Подводная киносъемка
Искусственное освещение при подводных киносъемках
ГЛАВА IV.
ВЫБОР ИСТОЧНИКА СВЕТА
В прибрежных районах окружающих нас морей прозрачность по стандартному белому диску не превышает 7— 10 м. Подводная освещенность на глубине до 10—15 м еще достаточна для съемок на пленку нормальной чувствительности, но если мы погрузимся глубже, то обнаружим, что света не будет хватать, несмотря на яркий солнечный день. Убедиться в этом можно с помощью подводного экспонометра или сняв пробные кадры.
Но ведь интересные для киносъемки объекты бывают и на большей глубине. Как же быть в этом случае?
Здесь на помощь нужно призвать искусственное освещение с помощью электрических источников света. Применение искусственного освещения под водой, во-первых, позволяет довести освещенность объекта до уровня, необходимого для нормальной экспозиции черно-белых и цветных пленок и, во-вторых, компенсирует недостаток красных лучей, что очень существенно^при цветных съемках. Даже тогда, когда естественная освещенность бывает достаточно велика и обеспечивает нормальную экспозицию, для производства цветных киносъемок очень полезно применять подсветку искусственным светом. Это восстанавливает окраску объектов, потерявшуюся в результате изменений спектрального состава естественного света.
Для подводного освещения могут применяться как лампы накаливания, так и газоразрядные лампы. К последним относятся ртутные лампы высокого и сверхвысокого давления, ксеноновые, дуговые, люминесцентные лампы и др.
Основным условием применения электрических источников света под водой является герметизация их токопод-водящих частей и в ряде случаев колб ламп и отражательных устройств. Это условие осложняет применение осветительных приборов при .подводной любительской киносъемке.
Известную трудность для кинолюбителя представляет также обеспечение подводной осветительной аппаратуры электропитанием.
В зависимости от места, где намечено производство подводных киносъемок, питание к осветительной аппаратуре может быть подано от генератора, расположенного на судне или боте, от силовой сети с берега, от аккумулятора, который может находиться на шлюпке, на берегу или заключен в водонепроницаемый бокс и опущен под воду вместе с источником света. Если представляется возможность подъехать к берегу на автомашине, то можно пользоваться энергией автомобильного аккумулятора.
Во всех случаях питание к подводным осветительным приборам должно подаваться с помощью резинового морского кабеля или кабеля, имеющего надежную и стойкую к морской воде изоляцию из какого-либо пластика.
Наиболее подходящими для подводного освещения являются лампы накаливания. Они дешевы, просты по устройству, надежны в эксплуатации, не требуют специальных устройств для зажигания; средства для их герметизации очень несложны и доступны для изготовления кинолюбителю. Кроме того, лампы накаливания, содержат в своем спектре много красных лучей, которых не хватает под водой при съемке на цветную пленку. К недостаткам следует отнести их низкую по сравнению с газоразрядными лампами световую отдачу.
Поскольку электрические лампы накаливания наиболее удобны для использования в кинолюбительской практике, остановимся кратко на их свойствах.
Основными важными для цас световыми характеристиками этого вида ламп являются световой поток, световая отдача и цветовая температура.
Световым потоком лампы называют энергию излучения в видимой части спектра, которую оценивают по производимому действию на человеческий глаз. Единицей светового потока является 1 лм.
Под световой отдачей ламп подразумевают количество единиц светового потока (люменов), излучаемое лампой на каждый ватт расходуемой электрической энергии. Измеряется световая отдача в люменах на ватт (лм/вт).
Лампы накаливания обладают непрерывным спектром в отличие от газоразрядных — ртутных или люминесцентных ламп, спектр которых является линейчатым или смешанным. Источники света с непрерывным излучением называются температурными излучателями.
Спектральное распределение энергии температурных излучателей зависит от нагрева поверхности излучателя.
Температура раскаленного тела определяет спектральный состав излучения температурного излучателя в видимой части спектра.
