Объектив под водой

Рис. 14. Изменение углового поля зрения под водой при использовании плоскопараллельного иллюминатора: - угол поля зрения на воздухе; - угол поля зрения в воде.

Кажущееся приближение и масштабное увеличение предметов, рассматриваемых под водой, объясняются законом Преломления. На рис. 14 показано, как изменяется угол поля зрения под водой при пользовании маской. Это происходит вследствие различных показателей преломления на границах оптических сред: вода - стекло - воздух. Лучи света, отражаемые объектом наблюдения, преломляются дважды на границах вода - стекло и стекло - воздух. Если перед глазом или объективом камеры находится плоскопараллельная стеклянная пластинка, то угол поля зрения уменьшится.

Пользуясь формулой (2), нетрудно подсчитать, в каких пределах уменьшается угол поля зрения:

sin / sin = 1,33 / 1

(5)

Откуда

sin = 1 / 1,33 · sin 0,75 sin

(6)

т. е. угол ~ 0,75 .

Уменьшение угла поля зрения на 1/4 приводит к тому, что наблюдаемые предметы под водой будут казаться на 1/4 ближе действительного расстояния и соответственно на 1/4 увеличенными в масштабе.

Важно отметить, что под водой фотографируется именно это кажущееся, увеличенное в масштабе изображение предметов. При этом для получения резкого снимка объектив следует фокусировать также на расстояние, равное 3/4 действительного.

Например, если объект съемки находится на расстоянии 4 м, то объектив должен быть установлен на 3 м.

Таким образом, фокусное расстояние объективов под водой как бы увеличивается. В силу этого явления под водой целесообразно применять короткофокусные объективы, обладающие широкими углами поля зрения. Это дает возможность снимать с более близких расстояний, уменьшая тем самым толщину слоя воды между камерой и объектом съемки и снижая рассеивающее действие взвешенных частиц. Кроме того, короткофокусные объективы обладают большей глубиной резкости в сравнении с обычными (основными), устанавливаемыми на съемочные камеры.

В табл. 1 сравниваются углы поля изображения некоторых отечественных объективов для фотоаппаратов на воздухе и в воде.

Из табл. 1 видно, что угол поля изображения объектива с фокусным расстоянием 35 мм. под водой, равный 48° по диагонали кадра, почти соответствует углу объектива с фокусным расстоянием 50 мм на воздухе - 47°. Таблица помогает выбрать нужный объектив для съемки тех или иных объектов.

Таблица 1

Угловое поле изображения объективов для фотоаппаратов на воздухе и в воде (для кадра 24 X 36 мм)

Объектив

Фокусное

расстояние,

мм

Угол поля изображения объектива, градусы

по диагонали кадра

по горизонтали кадра

по вертикали кадра

на воздухе

в воде

на воздухе

в воде

на воздухе

в воде

„Юпитер-8"

50

47

35

40

30

27

20

"Юпитер-12"

35

64

48

54

40

38

28

"Орион-15"

28

75

56

65

40

47

35

„Гидроруссар"

18,5

99

74

88

66

57

43

Для фотографирования группы людей или подводных сооружений применяются объективы с наиболее коротким фокусным расстоянием, так как съемка подобных объектов с достаточно близкого расстояния возможна только широкоугольными объективами. Если же нужно получить снимки мелких объектов крупным планом, целесообразно ис-пользовать объектив среднего фокуса или длиннофокусный.

При съемке мелких рыб, крабов, водорослей пользуются следующим приспособлением. На заранее рассчитанном расстоянии перед иллюминатором бокса укрепляется рамка (рис. 15).

