История бренда
Ewa-Marine
Новости
Новинки
Мастер-класс
Ewa-Marine
Фотографы о
Ewa-Marine
Фотогалерея
Видеогалерея
Статьи о
Ewa-Marine
Все модели
Ewa-Marine

Фотосъёмка под водой

Специальные виды подводных фотосъемок

Специальные виды подводных фотосъемок

Фотосъемка в воде с низкой прозрачностью в целях обследования гидросооружений, подводных частей судов, кабелей и трубопроводов, проложенных на дне водоемов, а также при подводных спасательных работах возможна только при наличии специальной техники. И один из надежных способов улучшения видимости в таких условиях — применение насадков и контейнеров с прозрачным наполнителем, помещаемых между снимаемым объектом и подводной фотокамерой.

Фотосъемка в воде с низкой прозрачностью

В отечественной и зарубежной практике подводного фотографирования в мутных средах используются насадки, выполненные в форме усеченных пирамид и конусов, наполненных прозрачной жидкостью или воздухом. Существуют контейнеры, изготовленные из монолитных кусков органического стекла. При конструировании таких приспособлений учитывают специфику работ, применяемую оптику, а также среду, наполняющую контейнер.

Жидкостный контейнер

Надежность в работе и простота в эксплуатации — главные положительные стороны контейнера с жидкостным наполнением. В собранном виде этот контейнер легко доставить к месту погружения. Несложен спуск его к мосту съемок: по мере наполнения водопроводной водой из специального сосуда контейнер равномерно погружается на нужную глубину. Важно и то, что жидкостный контейнер легко герметизируется, и практически нет необходимости его упрочнять: благоприятные прочностные условия создают однородность его внутренней и внешней сред. В свою очередь, одинаковые оптические свойства этих сред влияют на работу осветителей. При съемках с жидкостным контейнером наблюдается равномерность освещения стекла иллюминаторов и отсутствие на нем бликов.

Рис. 20. Схематические изображения контейнеров с воздушным наполнением и жидкостным наполнением

Рис. 20. Схематические изображения контейнеров с воздушным наполнением и жидкостным наполнением

Однако жидкостному контейнеру присущи и некоторые недостатки.

Во-первых, с уменьшением угла изображения объектива в воде приходится увеличивать высоту контейнера (рис. 20).

Во-вторых, съемкам сильно мешает наличие в «чистой» водопроводной воде органических и минеральных примесей. Такая вода вызывает в контейнере помутнение стекол иллюминаторов уже на вторые-третьи сутки работы. Для устранения этого недостатка приходится обрабатывать водопроводную воду либо алюминиевыми квасцами, либо формалином с последующей двухчасовой выдержкой. Это обстоятельство тормозит работу.

Для больших контейнеров в качестве заполнителей можно рекомендовать жидкости, у которых показатель преломления n незначительно отличается от n для воды.

Воздушный контейнер

Пустотелый контейнер по размерам выгодно отличается от жидкостного: при одинаковом иллюминаторе он намного ниже своего собрата (см. рис. 20). Кроме того, при работе с воздушным контейнером отпадает необходимость в дополнительных емкостях для перевозки и хранения жидких заполнителей. Немаловажное значение в работе воздушного контейнера имеет и тот факт, что воздушная среда (в отличие от водной) не загрязняется различными примесями.

Однако, наряду с положительными качествами у этой системы имеются и значительные недостатки. Так, надежной герметизации требуют места соединений иллюминатора с корпусом контейнера. В противном случае, с увеличением давления воды, по мере погружения на глубину, система даст течь. Во время работы воздушного контейнера наблюдается разность давления во внешней и внутренней средах. Поэтому для уравновешивания давления воды и воздуха в контейнере приходится применять особую воздушную автоматическую систему.

Контейнер тяжело входит в воду. Для его затопления приходится использовать значительное количество грузил. Это, в свою очередь, усложняет конструкцию воздушного контейнера и затрудняет его эксплуатацию. Для работы с такой системой требуются высококвалифицированные специалисты.