Спектральный состав непрерывного излучения принято оценивать цветовой температурой излучения.
Физически цветовая температура излучения равна истинной температуре условного идеального абсолютно черного тела, при которой цвет излучения одинаков с определяемым для реального температурного излучателя. Для примера приведем табл. 5 величин цветовой температуры некоторых источников света.
На рис. 56 приведены кривые распределения энергии в спектре различных газонаполненных ламп накаливания и некоторых естественных источников света. Из этих кривых видно, что в спектре ламп накаливания преобладают красные излучения, а в спектре голубого или облачного неба — синие излучения.
Световой поток, световая отдача и цветовая температура ламп накаливания сильно зависят от величины питающего напряжения. Изменение некоторых параметров ламп в процентах при изменении напряжения питания на 1% приведено в табл. 6.
На рис. 57 изображены кривые зависимости этих параметров от величины питающего напряжения. Как мы видим, с ростом напряжения резко возрастает световой поток и световая отдача и еще более резко снижается срок службы ламп.
Значительное возрастание светового потока при увеличении напряжения в ущерб сроку службы часто используется в фотографии и кинематографии. Нормальный срок службы обычных ламп исчисляется сотнями часов, в то же время процесс киносъемки длится минуты, поэтому сокращение срока службы ламп вполне оправдано.
При подводной киносъемке в условиях среды, сильно ослабляющей световые лучи, как правило, для освещения требуются значительные мощности, поэтому здесь особенно целесообразно использовать форсированный режим горения ламп. Причем установка освещения должна производиться при горении ламп в режиме недокала или нормальном, а в момент начала съемки должно подаваться повышенное напряжение.
Весьма перспективными для освещения под водой являются ксеноновые лампы дугового электрического разряда (рис. 58).
Лампы представляют собой толстостенный шаровой баллон из кварцевого стекла с впаянными в него на небольшом расстоянии друг от друга электродами. Баллон лампы наполнен тяжелым инертным газом — ксеноном-до давления 8—9 атм, которое при работе лампы возрастает до 20—25 атм.
По внешнему виду ксеноновые лампы очень похожи на ртутные лампы сверхвысокого давления. При горении они имеют спектральный состав излучения в видимой части, близкий к спектральному составу дневного света (Гцв = =6000° абс. шкалы) и практически не изменяющийся при изменении напряжения на лампе. Лампы обладают очень высокой яркостью электрической дуги, образующейся между электродами во время горения.
Ксеноновые лампы могут работать при некотором снижении их световой отдачи непосредственно в водной среде с незащищенным баллоном. Время для разгорания этих ламп не требуется, и они сразу же после включения дают полный световой поток в отличие от ртутных, которые разгораются в течение значительного времени.
К недостаткам ксеноновых ламп следует отнести то, что, как и все газоразрядные лампы, они работают совместно с пускорегулирующим прибором — балластным дросселем (для ламп переменного тока) или балластным сопротивлением (для ламп постоянного тока).
Для зажигания ксеноновых ламп требуется мощный высоковольтный импульс напряжения величиной 30— 50 квт, вырабатываемый специальным устройством зажигания.
Для сравнения параметров некоторых типов ламп, пригодных для освещения при киносъемках, приведена табл. 7.
Как видно из таблицы, световая отдача перекальных фотографических ламп накаливания почти вдвое выше, чем у обычных осветительных ламп, и равна световой отдаче ксеноновых ламп. Практика показывает, что применение перекальных ламп для освещения при подводной съемке удобно и экономично. Ксеноновые лампы, обладают щие весьма малыми размерами светящегося тела большой яркости, могут применяться для создания направленных подводных прожекторов.
ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Подводные осветительные приборы, так же как и обычные, применяемые для надводных киносъемок, по принципу использования можно разделить на две группы:
1) приборы направленного света, характеризующиеся тем, что их световое излучение сосредоточено в сравнительно узкой пучке световых лучей, распределенных в небольших телесных углах рассеяния, равных от 10 до 45°;
2) приборы рассеянного света, характеризующиеся большими углами рассеяния световых лучей — от 45 до 180°.
