Испокон веков всему тому, что не находило логического объяснения, приписывались мистические свойства. Так, например, древние обожествляли Солнце, и считали, что оно в своей большой ладье совершает ежедневные путешествия по небу. И даже теперь, спустя несколько веков после описания Коперником гелиоцентрической системы, существуют люди, сомневающиеся в её истинности – причина тому незнание элементарных законов физики. Поистине удивительно, что в век развития информационных технологий и квантовой физики не уделяется должное внимание просвещению – средства массовой информации в поисках сенсации зачастую прибегают к мистификации вполне объяснимых явлений и процессов. Эта статья, надеемся, восполнит некоторые пробелы.
Относительно недавно широкое развитие получила цифровая фотография: технологии совершенствуются, выпускаются новые модели как профессионального, так и любительского класса, цены на технику снижаются, и в результате многие могут без проблем позволить себе приобретение цифрового фотоаппарата. Ассортимент последних на рынке огромен – от дешевых бюджетных моделей с ограниченными функциями до дорогих профессиональных фотокамер с большим арсеналом качественной сменной оптики для них. В результате, кроме профессиональной и любительской съемки в последнее время растет класс так называемой «бытовой» съемки – современные бюджетные модели устроены так, что любому человеку, не знакомому с принципами фотографии, удастся сделать снимки, благо функционал камеры позволяет это осуществить одним нажатием на кнопку. О качестве таких снимков здесь речь идти не будет – речь же пойдет о следующем.
Рис. 1.
Иногда на снимках обнаруживаются объекты с характерной структурой (рис. 1), которые визуально во время съемки не наблюдались. Какие только мнения не выдвигались относительно их природы: одни утверждают, будто бы цифровые фотоаппараты фиксируют души умерших, другие приписывают эти объекты полтергейсту, третьи – живым объектам из другого измерения, иные же настроены более скептически и объясняют эффект бликом от вспышки. Им даже придумали названия, причем и называют их по-разному: одни нарекли их «ШОНГами» (шарообразными объектами неизвестного генезиса), другие зовут «орбами» (англ. orb – сфера, шар), третьи – «пейн-объектами» (от греческого протос эндос ноумен – первичная умопостигаемая субстанция, сущность)… Давайте рассмотрим этот эффект подробней и выясним, какова же его природа.
Во всех подобных снимках есть две общие особенности – съемка всегда ведется со вспышкой, и, как правило, компактными цифровыми фотокамерами. Логично предположить, что причиной эффекта является свет вспышки, отраженный не от «объекта из пятого измерения», а от мелкой взвешенной в воздухе частички, невидимой во время съемки ни через видоискатель, ни на дисплее камеры. Определимся, при каких условиях эффект будет наблюдаться.
Первое условие – наличие мелких частиц в воздухе в непосредственной близости от объектива. Это могут быть, например, частицы пыли, очень мелкие капельки воды в тумане или во влажном воздухе.
Второе условие – срабатывание вспышки, причем таким образом, чтобы её световой поток позволял подсветить взвешенные частицы в непосредственной близости от объектива. Почему именно так – узнаем, несколько углубившись в теорию фотографии.
Для начала дадим пояснения основным терминам.
Основной принцип цифровой фотографии заключается в переносе светового потока с фотографируемой области на чувствительный сенсор – матрицу с последующим преобразованием в цифровые данные и сохранением файла изображения.
Фокусное расстояние объектива – расстояние от его оптического центра до чувствительной поверхности (матрицы). Современные компактные аппараты имеют объективы с переменным фокусным расстоянием (рис. 2). От фокусного расстояния зависит угол зрения объектива.
Рис. 2.
Диафрагма объектива – механическое устройство, позволяющее уменьшить действенное отверстие объектива, что в свою очередь позволяет регулировать световой поток, проходящий через объектив. Выражается в виде диафрагменного числа (рис. 2), которое представляет собой отношение фокусного расстояния к диаметру действенного отверстия. Иногда диафрагменное число называют диафрагмой и обозначают FX, где вместо Х подставляется само значение числа (напр. F2.8; F3.0 и т.д.).
В нашем случае достаточно важным будет и такое понятие, как глубина резкости. Она определяет границу резкости переднего и заднего плана при съемке объекта. К примеру, для съемки портретов глубина резкости нужна небольшая – чтобы подчеркнуть детали портрета, в таком случае задний план будет размытым; для съемки пейзажей нужна, напротив, максимальная глубина резкости, в таком случае и близкие, и наиболее удаленные объекты будут резкими. Этот параметр зависит от линейных размеров и количества точек матрицы, а также от фокусного расстояния и диафрагмы. Для компактных камер с малым фокусным расстоянием и небольшими размерами матрицы граница резкости переднего плана будет в нескольких сантиметрах от объектива, и будет приближаться к нему по мере увеличения диафрагменного числа и уменьшения фокусного расстояния.
