Инфракрасная и ультрафиолетовая фотография

Каждый фотограф мечтает сделать необычный снимок, которым можно удивлять. Сделать такой снимок обычным цифровым фотоаппаратом не так-то просто. Для этого нужно поехать в какой-нибудь очень живописное место, либо сфотографировать что-то такое необычное. Прямо скажем, обычные цифровые камеры делают не очень-то интересные фото, которые уже всем приелись и надоели. Именно поэтому сейчас наблюдается ажиотаж вокруг плёночной черно-белой фотографии, так как это необычно и может удивить. Особенно необычные чёрно-белые снимки получаются с оранжевым и красным светофильтрами. Но речь в этой статье пойдёт не о том. Попробуем превратить обычную цифровую камеру в необычную, способную удивлять.

Инфракрасная фотография

Инфракрасные снимки, или снимки, сделанные в инфракрасных лучах уж точно не похожи на то, каким человек видит окружающий мир. Что же мы увидим на них? Тепло, исходящее от людей, а также утечку тепла из жилых домов мы не увидим, так как тепловое излучение находится в длинноволновом инфракрасном диапазоне. А матрица фотоаппарата способна видеть только ближний инфракрасный диапазон. Так как же будет выглядеть инфракрасный мир на фотографии? Тёмное, почти чёрное небо, высокий контраст с облаками, белая листва - всё это напоминает некий сюрреалистический фантастический мир, которым мы вполне себе можем удивлять зрителя. Что же для этого нужно?

Переделанная или модифицированная фотокамера

Камеру придётся модифицировать, так как обычные фотоаппараты нечувствительны, или малочувствительны к инфракрасным лучам. Снимать ими можно, но выдержки будут очень большими. И этот процесс будет напоминать то, как если бы мы в сумерках, когда плохо видно, пытаясь разглядеть какой-либо объект, надевали бы солнечные очки. Почему? Перед матрицами современных цифровых фотокамер находятся два светофильтра, это Hot Mirror и AA-фильтр, которые задерживают инфракрасные лучи, да и ультрафиолетовые тоже.

Hot Mirror - это фильтр, который специально и предназначен для задержки инфракрасных лучей, даже они не вносили помехи в снимок. AA-фильтр предназначен для подавления муара, и слегка размывает картинку, он тоже в небольшой степени задерживает инфракрасные и ультрафиолетовые лучи. Эти два фильтра необходимо снимать. В зависимости от модели камеры, они могут стоять отдельно, а могут быть склеены в одно стекло.

Большинство при переделке ставит вместо Hot Mirror и AA-фильтра инфракрасный фильтр, однако я противник такого способа переделки, так как инфракрасных светофильтров - великое множество, и ставя только один, мы лишаем себя возможности в процессе съёмки менять светофильтры, не говоря уже об ультрафиолетовой фотографии. Убирая Hot Mirror и AA-фильтр, и не ставя никаких фильтров взамен, мы получаем полноспектровой фотоаппарат.

Инфракрасные светофильтры

Чтобы фотография получалась инфракрасной, нам нужно сделать так, чтобы на матрицу фотоаппарата попадали только лучи инфракрасного спектра, и больше никакие другие. Это делают с помощью инфракрасных светофильтров, которые накручивают на объектив. Разнообразие этих фильтров довольно велико, различаются они пределом пропускания. Какие-то немного пропускают видимый свет, и в больше степени - инфракрасный. Какие-то полностью блокируют видимый, и пропускают только инфракрасный свет.

Для инфракрасной фотографии чаще всего используются следующие светофильтры: Hoya R72 (750нм), B+W 092 (650нм), B+W 093 (800нм), Marumi HWB 830 (830нм). Вы также можете фотографировать с инфракрасными светофильтрами различных китайских производителей, которых сейчас много в продаже, например: Massa, Green L. Или снимать через стекло HWB, которое можно вставить в оправу и использовать как светофильтр.