Приборы направленного света применяются под водой для высвечивания отдельных объектов или деталей объекта и для создания различных световых эффектов. Рассеянный свет применяется для общего освещения снимаемой площади, для освещения фона и иногда для освещения самой водной среды, в которой находятся объекты съемки. В отличие от воздуха, водная среда при освещении сама начинает светиться.
По конструктивному признаку подводные осветительные приборы также делятся на два типа:
1) приборы с открытой; лампой, характеризующиеся тем, что лампа и отражательное устройство у этих приборов омываются водой; от воды изолированы только токоведущие части;
2) приборы с закрытой лампой, у которых источник света и отражатель загерметизированы в специальном водонепроницаемом боксе, выдерживающем давление воды на рабочей глубине погружения.
Наиболее доступны кинолюбителям приборы первого типа. Они просты и легки в изготовлении.
Простейший подводный светильник. Самый простейший подводный светильник изображен на рис. 59. Он представляет собой обычную электрическую лампу, к цоколю которой припаян электрический кабель. Для предохранения от соприкосновения цоколя и концов кабеля с водой последние помещаются в отрезок трубы, изготовленный из листового металла или пластмассы, и внутрь этой тРубы заливается расплавленная электроизоляционная масса. В качестве заливочной массы можно применить либо парафин, либо битум, смешанный с канифолью и машинным маслом.
Для холодной воды на 1 кг битума марки 3 добавляется 1 кг канифоли и 400 г масла, а для очень теплой воды на то же количество битума марки 5 — 1 кг канифоли и 400 г масла.
Одна половина колбы лампы покрыта отражающей краской (белой или алюминиевой). Зажигать такую лампу на воздухе нельзя, так как от нагрева краска на колбе будет обгорать, в воде же колба непрерывно охлаждается.
Колбы обычных ламп накаливания, изготовленные из тонкого стекла, могут выдержать довольно значительное давление при погружении их в глубину. Так, например, тонкостенные колбы ламп НГ-1000 выдерживают давление при погружении на глубину до 50 м. Но эти колбы очень боятся механических ударов, поэтому их применения следует избегать. Гораздо прочнее в этом отношении прожекторные лампы типа ПЖ, колбы которых меньше. Лампы подводного освещения. Для работы на больших глубинах наша промышленность выпускает специальные глубоководные лампы типа СЦ-82 и СЦ-83 (рис. 60).
Первая имеет мощность 1000 вт и рассчитана на питание от сети напряжением 110 в, а вторая — 1500 вт и рассчитана на то же напряжение. Колбы ламп этого типа изготовляются из особо прочного стекла увеличенной толщины, размеры колб небольшие.
Лампы СЦ-82 и СЦ-83 выдерживают давление на глубинах более 200 м. Хотя кинолюбителям и не придется погружаться на такую глубину, применение ламп СЦ-82 и СЦ-83 в кинолюбительской практике весьма желательно, так как они обладают высокой механической прочностью.
В табл. 8 приведены некоторые типы ламп накаливания, которые могут применяться для подводного освещения на глубинах до 20 м.
Пользуясь кривыми, изображенными на рис. 57, можно выбрать любой желаемый режим горения лампы, отличающийся от номинального; при этом параметры номинального режима принимаются за 100%.
Резиновые патроны. Для герметизации ламп подводного освещения выпускаются специальные резиновые патроны (рис. 61). Патрон представляет собой толстостенный резиновый цилиндр, оканчивающийся с двух сторон тонкостенными эластичными манжетами. Одна манжета, большего диаметра, служит для создания герметизации между патроном и цилиндрической частью колбы лампы, а дру-~ гая — между патроном и питающим кабелем. Для уплотнения манжеты обматываются туго, виток к витку, прочной ниткой, причем нитку наматывают в направлении от толстостенной части патрона, так как при уплотнении манжеты вытягиваются.
