажения перспективы, вызванные проектированием трёхмерного пространства на плоскость.

Наши пальчики писали, наши пальчики устали.... Сделаем перерыв ) и продолжим рассматривать строение фотоаппарата и прочие характеристики с этим связанные, уже в следующей заметке.

Продолжение следует...