Hoya R72 (750нм) и B+W 092 (650нм), а также любые другие фильтры 720нм немного пропускают красный и видимый свет, и при обработке это даёт возможность вытянуть цвета. Снимки с этими фильтрами не дают такого сильного контраста, как с B+W 093 (800нм) и Green L IR 950 (950нм), и с любыми другими светофильтрами 800нм и выше. Последние полностью задерживают весь видимый диапазон, пропуская только инфракрасные лучи. Само изображение, в сравнении с 720нм, сильно контрастнее и драматичнее. Небо получится глубоко чёрным, а листья деревьев будут ярко-белыми. Стоит сказать, что картинка после 800нм меняться уже не будет, то есть фотографии, сделанные со светофильтрами 800нм и 950нм не будут отличаться.

Лучше иметь в комплекте несколько инфракрасных светофильтров, делая снимки со всеми, а потом при просмотре выбирая лучшие. Так как для разных сюжетов подходят и разные светофильтры. Использование разных инфракрасных светофильтров, как минимум двух - расширит Ваши творческие возможности.

Однако следует знать, что инфракрасные стёкла имеют ограниченный срок годности. Спустя энное количество лет, они покрываются налётом, убрать который не представляется возможным. Налёт появляется от влажности, так что хранить такие фильтры следует в сухом помещении.

CCD или CMOS?

График чувствительности матриц к ИК-лучам показывает, что CCD-матрицы более чувствительны к инфракрасному излучению. Этот факт доказывает также и то, что в фотоаппараты с CCD-матрицей ставят более толстый ИК-фильтр перед матрицей, чем в аппараты с матрицей CMOS. Но на практике мною проверено - экспозиция на фотокамере с CCD-матрицей и на камере с матрицей CMOS требуется одинаковая.

Однако большее влияние на картинку, по моему мнению, оказывает не тип матрицы, а именно модель фотоаппарата. Это объясняется тем, что алгоритмы внутренней обработки изображения у разных моделей фотокамер отличаются, и в итоге разные камеры дают на выходе разные картинки.

Здесь логичнее было бы описать фотографии с разных камер, чем искать разницу в изображениях с CMOS и CCD-матриц. Интересен следующий факт: в видимом свете картинки с Nikon D80 и Nikon D200 не отличаются. Однако в инфракрасном спектре есть сильные отличия. D200 хорошо прорисовывает облака; само изображение малоконтрастное с хорошими полутонами. А D80 даёт в целом стандартную контрастную картинку, похожую на ту, которая получается на камерах с матрицей CMOS. Можно сказать, что в инфракрасной съёмке Nikon D200 отличается от остальных камер. Не скажу, что он лучше или хуже, просто даёт другую картинку, в которой главное отличие - это низкий контраст. Тем, кто любит высокий контраст, фотографии с D200 не понравятся. Картинка с D200 имеет всего 10 мегапикселей, в этом он проигрывает более новым фотоаппаратам. Современные камеры с большим количеством мегапикселей дают очень чёткую и контрастную ИК-картинку, на которой хорошо прорисованы мельчайшие детали, видна потрясающая детализация - в общей массе травы можно различить каждую травинку.

Теперь поговорим про ультрафиолетовую фотографию. Снимая УФ+ИК, мы имеем цветовую составляющую в изображении, что говорит о том, что разница в картинке на разных аппаратах будет сильнее. Большое значение оказывает глубина цвета: у 14-битного D5100 картинка намного интереснее - лучше и ярче цвета, чем у 12-битного D3100. Старичок Nikon D70 по цветам похож на D5100, но у последнего, конечно, цвета получаются ярче.

Проблема фокусировки на бесконечность

Фильтры перед матрицей фотокамеры являются частью оптической схемы камеры, так как стекло преломляет свет. Они уменьшают рабочий отрезок объектива, как бы приближают матрицу к объективу. И если их убрать, то пропадёт фокусировка на бесконечность. Рабочий отрезок объектива снова станет нормальным, матрица как бы отдалится от объектива, и точка фокусировки на бесконечность будет находиться перед матрицей.