Рациональное расположение источников освещения в контейнерах

Расположение источников освещения при фотосъемке — один из основных факторов, влияющих на качество снимков.

В качестве примера рассмотрим распределение светового потока в воздушном контейнере.

Рис. 21. Схема распространения света в контейнере

Рис. 21. Схема распространения света в контейнере

По закону отражения света падающий луч, отраженный луч и нормаль к границе сред лежат в одной плоскости, а угол отражения i1 равен углу падения i2 (см. рис. 9). В данных условиях свет направлен из менее плотной среды в более плотную, и явление полного внутреннего отражения отсутствует. Однако потери светового потока, отраженного от иллюминатора и рассеянного внутри контейнера, будут значительными.

Если потерю светового потока можно компенсировать увеличением мощности источника освещения, то избавиться от бликов на иллюминаторе можно только за счет правильного расположения источников освещения.

На рис. 21 видна зависимость расположения источника освещения от угла падения луча света а и угла поля зрения объектива 2р. Из схем видно, что а1 = р и источник освещения должен быть расположен в заштрихованной зоне.

Аквалангист на глубине 15м в Японском море

Аквалангист на глубине 15м в Японском море. Темный гидрокостюм отчетливо виден на светлом фоне грунта. Фото автора.

Заслуживает внимания работа с воздушным контейнером сотрудников Ленинградского гидрометеорологического института А. Майора и В. Джуса. Конструкция контейнера решена ими при оригинальном расположении источников освещения: два самостоятельных источника освещения — импульсные лампы ИФК-120 — освещают противоположные стороны иллюминатора. В конструкции предусмотрены регулируемые заслонки, которые ограничивают поля, освещаемые каждой лампой. Лампы ИФК-120 питаются одним источником и создают одинаковую освещенность на участках иллюминатора. В результате рассеяния света резкой границы на стыке освещенных участков не наблюдалось.

При фотосъемке с контейнером, у которого осветители расположены стационарно, исследователь не может регулировать силу света. Такой контейнер позволяет снимать объекты с заранее рассчитанного и неизменяемого расстояния.

В воде, сильно загрязненной, почти отсутствует естественное освещение. Больше того, это «почти» скрадывается самим контейнером, который во время съемок приходится прижимать к снимаемому объекту. Это обстоятельство значительно упрощает расчет и подбор источников искусственного освещения.

Мощность осветителей подбирают опытным путем в лабораторных условиях, экспериментируя с различными видами фотоматериалов, меняя экспозицию, диафрагмируя объектив или меняя скорость затвора.

В ходе опытной съемки подбираются фотоматериалы, рецепты проявителей и режимы обработки фотоснимков, создаются необходимые условия для съемок.

Экспериментальные типы контейнеров

Группой подводных исследователей «Союзморниипроекта» в январе — марте 1962 г. в лаборатории ЦНИИСа МПС были проведены опыты по фотосъемке в загрязненной воде. Для работ был использован контейнер, наполненный дистиллированной водой.

Контейнер, изготовленный в ЦНИИСе, представляет собой полую, усеченную пирамиду, высотой 510 мм (рис. 22). Большее основание пирамиды — иллюминатор, выполненный из органического стекла размером 250 X 350 мм. Толщина иллюминатора 10 мм, он уплотнен резиновыми прокладками. Малое основание контейнера крепится непосредственно к боксу фотокамеры и также герметизируется резиновой прокладкой.

Рис. 22. Внешний вид контейнера с жидкостным наполнением изготовленного в ЦНИИСе МПС

Рис. 22. Внешний вид контейнера с жидкостным наполнением изготовленного в ЦНИИСе МПС

Корпус контейнера (клепаная, со спаянными соединениями конструкция) изготовлен из листовой нержавеющей стали толщиной 1 мм. На боковых стенках насадки смонтированы цилиндрические иллюминаторы для подсветки.