Патрон может использоваться как с резьбовой вставкой, так и без нее. В последнем случае концы кабеля припаиваются к цоколю лампы.
Резиновые патроны выпускаются двух типов:
1) малый резиновый патрон, предназначенный для применения с лампами типа СЦ-82 и СЦ-83;
2) большой резиновый патрон, предназначенный для использования с лампами, имеющими утолщенную цилиндрическую часть.
Резиновые патроны выпускаются на Астраханском викельном заводе для подводного освещения при лове рыбы.
Если подводному кинолюбителю по каким-либо причинам трудно приобрести такой патрон, то его нетрудно изготовить самому, имея резиновые трубки разных диаметров и клей.
Соффиты к лампам подводного освещения. В качестве отражателей к лампам, приспособленным для подводного освещения, по способу, изображенному на рис. 59, или с помощью резинового патрона, могут применяться всевозможные самодельные соффиты (рис. 62). Такие соффиты можно спаять из листового железа или меди. Поверхность их должна быть тщательно окрашена для предохранения от коррозирующего действия морской воды. Внутренняя часть соффитов дополнительно окрашивается белой или алюминиевой хорошо отражающей свет краской.
Установка соффитов под водой значительно проще, чем на воздухе. Один из способов установки соффитов показан на рис. 63. Соффит при этом способе удерживается в определенном положении с помощью надувного поплавка, которым может являться обычная футбольная камера, и двух импровизированных якорей, которыми могут являться камни, лежащие на грунте.
Применение зеркальных ламп для подводного освещения. Для освещения на небольших глубинах рекомендуются лампы с зеркальным покрытием на колбе (рис. 64).
Эти лампы хорошо перераспределяют световой поток, излучаемый нитью. При обычной воздушной съемке они дают прекрасные результаты и могут работать в перекальном режиме. Характеристики выпускаемых зеркальных ламп приведены в табл. 9.
К зеркальным лампам этого типа подходит большой резиновый патрон.
Недостатком ламп, с точки зрения их использования для подводного освещения, является механическая непрочность колбы.
Применение ламп-фар. Для создания узких световых пучков под водой возможно применение автомобильных и самолетных ламп-фар. Они представляют собой комбинацию источника света и точного отражателя, имеют большую силу света и малые полезные углы рассеяния (табл. 10).
На рис. 65 изображен общий вид подводного прожектора с авиационной лампой-фарой, разработанный для подводных съемок на Московской студии документальных фильмов. Для питания лампы-фары применены малогабаритные серебряно-цинковые аккумуляторы.
Светильник общего подводного освещения ПФ-1. Светильник ПФ-1 является водолазным подводным фонарем общего освещения и имеет поплавок, который придает ему плавучесть, что позволяет закреплять светильник под водой в плавающем положении (рис. 66). Поплавок изготовлен в виде стального цилиндра.
В нижней части светильника на двух тягах с помощью кольца укреплен патрон (рис. 67). Корпус патрона 2 в средней части имеет сердечник для ввинчивания лампы светильника, вверху — устройство для герметизации колбы лампы и патрона, а снизу — сальниковый ввод для кабеля.
Сердечник патрона 2 с текстолитовой втулкой 3 крепится в корпусе патрона эбонитовой гайкой 4, а штифт 5, входящий в тело фарфорового основания сердечника, удерживает его от вращения.
Сальниковый ввод состоит из резиновой прокладки 6, промежуточной шайбы 7, двух резиновых шайб 8, нажимной шайбы 9 и гайки сальника 10.
Устройство для герметизации колбы лампы и патрона состоит из резиновых колец 22, втулки 12 и нажимной гайки 25, навинчивающейся на корпус патрона.
Лампа, используемая в светильнике, имеет зеркальное покрытие верхней части колбы, направляющее свет вниз.