Чтобы сфокусироваться на бесконечность, нам нужно будет либо придвинуть матрицу ближе к объективу, либо поставить вместо фильтров стекло. Переделывая камеры, многие ставят вместо этих фильтров кварцевое, или обычное стекло. Почему ставят именно кварцевое стекло? Кварцевое стекло имеет хороший график пропускания и не задерживает инфракрасные и ультрафиолетовые лучи. Однако, если мы переделываем камеру только для съёмки в инфракрасном спектре, то спокойно можем поставить обычное стекло. Дело в том, что оптическое кварцевое стекло стоит довольно дорого.

Чем меньше стекол в оптической схеме, тем лучше. Любой фильтр, внесённый в оптическую схему не добавит Вам резкости. Поэтому мы обойдёмся без стекол, а будем приближать матрицу к объективу. Как это сделать? У Nikon - очень просто, подпилив надфилем упоры основания матрицы.

Сколько спиливать, на какое расстояние нам нужно приблизить матрицу? Прежде всего надо измерить толщину склейки фильтров перед матрицей. Если считать приблизительно, то можно разделить это толщину фильтров на 3. Получим расстояние, на которое фильтры приближали матрицу к объективу, расстояние, на которое нужно уменьшить упоры основания матрицы, сколько нужно спилить.

Если нужен точный результат, то можно воспользоваться формулой: h=d(1-1/n), где h-нужное нам расстояние, n-коэффициент преломления стекла (в большинстве случаев он равен 1,5), d-толщина склейки фильтров. Ниже привожу расчёты, из которых получена эта формула.

Стоит сказать, что эта формула работает только для видимого света. Ультрафиолет же фокусируется очень далеко за матрицей, поэтому, если Вы планируете снимать в чистом ультрафиолете, то нужно будет спилить больше.

Конструкция некоторых фотоаппаратов (например, Nikon D5100) позволяет спилить больше рассчитанного расстояния. То есть, возможно приблизить матрицу к объективу ближе, чем нужно для фокусировки на бесконечность. У Nikon D5100 упоры матрицы достаточно большие, матрица отстоит далеко от затвора.

Спиливая больше рассчитанного, мы как бы уменьшаем фокусное расстояние объектива, делая его на данном фотоаппарате чуть более широкоугольным. Как грубый пример: объектив, являющийся широкоугольным на среднем формате, на фотоаппарате с кропнутой матрицей будет портретником.

Следует также знать, что точка фокуса лучей видимого спектра не совпадает с точкой фокуса лучей инфракрасного и ультрафиолетового спектра. На старых объективах стояла метка фокуса для инфракрасной фотографии. Эта метка находится правее метки фокуса для обычных лучей. Стало быть, чтобы ИК-картинка была в фокусе, нужно прокрутить объектив "за бесконечность".

Опытным путём была получена следующая информация. Проводим эксперимент. На шкале расстояний отмечаем точку фокуса видимого света. Затем надеваем инфракрасный светофильтр и вращаем объектив за точку фокуса видимых лучей. На экране фотоаппарата получаем резкое инфракрасное изображение. Не так уж далеко от видимого света находится точка фокуса инфракрасных лучей. Отмечаем её. Снимаем инфракрасный фильтр и накручиваем на объектив группу из двух фильтров, которые задержат видимый и инфракрасный спектр. Опять смотрим на дисплей, находим точку разкости. Довольно далеко от видимого и инфракрасного - будет фокусироваться ультрафиолет.

Из этого следует, что и ИК, и УФ фокусируются за матрицей. Причём, УФ - сильно дальше за матрицей, чем ИК.

Хот-спот (Hot Spot)

Говоря об инфракрасной фотографии, нельзя не упомянуть об эффекте хот-спот (hot-spot). Хот-спот - это светлое пятно в середине снимка. Это пятно возникает при съёмке с большими значениями диафрагмы (больше 8) на некоторых объективах, чаще всего со сложной оптической схемой, широкоугольных, зумах. Причиной появления на снимке этого пятна является оптическая схема объектива. Поэтому для инфракрасной съёмки, как и для ультрафиолетовой, наиболее пригодны простые объективы, лучше - фиксы. Они также дают картинку с лучшей резкостью.