Нерезкими на снимках будут те объекты, которые будут ближе границы резкости переднего плана и дальше границы заднего плана. В нашем случае задний план нам неинтересен, а граница переднего для компактных аппаратов составляет несколько сантиметров. Исходя из этих рассуждений, можно выделить некую условную «область расфокусировки», которою в нашем случае можно представить в виде сектора шара с радиусом, равным границе резкости переднего плана, с углом раствора, равным углу захвата объектива (заштрихованная область на рис. 3).
Рис. 3.
Фотовспышка представляет собой импульсную лампу с направленным световым потоком, который в приближении можно представить как конус. При использовании встроенной в аппарат вспышки большая часть области расфокусировки находится в зоне распространения основного светового потока вспышки, так как ось симметрии конуса этого потока недостаточно удалена от главной оптической оси объектива. Тень, которую в момент вспышки отбрасывает объектив, незначительна и в основной объем области расфокусировки попадает большой пучок света (рис. 3, б). Мелкие частицы, попадающие в поток света от вспышки, находящиеся в непосредственной близости от неё в момент её срабатывания, получают столько световой энергии, что сами становятся вторым источником света. Если же при этом они окажутся в области расфокусировки, то матрица камеры зафиксирует их в виде вышеупомянутых объектов (рис. 4).
Рис. 4.
«Но, - возразит пытливый читатель, - может ли простой блик от вспышки иметь столь ярко выраженную структуру?» Проясним этот момент.
Все подобные объекты своей структурой обязаны явлению дифракции, которое заключается в том, что свет способен отклоняться от траектории прямолинейного распространения, огибая препятствия. Сравните один из подобных объектов с картиной дифракции на круглом отверстии (рис. 5).
Рис. 5.
Действительно, получив световую энергию от вспышки, мелкая взвешенная частица сама становится источником рассеянного света, который распространяется также и в направлении объектива. Картина, наблюдаемая на снимке – не что иное, как дифракция на отверстии диафрагмы объектива. Число колец, называемых в оптике зонами Френеля, их количество и четкость зависит от диаметра отверстия диафрагмы, фокусного расстояния и расстояния между частицей и объективом. Приведем схему, иллюстрирующую это явление для случая, когда частица находится на главной оптической оси объектива (рис. 6). Эта схема сильно упрощена и далека от реальности (в реальности объектив представляет собой сложную систему линз), но достаточно наглядна.
Рис. 6.
Иногда вокруг рассматриваемых объектов на снимках наблюдается цветная радужная оболочка. Это вызвано явлением дисперсии света – разложением света на спектральные составляющие, которое мы наблюдаем в радуге. Явление проявляется благодаря неидеальности оптики объектива. Даже дорогие объективы для профессиональных камер иногда вызывают подобное явление, называемое в фотографии хроматическими аберрациями, выражающееся в появлении цветной каймы вокруг контрастных объектов.
То, что объекты на снимках зачастую имеют неправильную форму, обусловлено формой взвешенных частиц и неидеальной оптикой объектива.
Описанный эффект нередко составляет проблему при съемке, особенно во влажных и пыльных помещениях. И в связи с этим возникает вопрос – как с ним бороться?
Рис. 7.
1. Если это возможно, откажитесь от использования встроенной в аппарат вспышки. Отключайте её днем, когда автоматика определяет недостаточную освещенность. Устанавливайте экспозицию вручную, применяя при необходимости штатив.
2. Используйте по возможности внешнюю вспышку, прикрыв встроенную непрозрачной «заглушкой» так, чтобы перекрыть часть светового потока в направлении объектива, оставив другую часть для синхронизации (рис. 7). Внешнюю вспышку располагайте так, чтобы область расфокусировки перед объективом не была подсвечена основным световым потоком.
3. Снимайте с широко открытой диафрагмой (чем меньше диафрагменное число, тем шире открыта диафрагма), так частицы, расположенные наиболее близко к объективу будут настолько расфокусированы, что на снимках не отобразятся, а более удаленные будут выглядеть мелкими дефектами.
В заключение отметим, что мы разобрали всего один эффект, вызывающий дефекты снимков – но именно он является источником мистификаций, число которых в последнее время растет. И если изложенное выше для вас звучит неубедительно, то можете провести эксперимент, снимая в темноте в облаке мелких капель воды, полученных, например, с помощью пульверизатора.
В. А. Довгошей.
(опубликовано в ТМ, 10/2009)