Светильник ППС-1000. Переносный подводный светильник ППС-1000 (рис. 68) состоит из металлического патрона, аналогичного вышеописанному, с лампой типа СЦ-82 или СЦ-83, хромированного металлического’ отражателя и кабельной вьюшки с морским кабелем типа РШМ. Отражатель и лампа в подводном положении свободно омываются водой. Устанавливается светильник под водой на штативе.
Подводный прожектор. Подводный прожектор представляет собой конструкцию, состоящую из прочного корпуса с иллюминатором, внутри которого размещается источник света и точно рассчитанный отражатель (рис. 69). Иллюминатор имеет относительно большой диаметр и подвергается значительной нагрузке при погружении, поэтому изготавливается из особо прочного стекла.
Осветительная киноторпеда Ребикова. Очень интересный осветительный прибор для подводных съемок разработал французский инженер Дмитрий Ребиков. Прибор представляет собой своеобразную осветительную торпеду, имеющую в носовой части осветитель с рефлектором, а в задней части — гребной винт для передвижения оператора под водой (см. рис. 34.)
В качестве источника света используется лампа накаливания перекального типа. В цилиндрическом корпусе торпеды располагаются малогабаритные серебряно-цинковые аккумуляторы и электромотор. Емкость аккумуляторов обеспечивает работу электромотора и лампы в течение 20 мин.
1— металлический корпус; 2— электрическая лампа; 3— иллюминатор; 4 — рефлектор
Автономный прожектор с ксеноновой лампой. Во Всесоюзном научно-исследовательском институте морского рыбного хозяйства и океанографии для освещения, при подводных киносъемках был разработан автономный прожектор с дуговой ксеноновой лампой сверхвысокого давления типа ДКсШ-1000 (рис. 70). Для прожектора использован герметический бокс подводной кинокамеры ВНИРО. Внутри этого корпуса помещены батарея серебряно-цинковых аккумуляторов и высоковольтное устройство для зажигания лампы, построенное на полупроводниковых приборах. Прожектор включается путем нажатия указательным пальцем на скобу, расположенную справа около ручки.
Запас энергии аккумуляторов обеспечивает горение лампы в течение 30 мин.
В прожекторе имеется фокусирующее устройство, позволяющее изменять ширину светового пучка.
ВЫБОР МОЩНОСТИ ПОДВОДНОГО ОСВЕЩЕНИЯ. РАССТАНОВКА ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Изобразительный результат съемки под водой зависит от выбора мощности освещения и правильной расстановки осветительных приборов. Но подводную съемку всегда приходится проводить в условиях «затуманенного» пространства, поэтому техника освещения при подводных киносъемках существенно отличается от техники освещения при воздушных съемках.
Прежде всего явления поглощения и рассеяния света в воде приводят к тому, что изменение освещенности объектов по мере их удаления от источника света происходит значительно быстрее, чем на воздухе. При отсутствии ослабления световых лучей средой освещенность какой-либо плоскости, перпендикулярной этим лучам, подсчитывается по известному закону квадратов расстояний:
где Е — освещенность, I — сила света источника, L — расстояние от источника до освещаемой плоскости.
Но в воде световые лучи дополнительно ослабляются за счет действия поглощения и рассеяния, и в эту формулу необходимо внести поправку.
Как мы выяснили в первой главе, слой воды действует на световые лучи так же, как поглощающий светофильтр с коэффициентом пропускания т, равным:
где е — показатель ослабления водной среды. Поэтому освещенность от узкого пучка лучей под водой нужно подсчитывать по формуле
Приведем пример. Если ца воздухе на расстоянии 5 м от самолетной лампы-фары типа СМФ-2 (см. табл. 10) освещенность в центре светового пятна,’ подсчитанная по закону квадратов расстояний, равна 18 ООО лк, то в воде с прозрачностью по белому диску в 10 м освещенность, подсчитанная с уче- ^ V том ослабления световых лучей, равна всего лишь 5000 лк.