Снизить эффект хот-спот можно, приоткрыв диафрагму.

Примеры инфракрасных снимков можно посмотреть в разделе "Инфракрасная фотография".

Что снимать?

На каких же объектах наиболее сильно проявляется эффект инфракрасной съёмки? Что фотографировать, чтобы получать эффектные снимки, сильно отличающиеся от обычной фотографии.

Прежде всего это - растения, листва. Листья и трава получаются на инфракрасных снимках белоснежно белыми. Причём, чем ярче светит Солнце, тем они белее..

Небо. Оно на инфракрасных снимках получается совершенно чёрным. А облака - белые. За счёт этого мы видим очень выразительный и необычный контраст, которого не увидеть на обычных фотографиях. Небо с облаками различного типа на инфракрасных снимках - очень выразительно. Фотографу интересно будет поэкспериментировать - поснимать различные типы облаков на инфракрасную камеру. Наиболее выразительно получатся облака верхнего яруса - они дадут воздушный, лёгкий рисунок..

Другое применение инфракрасной фотографии

Инфракрасная фотография используется при реставрации картин и икон. Это связано с тем, что инфракрасные лучи могут проникать вглубь слоя краски. Можно увидеть предыдущие слои картины, которые, допустим, художник счёл неудачными и - закрасил. Или же картина имеет сильное загрязнение; для инфракрасных лучей оно будет прозрачно, и на инфракрасной фотографии мы сможем увидеть контуры первозданного полотна.

Полноспектровые фотокамеры можно использовать в астрофотографии. К примеру, если сравнить два снимка звёздного неба: сделанный обычной цифровой камерой и сделанный полноспектровой камерой, на последнем снимке мы увидим гораздо больше звёзд. Мало того, ночное небо, сделанное полноспектровой камерой получится более живописным; звёзды будут разных цветов.

Это объясняется тем, что свет звёзд по причине красного смещения переходит в инфракрасный диапазон, и даже далее - в радиоволны. У красного смещения может быть три причины:

• Расширение Вселенной;
• Удаление звезды от нас (Доплеровское красное смещение);
• Разность гравитационных потенциалов в точках расположения звезды и наблюдателя (Гравитационное красное смещение).

По сути, звезда может удаляться от нас по причине того, что Вселенная расширяется, так что такое красное смещение может быть названо Доплеровским. Эффект Доплера - изменение длины волны по причине движения источника излучения относительно наблюдателя. Соответственно, если звезда удаляется от нас, то свет, излучаемый ей - может сдвигаться в инфракрасный диапазон.

Также в инфракрасном диапазоне могут быть хорошо видны некоторые объекты глубокого космоса. Это объясняется тем, что инфракрасные лучи лучше проходят сквозь космическую пыль, чем лучи видимого спектра. Некоторые туманности (водородные) и другие объекты глубокого космоса могут светиться в инфракрасном спектре сильнее, чем в видимом. Пик излучения холодных звёзд также приходится на инфракрасный диапазон.

Свет, который покидает любой массивный объект - будет сдвигаться в красную часть спектра; и чем массивней объект, тем сильнее смещение.

Получается, когда мы снимаем звёздное небо обычной фотокамерой, мы можем запечатлеть на снимке только ограниченное количество звёзд и других объектов космоса. Дополнив видимый спектр инфракрасным и ультрафиолетовым, мы увидим на ночном небе намного больше.

Ультрафиолетовая фотография

Матрица фотоаппарата чувствительна также и к лучам ближнего ультрафиолета. Поэтому, если снять Hot Mirror и AA-фильтр, можно делать также ультрафиолетовые фотографии.

