Юлен Очаковский - Свет в море

Стереоскопические фотоустановки конструкции Зенкевича, успешно использовавшиеся в экспедициях Института океанологии, дали весьма ценный материал морским геологам и биологам.

Рис. 56.Фотография океанского дна на глубине 1335 м (снимок сделан в рейсе «Витязя» в 1957 г.)

Рис. 57.Преломление световых лучей при переходе через поверхность заметно искажает пропорции подводных объектов

Если открыть любую книгу, посвященную фото- и киносъемке под водой или подводному телевидению, мы обязательно обнаружим главу, в которой рассказывается об оптических свойствах водной среды и законах распространения света в воде.

Умение разобраться в особенностях прохождения света через морскую поверхность и его распространения в толще моря оказывается совершенно необходимым как при съемке объектов через поверхность моря, так и при фотографировании камерой, погруженной непосредственно в воду.

При съемке через поверхность преломление световых лучей, проходящих из воды в воздух, может заметно исказить пропорции подводных объектов и расположение их относительно друг друга (рис. 57). Преломление словно поднимает все погруженные в воду предметы выше их истинного положения. Этот эффект тем заметнее, чем под большим наклоном поверхности идут лучи. Абсолютно плоское дно на мелководье, снятое через поверхность, на фотографии будет выглядеть вогнутым: в центре кадра глубина кажется больше, по краям — меньше.

При цветной фотосъемке отраженный от поверхности моря свет обычно ухудшает цветовой контраст объектов на фотоснимке (рис. 58 ,1). Законы оптики подсказывают метод борьбы с этим явлением. Ведь мы знаем, что свет, отраженный от поверхности, поляризован, а следовательно, его легко «отсечь» с помощью поляроида. Поставив перед объективом поляризационный светофильтр, мы резко уменьшаем белый фон на нашем снимке, восстанавливая тем самым насыщенность окраски фотографируемых подводных объектов (рис. 58, 2; см. цв. вкл. на стр. 140)

Рис. 58.Отраженный от поверхности свет резко ухудшает контраст объектов на фотоснимке (1). Поляризационный светофильтр позволяет избавиться от вредного влияния отраженного света (2)

Другой способ избавиться от отраженного водной поверхностью света — опустить объектив под воду. Однако если даже оставить в стороне эффекты, вызываемые рассеянием и избирательным поглощением света морской водой, то все равно благодаря разнице показателей преломления воды и воздуха условия подводного фотографирования будут значительно отличаться от условий фотосъемки в воздушной среде.

Внутренность камеры отделена от воды стеклом иллюминатора. Иллюминатор обычно делают плоским, т. е. попадающие в объектив лучи проходят плоскопараллельную стеклянную пластинку, по одну сторону которой находится воздух, а по другую — вода (рис. 59). Такие лучи преломляются дважды: на границе вода — стекло и на границе стекло — воздух. На основании закона преломления можно написать: n воды∙ sin φ 1= n стекла∙ sin φ 2и n стекла∙ sin φ 2= n воздуха∙ sin φ 3, где n воды, n стеклаи n воздуха— соответственно показатели преломления воды, стекла и воздуха. Исключив из этих уравнений промежуточную среду — стекло, получим:

где п — относительный показатель преломления воды относительно воздуха. Таким образом, независимо от материала иллюминатора синус угла, под которым луч падает на поверхность иллюминатора из воды, составляет приблизительно лишь 3/4 синуса угла падения луча из воздуха (sin φ 1= 1/n ∙ sin φ 3= 0,75 ∙ sin φ 3, так как показатель преломления морской воды относительно воздуха п равен 1,34). Поэтому угловое поле зрения объекта в воде уменьшается. Например, для фотообъектива «Юпитер-12» с углом зрения в воздухе 63° в воде он составит лишь 47°.

Рис. 59.Преломление световых лучей при прохождении через стекло плоского иллюминатора:

φ 1— угол падения лучей из воды на стекло иллюминатора; φ 2— угол преломления лучей в стекле; φ 3— угол, под которым лучи входят внутрь камеры

Преломление световых лучей при переходе из воды внутрь камеры приводит к тому, что в воде все предметы кажутся на 1/4 увеличенными, а расстояние до них на 1/4 короче, чем на самом деле. Такими они представляются ныряльщику в подводных очках (а ведь без них в воде он слеп). Такими же их запечатлеет на фотоснимке объектив через плоский иллюминатор. Определяя расстояние до предмета в воде на глаз, подводный фотограф будет получать резкие снимки, так как и он и фотокамера одинаково ошибаются в расстоянии. При использовании автоматической фотокамеры — объектив следует фокусировать на расстояние, равное 3/4 действительного. Под водой фокусное расстояние объективов как бы увеличивается.

Чтобы уменьшить ослабление водой видимой яркости предмета и размытие его контуров световой дымкой, возникающей благодаря рассеянию, следует снимать подводные объекты с более близкого расстояния. При этом важно иметь достаточно большой угол зрения объектива, с тем чтобы при малых расстояниях до объектива охватить большую площадь. Поэтому при подводной фотосъемке применяют обычно короткофокусные объективы, обладающие широкими углами поля зрения. Их преимущество перед нормальными заключается также в большой глубине резкости, что особенно важно для автоматического фотографирования в толще океана, когда нельзя заранее точно определить расстояние до фотографируемого объекта.

К сожалению, широкоугольный объектив обладает и значительными недостатками. Чем под большим углом падает луч на поверхность стекла, тем сильнее разница в преломлении световых лучей различных длин воли, вследствие чего возникают хроматические аберрации [30] Хроматическая аберрация — искажение изображения, возникающее из-за различия в преломлении световых волн разной длины. .

С возрастанием угла наклона лучей стекло плоского иллюминатора меньше пропускает свет, в результате края готового кадра затемняются.

Как же избавиться от столь вредного в этом случае преломления световых лучей? Наиболее радикальный способ решить проблему — заполнить водой внутренность фотографической камеры, конечно, не обычного фотоаппарата — ведь стеклянная оптика такого объектива не сможет работать в воде. Показатели преломления воды и стекла отличаются слишком незначительно, и на снимке запечатлевалась бы примерно такая же картина, какую видит в воде ныряльщик без подводных очков. Для практического осуществления этой идеи следует воспользоваться наипростейшей камерой-обскурой с просверленной в металлической пластинке дырочкой вместо объектива. Если все пространство между отверстием и светочувствительной пластинкой, заполнить водой, лучи света, попадающие на пластинку, не будут испытывать никакого преломления.