Однако для светильников, имеющих большие углы рассеяния лучей, изменение освещенности из-за явлений многократного рассеяния света на взвешенных частицах несколько меньше.
На рис. 71 приведен график, иллюстрирующий снижение освещенности при увеличении расстояния от светильника до освещаемого объекта (по Вейнбергу). График построен для трех светильников: широкоизлучателя, имеющего большой угол рассеяния лучей — i, прожектора —2 и светильника с идеально узким лучом — 3. В абсолютно прозрачной воде эти светильники на расстоянии 1 м создают освещенность, равную 10 000 лк, т. е. имеют силу света по 10 000 св.
Верхняя кривая относится к идеально прозрачной воде и соответствует закону квадратов расстояний. Остальные кривые относятся к водам с относительной прозрачностью по белому диску, равной 20 и 5 м. Как видно из графика, чем меньше угол излучения, тем резче падает освещенность при удалении от него.
Таким образом, мы убеждаемся, что мощности освещения при подводных съемках относительно больших сцен должны быть значительно больше, чем требуемые для освещения таких же по размеру сцен на воздухе.
При применении искусственного освещения под водой наряду с большой потерей мощности за счет поглощения и рассеяния световой энергии происходит образование световой завесы, которая, как мы знаем, понижает видимый контраст объектов снимаемой сцены.
На рис. 72 приведены две схемы взаимногр расположения киноаппарата и осветителей под водой. На первой схеме (рис. 72, а) осветители расположены рядом с киноаппаратом на одинаковом удалении с ним от снимаемой сцены.
При этом значительная часть пространства между снимаемой сценой и киноаппаратом оказывается засвеченной прямыми лучами осветителей. Находящиеся в этом пространстве взвешенные частицы светятся и тем самым создают световую завесу. Частицы, расположенные в непосредственной близости от осветителя, освещены сильнее и отбрасывают больше света в объектив киноаппарата, чем частицы, которые освещены лучами, прошедшими в воде больший путь.
На второй схеме (рис. 72, б) осветитель приближен к снимаемому сюжету. В этом случае гораздо меньшее пространство пересечено световыми лучами и, в связи с этим, величина вуалирующей яркости световой завесы меньше, а следовательно, и меньше снижение видимого контраста объектов съемки.
Кроме того, чем больше расстояние, проходимое световыми лучами в воде, тем больше они ослабляются. Поэтому при расстановке освещения под водой всегда нужно стремиться приблизить осветительные приборы к снимаемому объекту, но следить за тем, чтобы они не попали в поле зрения объектива киноаппарата.
Как показывает практика, угол расположения осветительных приборов по отношению к оси съемки должен быть близок к 45°.
Двустороннего освещения снимаемых подводных сюжетов в большинстве случаев не требуется. Если в воздухе при одностороннем освещении рельефного объекта съемки неминуемо возникают резкие тени, то под водой этого не происходит. В результате рассеяния света на взвешенных частицах теневые стороны подводного объекта оказываются в некоторой степени освещены. Более того, наличие глубоких переходов от света к тени под водой бывает полезно для увеличения контрастности деталей снимаемого объекта.
Как бы ни располагались источники освещения при подводной киносъемке, никогда нельзя освободиться полностью от вредного влияния образующейся световой завесы. Она возникает не только за счет рассеяния прямых лучей источника, но и за счет рассеяния лучей, отраженных от объекта. Чем больше мощность освещения, тем больше вуалирующая яркость световой завесы. Если при оптимальном расположении осветительных приборов их мощность увеличить в 10 раз, видимость под водой увеличивается только на 15% (по Гершуну). Это явление обусловлено тем, что с увеличением силы света источника возрастает не только яркость освещаемого предмета, но и яркость паразитической световой завесы перед наблюдаемым предметом. Поэтому мощность освещения подводных объектов для киносъемки следует выбирать минимально необходимую для нормального экспонирования пленки.