Снимки в чистом ультрафиолете (без ИК-составляющей) практически не отличаются от снимков, сделанных в видимом свете, за исключением того, что контуры облаков не будут прорисовываться (небо сольётся в единый фон), стёкла окон, машин и трамваев будут чёрными, а кожа людей получится тёмной. Такие фото не будут иметь цветовой составляющей; и сами снимки несколько мрачноваты, даже если фотографировать в солнечный день.

Намного более интересны снимки ИК+УФ, они получаются с совершенно сюрреалистичными эффектными цветами, например: небо - фиолетовое, деревья - красные. Сделать такие фотографии можно, если использовать светофильтр, который блокирует видимый свет, но пропускает инфракрасный и ультрафиолетовый. Найти такие светофильтры в России довольно непросто, исключение составляют стёкла китайских производителей, или старые советские стёкла. Это стёкла ZWB1 и ZWB2, а также советское стекло УФС-6. Они пропускают в большей степени ультрафиолетовый спектр, и в меньшей - инфракрасный, при этом полностью задерживая видимый свет. Используя их в паре со стёклами, которые не пропускают инфракрасный свет, можно получить снимки в чистом ультрафиолете. Это китайское стекло QB-21, а также советское - СЗС-21.

Ультрафиолетовая съёмка несколько сложнее, чем инфракрасная, так как необычные фото получить сложнее. Нужно выбирать время съёмки. В отличии от обычной фотосъёмки, когда снимать пейзаж лучше всего ранним утром или вечером, в ультрафиолетовых лучах лучше всего снимать днём, в полдень, так как в этот момент солнечный свет содержит в себе максимум ультрафиолетовых лучей, в то время как лучи закатного солнца практически не содержат ультрафиолетовой составляющей.

Фильтры, которые используются в ультрафиолетовой фотографии достаточно плотные, поэтому приходится повышать чувствительность фотокамеры и увеличивать выдержку.

Фотографируя только в ультрафиолетовых лучах, без ИК-составляющей, нам будет необходимо ставить перед объективом два фильтра. Если установить их в одну оправу, то стёкла могут слипнуться и из-за этого давать на снимках концентрические радужные круги, так называемые "Кольца Ньютона". Препятствовать слипанию можно, приклеив по краям одного из стекол несколько тонких полосок лейкопластыря так, чтобы они находились между стёклами. Также можно склеить стёкла оптическим клеем.

Программы для обработки инфракрасных и ультрафиолетовых снимков

Adobe Photoshop и Adobe Photoshop Lightroom малопригодны для обработки инфракрасных и ультрафиолетовых фотографий. По причине того, что они неспособны убирать сильные оттенки (красный у инфракрасных снимков и фиолетовый у ультрафиолетовых), неизбежно получающиеся при использовании ИК и УФ светофильтров. Для обработки больше всего подходят Phase One Capture One и PhotoNinja. Также в меньше степени Nikon Capture, если у Вас фотоаппарат Nikon.

Оптика для ультрафиолетовой съёмки

Делать снимки в чистом ультрафиолете сложнее, чем инфракрасные и УФ+ИК. И одной из причин этого является плохое пропускание объективами ультрафиолетовых лучей. На этот фактор влияет просветление и сорт стекла. Однослойное просветление меньше задерживает ультрафиолет, поэтому старые советские объективы предпочтительней. Также нужно выбирать объектив с минимальным количеством линз. Zoom-объективы для ультрафиолетовой фотографии совсем непригодны, так как их оптическая схема состоит из множества стекол. Разница между плохо и хорошо пропускающими УФ объективами довольно заметна. С объективами, которые плохо пропускают ультрафиолет, выдержка будет больше. И картинку такие объективы будут давать нечёткую, чёрно-белую, и довольно скучную.

Если фотографировать в диапазонах УФ+ИК, то пропускание ультрафиолета объективом не является проблемой. Такие фотографии можно снимать практически любыми объективами.

Примеры ультрафиолетовых и УФ+ИК снимков можно посмотреть в разделе "Ультрафиолетовая фотография".

Продолжение статьи: Инфракрасный фотоаппарат.

© Дмитрий Серебров