Опытная фотосъемка производилась в лотке, наполненном загрязненной водой, прозрачность которой по белому диску была менее 10 см. Контейнер погружался в лоток на глубину 5—7 см. Иллюминаторы подсветки, в этом случае, оставались в воздушном пространстве. Такое положение иллюминаторов давало возможность производить фотосъемку с различными источниками освещения: лампами накаливания мощностью 100 и 75 вт и импульсными лампами ИФК-120.

В программу экспериментов входили: выбор мощности и рода источников освещения; выбор рационального расположения источников освещения; подбор наилучшей физической среды для заполнения контейнера.
В опытах также рассматривались вопросы получения качественных снимков, надежности работы контейнера и простоты в обращении с ним.

Фотосъемку вели фотокамерами «Старт» и «Зенит» с зеркальными видоискателями, снабженными короткофокусным объективом «Мир-1».

Проведенные эксперименты позволили сделать ряд интересных выводов.

Оказалось, что для модели контейнера с данными размерами световой поток от двух импульсных ламп ИФК-120 с источниками питания «Луч-59» чрезмерно велик. Такая система освещения была проверена на негативной фотопленке со светочувствительностью 65 ед. ГОСТ при минимальном значении диафрагмы объектива «Мир-1», равном 22.

Применять импульсные источники освещения — лампы ИФК-120 — можно в этом случае только при пропускании света через матовый рассеивающий фильтр. Хорошие результаты были получены при фотографировании через рассеивающий фильтр лампами накаливания мощностью 100 вт. Лампы мощностью в 75 вт с применением рассеивающего светофильтра оказались маломощными. Опыты показали, что при выборе места расположения источника освещения необходимо учитывать физические данные среды, заполняющей контейнер.

В воздушном контейнере источник освещения необходимо располагать в зоне, ограниченной углом ф (см. рис. 21). В этой же зоне должен находиться и рассеивающий иллюминатор с матовой поверхностью.

В контейнере, наполненном водой, при расположении источника освещения и рассеивающего иллюминатора в активной зоне, плотность отраженного изображения — незначительна. С этим приходится мириться при создании маленького по размеру контейнера.

Правильное расположение источников освещения как в воздушном, так и в жидкостном контейнере — одно из основных требований при их проектировании.

Результаты экспериментов полностью подтвердил теоретические предпосылки. Хорошее качество подводных снимков, простота конструкции и надежность работы жидкостного контейнера сыграли свою роль. При конструировании новой аппаратуры было решено остановиться на этом виде.

Поначалу модернизировали малый контейнер ЦНИИСа, причем для удобства маневрирования под водой его строительный вес уравновесили плитой пенопласта. В 1962 г. он прошел испытания в различных портах страны. С его помощью были обследованы причалы и другие гидротехнические сооружения. Исследователям удалось в сложных условиях сфотографировать трещины на колоннах-оболочках.

Снимаемый объект мы освещали лампами накаливания СЦ-82 мощностью 100 вт каждая. Лампы крепились к кронштейнам и закрывались рефлекторами. Рефлекторы предохраняли лампы от разрушения и направляли световой ноток в сторону снимаемого объекта.

Вскоре после окончания испытаний сотрудниками группы подводных исследований «Союзморниипроекта» были разработаны и спроектированы несколько усовершенствованных образцов контейнеров для фотографирования в воде с низкой прозрачностью.

В основе их лежала схема контейнера ЦНИИСа МПС. Однако в новых конструкциях было изменено расположение источников освещения и увеличены размеры приборов. При проектировании предполагалось, что съемки через эти контейнеры будут вестись объективами «Гидроруссар 5А», поэтому высота новых конструкций (при достаточно больших размерах поля съемки — иллюминаторах) получилась небольшая. Один из таких контейнеров планировалось использовать для стереосъемки. При незначительной высоте (850 мм) он имел размер переднего иллюминатора, равный 1410 X 920 мм.

Подводная стереофотосъемка

Области применения подводной стереофотосъемки

Стереоскопические изображения — фотографии и диапозитивы называются стереопарами. Их получают с помощью стереофотокамер, имеющих два объектива, а также переоборудованными однообъективными аппаратами.