Рис. 15. Установка рамки для съемки мелких объектов с близкого расстояния а - расстояние от рамки до пленки в камере; б - расстояние, на которое фокусируется объектив (а X 0,75); в - глубина резко изображаемого пространства

Размеры рамки для желаемого расстояния легко под считываются, если известны фокусное расстояние объектива и размеры кадра в нашей камере. Приблизив рамку вплотную к снимаемому объекту, мы получим четкий снимок в пределах глубины резкости данного объектива, при чем объект, поместившийся в рамке, «впишется» в кадр. Как уже говорилось выше, объектив должен быть установлен на 3/4 действительного расстояния. Из оптики известно, что глубина резко изображаемого пространства находится в прямой зависимости от расстояния до объекта, фокусного расстояния объектива и относительного отверстия (диафрагмы). Чем дальше находится объект съемки и чем больше задиафрагмирован объектив, тем больше глубина резкости. В подводных съемках экспозиция обычно изменяется только за счет диафрагмирования объектива, так как управление дискам установки скоростей затвора камеры, помещенной в бокс, затруднено. Поэтому, определив экспозицию и установив требуемую диафрагму, снимающий под водой должен иметь представление о диапазоне глубины резкости, обеспечиваемом этой диафрагмой при съемке с данного расстояния. На всех современных объективах имеются шкалы для определения глубины резкости в зависимости от дистанции и диафрагмы. Однако под водой этими шкалами пользоваться нельзя, так как передняя и задняя границы диапазона резкости отодвигаются на 1/4 в сравнении со съемкой на воздухе, то есть показания шкал глубины резкости на объективах должны быть умножены на коэффициент 1,33. При определении границ глубины резкости по шкале на объективе могут получаться нерезкие снимки близких объектов. Например, диапазон глубины резкости объектива «Юпитер-12» с фокусным расстоянием 35 мм при установке на дистанцию 1 м, при диафрагме 8 на воздухе будет лежать в пределах между 82 и 128 см, а под водой эти границы будут соответственно равны 109 и 170 см. Границы диапазона резкости как бы «отодвигаются» от камеры, но в то же время общая глубина резкости возрастает (в нашем примере на воздухе она равна 46 см, а под водой 61 см).

Применение короткофокусных объективов, с одной стороны, дает ряд преимуществ, о которых было сказано выше, а с другой, с увеличением угла поля изображения объектива, при плоскопараллельном иллюминаторе, приводит к ухудшению качества снимка вследствие хроматической аберрации. Происходит это потому, что световые лучи падают на стекло иллюминатора подразными углами. Чем короче фокус объектива, тем больше угол поля изображения. С увеличением последнего возрастает угол, под которым краевые лучи проходят через стекло. Преломляясь, лучи света разлагаются на составные части спектра, так как преломление оптической средой лучей с разной длиной волны неодинаково. Резкость изображения по краям кадра вследствие этого хуже, чем в центре. Другой отрицательной стороной применения плоскопараллельного защитного стекла является неодинаковое масштабное увеличение в центре и по краям кадра. В практике подводных съемок известны следующие возможности для улучшения качества изображения при больших углах поля зрения объектива:

1) использование светофильтров, ограничивающих спектральную область света и пропускающих только участок спектра, близкий к спектральной чувствительности применяемой черно-белой пленки. Для цветной пленки пригодны дополнительные, цветные корректирующие светофильтры;

2) применение оптических насадок, состоящих из двух линз с разными коэффициентами преломления. Такие насадки уменьшают хроматическую аберрацию за счет подбора радиусов кривизны обеих линз в сочетании с коэффициентами преломления стекла разных марок. Кроме того, эти насадки, применяемые вместо плоского иллюминатора, позволяют сохранить угловое поле изображения объектива под водой неизменным, то есть таким же, как на воздухе.

Наибольшее распространение получили оптические насадки, разработанные французским оптиком профессором А. Ивановым. Эти насадки позволяют добиться лучшего качества изображения по всему полю кадра при достаточно широком угле поля изображения объектива (рис. 16).

Система, предложенная А. Ивановым, состоит из двух линз. Передняя линза - иллюминатор 1 плоской стороной соприкасается с водой и является рассеивающей. В фокус этой линзы помещается собирательная линза 2. При съемках с такой насадкой сохраняется угловое поле зрения объективов (как на воздухе) при довольно высоком качестве изображения. Наиболее характерной чертой этих насадок является значительное увеличение глубины резкости, позволяющее не производить под водой наводку по метражу приблизительно в пределах 1,5-6 м расстояния до объекта.