Визуальное наблюдение стереоскопической фотографии или диапозитива значительно отличается от наблюдения обычной, плоской фотографии. Поэтому для восприятия объемного изображения, т. е. для получения стереоэффекта, применяются специальные приспособления и приборы — стереоскопы и стереопроекторы.

Подводный фотограф с импульсным осветителем в Японском море

Подводный фотограф с импульсным осветителем в Японском море. Лампа осветителя укреплена на гибком кронштейне. Фото автора.

Кроме чисто визуального восприятия изображения, получаемого по стереопарам при наблюдении их с помощью стереоскопа или стереопроектора, существуют графические способы обработки стереопар. Обрабатывая стереопары на высокоточных стереофотограммет-рических приборах — стереокомпараторах, получают измерения продольных и поперечных параллаксов. Результаты таких измерений характеризуются большой степенью точности, доходящей до нескольких микрон.

С момента появления стереоскопической фотографии прошло не так уж много времени. Однако она с успехом применяется и при аэрофотосъемке, и в астрономии, биологии, кристаллографии, медицине, сельском хозяйстве и т. д.

Возникнув как один из видов специальной подводной фотографии, подводная стереофотосъемка весьма быстро завоевала широкое признание специалистов самых различных областей науки.

В настоящее время она используется при подводных обследованиях гидротехнических сооружений, для фотографирования глубоководных объектов во время океанографических работ и т. д. С помощью подводной стереосъемки (лабораторной или натурной) получают объемную динамическую характеристику разнообразных водных потоков, определяют их особенности и скорости. С этой целью в заданной последовательности делаются серии стереофотографий опытных водных потоков со взвешенными в них индикаторами — плывущими частицами, специально пущенными в воду. Важную роль играет подводное стереофотографирование и при исследовании явлений кавитации перемещающихся под водой предметов, работающих винтов. Цветные стерео-снимки донных поверхностей всевозможных водоемов, сделанные на разных глубинах, в сочетании с пробами грунта этих мест представят большой интерес не только для геологов, но и для биологов.

На глубине двух метров на каменистой отмели в Белом море сфотографирована колония мидий

На глубине двух метров на каменистой отмели в Белом море сфотографирована колония мидий. На снимке видно, как морские звезды, напавшие на поселение, истребили большую часть моллюсков. Для съемки использован объектив «Юпитер-12», диафрагма 1:5,6, экспозиция 1:60, фотопленка ДС-2. Фото автора.

О значении стереофотосъемки в научных исследованиях говорят и опыты В. С. Лощилова, изучавшего мор-кой ледяной покров. Используя метод подводной стереофотографии, ученый весной 1956 г. произвел съемку рельефа нижней (подводной) поверхности льда. Полученные стереоснимки помогли ему найти качественную и количественную взаимосвязь рельефа поверхности ледяного покрова и его средней мощности…

В зависимости от характера снимаемого объекта стереофотосъемка производится однообъективной или двухобъективной камерой.

Подводная стереосъемка подвижных объектов должна производиться с минимальной экспозицией двухобъективной фотокамерой.

Неподвижные объекты — различные виды гидротехнических сооружений, затонувшие суда, повреждения в подводной части действующих судов — могут быть сфотографированы и одной камерой. Во время такой съемки фотоаппарат, установленный на специальном устройстве, перемещается относительно двух заранее выбранных точек. Это может быть выполнено вручную или при помощи автомата. Однако применение этого метода ограничивается необходимостью перемещения под водой фотокамеры, установленной на специальном устройстве.

Стереофотографирование бывает мелководным и глубоководным (на глубине более 100 м). Глубоководная стереофотосъемка возможна только при искусственном освещении.

Параметры стереофотосъемки

Прежде всего для получения стереоэффекта необходимо учитывать построение кадра, т. е. расположение снимаемых предметов, находящихся па разных расстояниях от фотоаппарата. В этом случае правильная передача объема, иначе говоря, протяженность снимаемого объекта по глубине, имеет первостепенное значение. Объем на стереоснимках может быть передан по-разному. Он будет зависеть от величин используемых параметров стереосъемки.

Рис. 23. Основные параметры при стереофотографировании. B - стереобазис, L1 - наименьшее расстояние до снимаемого объекта, L2 - наибольшее расстояние до снимаемого объекта.

Рис. 23. Основные параметры при стереофотографировании. B — стереобазис, L1 — наименьшее расстояние до снимаемого объекта, L2 — наибольшее расстояние до снимаемого объекта.

Зависимость между основными параметрами стереосъемки выражается формулой:

Р = В-f/L мм. (13)

Теоретическим и опытным путями получена зависимость между базисом В и расстоянием L до передней границы снимаемого объекта. Эта зависимость выражается формулой:

В = L/50. (14)

Из этой формулы определяется расстояние L до снимаемого объекта:

L = 50-Б. (15)

После преобразования формул получается выражение параллакса Р, связанное с фокусным расстоянием объектива:

Р = f50. (16)

При стереосъемках двухобъективными фотокамерами с постоянным стереобазисом В нетрудно определить минимальное расстояние от плоскости негатива фотокамеры до снимаемого объекта. В качестве примера возьмем отечественную стереофотокамеру «Спутник», используемую в настоящее время для подводной стереосъемки. Камера рассчитана на широкую пленку и имеет размер кадра 6 X 6 см. Фокусное расстояние основных объективов «Спутника» f = 75 мм; базис фотокамеры Б = 65 мм. Сопоставив перечисленные величины, легко подсчитать, что L = 3250 мм.

Величина параллакса Р при таком значении L будет равна 1,5 мм.

Результаты фотосъемки подводных объектов с расстояния более пяти метров, как правило, оказываются неудовлетворительными. В этом случае будет отмечена невысокая четкость изображения и слабая цветопередача: подводная дымка и расстояние снизят их качество.

Как уже говорилось, фокусное расстояние объективов, работающих в водной среде, при переходе лучей света через плоско-параллельную пластину изменяется. Фотообъектив Т-22 камеры «Спутник» с фокусным расстоянием f=75 мм в воде работает как объектив с фокусным расстоянием f = 100 мм. Максимальный параллакс Р в этом случае равен 2 мм. Правда, не сколько увеличится стереоэффект. Но он вполне допустим для визуального наблюдения.

В условиях подводной съемки для камеры «Спутник» можно рекомендовать минимальное расстояние L = 1,5 м. Исходя из этого, Р составит 4,33 мм. Эта величина параллакса значительно увеличена, и стереоэффект получится сильно искаженным. При визуальном наблюдении таких стереопар детали изображения могут казаться во много раз выпуклее, чем в действительности.

Некоторые специалисты стереосъемок при определенном навыке рассматривания снимков специально усиливают стереоэффект, уменьшая L. Однако следует учитывать, что при выборе расстояния меньше рекомендуемого необходимо плоскость негативного фотоматериала располагать строго параллельно относительно снимаемого объекта.

При съемках стереопар, производимых однообъективной камерой, можно сохранить величину параллакса Р не более 2 мм. С этой целью уменьшают стереоба-зис В. В этом случае пользуются устройством, перемещающим фотокамеру перпендикулярно оптическим осям на заранее подсчитанную величину базиса. При расстоянии L] = 1,5 м стереобазис В для правильного стереоэффекта такой системы не должен превышать 30 мм.

Стереофотосъемку технических объектов в условиях, когда прозрачность воды достигает 20 ми более (по стандартному диску) можно производить специальными фотокамерами.

В. С. Лощилов, проводя исследования нижнего строения ледяного покрова методом стереофотосъемки, пользовался фотокамерами типа «ДК» фирмы Цейс.

Стереофотокамера «ДК» имела базис В = 1,2 м, состояла из двух строгих фотограмметрических аппаратов, объективы имели относительные отверстия 1: 12,5 и фокусные расстояния f = 57,10 мм. Размер кадра равнялся 5 X 7,5 см, плоские кассеты заменялись специально изготовленной роликовой пленочной кассетой, рассчитанной на 40 кадров. Вмонтированная в герметизирующий бокс (рис. 24) камера имела синхронное управление затворами объективов и автоматическую перемотку пленки.

Исследователь привел подробный расчет строгих стереометрических координат и дал определение их точности при условии прохождения света через плоский раздел вода — стекло — воздух. Обрабатывая снимки на стереокомпараторе, он вычислил пространственные координаты. При этом Лощилов утверждал, что такие вычисления сложнее подобных вычислений при обработке обычной односредной стереосъемки.

Стереофотографирование на больших глубинах производится специальными фотокамерами-автоматами, заключенными в боксы. Последние выдерживают огромное давление воды, которое нередко достигает нескольких тысяч килограммов на 1 см2 поверхности прибора. Конструкции таких боксов разрабатываются институтами АН СССР и проходят испытания в океанографических экспедициях.

Существующие виды герметизирующих боксов для стереофотографии в силу своей специфики не имеют оптического устройства наводки на резкость и оптического видоискателя. Применение в таких боксах рамочного видоискателя вызывает параллакс, намного снижающий качество снимка, а также (чаще при съемках на небольших глубинах) — неправильное кадрирование и ошибки в определении метража. Эти недостатки, полученные боксами без видоискателей, обычно обнаруживаются только при лабораторной обработке негативов.

Рис. 24. Общий вид прибора для стереосъемки, которым пользовался В. С. Лощилов при стереосъемках под водой нижней поверхности ледяного покрова

Рис. 24. Общий вид прибора для стереосъемки, которым пользовался В. С. Лощилов при стереосъемках под водой нижней поверхности ледяного покрова
Рис. 25. Внешний вид герметизирующего бокса для стереофотоаппарата Спутник. 1—рычаг для взвода пружины затвора; 2—рычаг спуска пружины затвора; 3—рукоятка дли перемотки пленки; 4-рукоятка для регулирования диафрагмы; 5—рукоятка привода для фокусирования объективов

Рис. 25. Внешний вид герметизирующего бокса для стереофотоаппарата Спутник. 1—рычаг для взвода пружины затвора; 2—рычаг спуска пружины затвора; 3—рукоятка дли перемотки пленки; 4-рукоятка для регулирования диафрагмы; 5—рукоятка привода для фокусирования объективов

Дальнейшее развитие подводной стереофотографии поставило перед конструкторами задачу создания фотобокса, позволяющего снимать под водой с помощью зеркального видоискателя. Такой бокс для аппарата «Спутник» был разработан автором этой книги совместно с сотрудниками группы подводных исследований «Союзморниипроекта».

Герметизирующий фотобокс аппарата «Спутник» (рис. 25) предназначен для подводной стереофотосъемки на глубинах до 100 м. Бокс, в отличие от существующих конструкций, имеет треугольное стекло главного иллюминатора, дающее возможность пользоваться при стереофотосъемке всеми тремя объективами камеры:
объективом оптического видоискателя и двумя основными объективами. Есть в боксе и устройство для оптической наводки фотокамеры на объект и кадрирования через оптический видоискатель.

Бокс состоит из корпуса и крышки, соединенных через резиновую прокладку с герметизирующей канавкой. Корпус и крышка соединяются эксцентричными замками с регулируемыми зажимными крючками. Зажимы вмонтированы в рукоятки для транспортировки и позволяют надежно и быстро запирать и отпирать бокс. Крючки запоров контрятся шплинтами, что предохраняет бокс от разгерметизации. Корпус и крышка бокса литые, выпуклые. На их внешних поверхностях установлены приводы управления, обеспечивающие регулировку наиболее важных устройств фотоаппарата: диафрагм объективов, взвода затвора, спуска пружины затвора и перемотки пленки.

Бокс для широкопленочной стереофотокамеры «Спутник» был испытан автором летом 1963 г. в Черном море. Во время съемок все системы управления фотоаппаратом работали нормально. Больше того, с помощью опытной конструкции исследователи легко получали не только стереопары, но и обычные фотоснимки. Такие возможности аппарата «Спутник» и бокса для него позволяют рекомендовать их для широкого применения при съемках под водой.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *