Чувствуете ли вы «Жажду скорости»? Вы наверняка видели крутые фотографии, когда определенное динамическое действие показывается навеки застывшим во времени, и хотели научиться делать их самостоятельно. Может вы хотите попробовать заняться «фотомагией» и сделать, чтобы предметы замирали в воздухе? Позвольте показать, как это делается.
Canon 50D с 50mm f/1.8 объективом Canon - 1/2000 с., f/6.3, ISO 400. Только дневной свет - вспышка отключена.
Чем дольше вы занимаетесь фотографией, тем больше начинаете ценить способность камеры творить магию. Одна из особых функций наших «магических ящиков» - умение останавливать время. Мне нравится выражение художника Джона Бёрджера: «Фотография кажется странным изобретением, ведь ее основные рабочие материалы - свет и время».
Когда вы нажимаете на кнопку спуска затвора, вы в буквальном смысле используете свет, чтобы запечатлеть момент времени, который не существовал до этого и не будет существовать после. Дни идут, а застывший момент остается, и чем короче выдержка, тем этот осколок времени тоньше.
Скоростная съемка - что это такое?
В рамках статьи мы определим скоростную съемку как способность регулировать выдержку фотографии так, чтобы всё движение было застывшим, и зритель мог увидеть то, что невооруженным глазом рассмотреть невозможно. Есть два основных способа это сделать: первый - сократить выдержку, второй - использовать вспышку с минимальной длительностью. Общий знаменатель этих двух методов - очень маленькое время экспонирования. Но насколько маленьким оно должно быть? Как и в большинстве сфер фотосъемки, это относительное понятие.
Съемка в дневном свете
Когда вы пользуетесь только естественным светом, например, на улице в солнечный день, логично, что уже применяется первый метод. Вы наверняка знаете - чтобы двигающийся субъект на фотографии не двигался, нужно использовать короткую выдержку. А если конкретнее? Если вы хотите полностью заморозить субъект, выдержка должна быть достаточно короткой, чтобы во время экспонирования не было никакого отчетливого движения.
Необходимая выдержка зависит от скорости движения субъекта. Направление движения относительно камеры (по направлению к фотографу или от него, диагонально или перпендикулярно) также играет роль. Не нужно забывать о расстоянии до субъекта и силе зуммирования.
Для работы с очень быстрыми объектами (например, летящей пулей), ксеноновая вспышка вряд ли даст необходимый результат. Так называемая вспышка с коротким импульсом (air-gap flash) может обеспечить снимок с выдержкой, равной 1/1000000 секунды вместо стандартной 1/35000. В качестве замены ксенона используется воздух, а вместо 100 вольт напряжения - смертельно опасные 30 тысяч вольт. Если вы займетесь этим, то бесспорно переступите черту новичка и перейдете на новый уровень.
Ускоренная (рапидная) киносъёмка, по частоте превышающая стандартную (24 к/с), используется для создания эффекта замедленного движения, который востребован в проекции фильмов, телевидении, компьютерных играх, научном кинематографе. Она применяется с целью запечатления спортивных событий, для воспроизведения движения элементов макета или природных явлений согласно установленному масштабу времени. На экране демонстрируется воображаемое замедление темпа снятых явлений, и при этом зрителю предоставляется возможность рассмотреть промежуточные фазы процессов и плохо различимых деталей.
Особенности ускоренной съёмки
Виды съёмки:
- ускоренная, или рапид-съёмка (32-200 к/с) осуществляется посредством стандартной аппаратуры с грейферным механизмом и прерывистым движением плёнки;
- более скоростная съемка с частотой 200-10 000 к/с обеспечивается непрерывным равномерным движением плёнки с применением оптических и электронных методов манипуляции светом. Ускоренную съёмку ведут с рук из движущегося транспортного средства при помощи профессиональной или обычной любительской аппаратуры с расширенным диапазоном частот, необходимого для устойчивости изображения.
Технологии киносъёмок остаются почти неизменными с 1955 года, исключением становится создание электронного затвора, хотя изображение в настоящее время фиксируется не на плёнку, а на последовательность цифровых матриц, благодаря которым обеспечивается частота кадров 100 млн в секунду.
Степень ускорения ограничивается возможностями камеры, её конструкцией и динамикой. Для любительской аппаратуры характерна ускоренная съёмка - 64-72 к/с, для профессиональной - 360-600 к/с. Современные камеры способны обеспечить частоту 200 к/с с её постепенным увеличением с целью получения спецэффекта нарастания скорости. Если требуется большее ускорение, то прибегают к манипуляции кадрами на киноплёнке.
Существуют разнообразные виды съёмок в научной и прикладной кинематографии, в частности для исследования быстротекущих явлений и процессов. Одной из них является высокоскоростная, или рапид-съемка, с частотой более 250 кадров в секунду, позволяющая заснять процессы, недоступные восприятию человеческого глаза по причине кратковременности или высокой скорости явлений.
В число объектов исследования можно включить:
- движения живых существ: частота кадров составляет от 100 до 300 к/с, выдержка - 1/1000;
- функционирование механизмов (1-10000 к/с);
- разрушения и взрывы (10-100 тысяч к/с);
- ударные волны газов (100 тысяч - 1 млн к/с);
- электроразряды (10-100 млн к/с) и тому подобное.
Технические приёмы
Благодаря разнообразию условий, широкому спектру технических средств и разновидности частот, возможна профессиональная видеосъемка объектов высокого качества. Высокотехнологичная аппаратура кроме стандартных механизмов обработки изображений задействует также оптические ускорители, быстродействующие затворы, электронные и оптические преобразователи.
Высокоскоростное фотографирование обычно осуществляется посредством импульсных источников света (газоразрядных ламп, взрывных источников света, искровых разрядников с воздушным интервалом).
Хронофотография - промежуточный между фото-и киносъемкой способ запечатления последовательных фаз явлений с использованием вращающегося щелевого затвора. Полученные изображения наслаиваются друг на друга и совмещаются в единую ленту. Метод используется при непрерывном движении объекта наблюдения. Неповторимые эффекты обеспечивает открытый объектив с импульсным освещением.
Способы высокоскоростной киносъёмки
- Запечатление на прерывисто движущуюся пленку осуществляется при частоте 600 к/с с использованием механической системы транспортирования кинопленки.
- Более ускоренная съемка при частоте 1000 к/с реализуется с использованием пневмоустройств или при мобильности плёнки за счёт упругости петель, которые образуются за каналами фильма.
- Для достижения более высоких частот используются движущиеся светочувствительные материалы.
Эффект резких снимков последовательных преобразований возможен при смещении плёнки относительно объекта следующими способами.
Электронная коммутация
Метод, при котором щелевые обтюраторы отсекают лимитированные моменты времени для экспонирования кадра. За кратчайший промежуток времени относительно оптического изображения не превышает допустимой нерезкости негатива. Потребуется прерывистое освещение импульсными вспышками (длительностью 10-7 долей секунды) или расположенный перед кадровым разъёмом затвор наподобие обтюратора, но вместо выреза может быть миниатюрная щель (одна или несколько).
Оптическая коммутация
Если ускоренная съемка предполагает неподвижное изображение относительно равномерного движения киноплёнки, нужно в интервале экспонирования кадра нейтрализовать смещение световосприимчивого материала относительно изображения при помощи передвижения отражающей свет оптической системы, действующей со скоростью и в направлении движения плёнки.
Для реализации оптической компенсации подойдут зеркальный многогранник, стеклянная пластинка или призма в движении. Размер и положение оптического элемента должны обеспечивать соответствие линейного смещения движению кадров. Киноплёнка должна располагаться на поверхности многогранника в специальном канале фильма. Метод используется для малообъёмных процессов.
Предел повышения частоты при электрокоммутации лимитируется возможностью сокращения интервала между вспышками, а при оптической - скоростью вращения диска затвора и его диаметром.
Замедление проекции
Для наглядного просмотра на экране применяется замедленное движение, возможное как с повышением частоты киносъёмки, так и при замедлении движения киноплёнки в проекторе.
Недостатком метода является видимая прерывистость, а некоторые скоростные процессы вообще выпадают из поля зрения, скрываясь между отснятыми кадрами в ходе съёмки. Если замедление составляет более 1 к/с, демонстрация изображения напоминает слайд-шоу. Поэтому опциональное замедление чаще заменяют ускоренной съёмкой.
Современные приёмы киносъёмки
Следует также упомянуть профессиональную этику: во время больших мероприятий не так уж много выгодных позиций, которые подойдут для успешной съёмки, поэтому стоит позаботиться обо всех необходимых условиях заблаговременно.
Мы живем «здесь» и «сейчас». Привычное человеку пространство лежит в масштабах от километров до миллиметров, время — от лет до секунд. Наше воображение плохо вмещает вещи по‑настоящему большие, мы почти неспособны отметить события короче десятых долей секунды. А ведь именно там часто происходит самое интересное. Заглянуть за эти пределы позволяют технологии, и самые быстрые вещи фиксируются сверхскоростными видеокамерами. Бросок языка хамелеона, полет пули, ядерный взрыв, движение световой волны. Тысячные, миллионные доли секунды… и почти что триллионные.
Высокоскоростная съемка развивалась почти так же стремительно, как фотография и кино. И если в середине XIX века на получение одного кадра требовалась неподвижная экспозиция в четверть часа и дольше, то уже в 1878-м Эдвард Мейбридж смог со снимками в руках доказать, что при беге лошадь не всегда касается земли хотя бы одной ногой. Шотландский фотограф использовал хитроумную систему из 12 камер, затворы которых срабатывали от рывка нитей, привязанных поперек беговой дорожки.
Уже в 1930-х компания Eastman Kodak предлагала серийно производившуюся камеру, способную делать до 1000 кадров в секунду на ленту 16-миллиметровой пленки. Инженеры из Bell Telephone Laboratories разработали собственную систему для изучения физики дребезга релейных контактов, добравшись до планки в 5000 кадров. Их систему усовершенствовали в компании Wollensak — 10 000 кадров. Впрочем, настоящую скорость фотосъемка набрала благодаря изобретателю Цирси Миллеру, который в 1940 году запатентовал устройство с вращающимся зеркалом, обещавшее скорость миллион кадров в секунду.
Его патент лег в основу камеры, использованной участником проекта «Манхэттен» Берлином Брикснером для съемок первого в истории ядерного взрыва. Испытания «Тринити» фиксировали с 10-километрового расстояния, наставив на эпицентр сразу полсотни сложных съемочных аппаратов. В их числе была и еще одна примечательная камера, созданная профессором Массачусетского технологического института с подходящим прозвищем «Папа Флэш». Гарольд Эджертон считается отцом скоростной съемки, а его камера Rapatronic — первым образцом современных аппаратов.
Rapatronic | 1940-е годы
Эджертон уже больше десяти лет занимался высокоскоростной съемкой, когда ему предложили разработать камеру для фиксации невиданно быстрого (и невиданно секретного) события — ядерного взрыва. Для испытаний обычно использовали от четырех до двенадцати таких аппаратов, каждый из которых мог сделать лишь по одному кадру с выдержкой 10 наносекунд. Ни один протяжный механизм неспособен сработать на такой скорости, так что после каждого снимка камеры приходилось перезаряжать. Не справился бы и механический затвор, управляющий диафрагмой. Но именно тут и скрывался главный секрет Эджертона.
Свет, попадающий на объектив Rapatronic, блокировался парой поляризационных фильтров, повернутых относительно оптической оси перпендикулярно друг другу: один «отсекал» волны с вертикальной поляризацией, другой — с горизонтальной. Однако зазор между ними был заполнен прозрачной жидкостью нитробензола, способной вращать плоскость поляризации, если к ней приложить внешнее электромагнитное поле. Поле создавалось электромагнитной катушкой, запитанной от мощного конденсатора. При срабатывании такого затвора излучение с вертикальной поляризацией, пропущенное первым фильтром, слегка «подкручивалось», и второй фильтр, блокирующий все вертикальные волны, свободно его пропускал на чувствительную пленку.
Beckman & Whitley 192 | 1981 год
Еще один «пережиток» холодной войны — 726-килограммовая камера Beckman & Whitley 192 — тоже создавалась для съемки ядерных взрывов и снова отправляет нас к первым испытаниям в Неваде. Вращающиеся зеркала Цирси Миллера здесь обернулись вращением регистрирующей аппаратуры вокруг трехстороннего зеркала в центре мощной конструкции. Струя сжатого газа приводила ее в движение, разгоняя до 6000 оборотов в секунду, и неподвижные зеркала поочередно отражали свет на каждую из 82 закрепленных по краю фотокамер. Каждый кадр получал выдержку меньше миллионной доли секунды. И хотя с Rapatronic это не сравнится, 192-я позволяла снимать события более протяженные, а не отключалась после первого снимка. Похожим образом действовала и разработанная в 1950-х годах в СССР камера ФП-22. Только в ней вращалась система зеркал, так что луч стремительно обегал круг по длинной ленте специальной фотопленки, делая до 100 000 кадров в секунду. Ну а сама легендарная Beckman & Whitley 192, уже списанная, в 2000-х почти за бесценок досталась «охотнику за грозами», инженеру Тиму Самарасу. Он переделал ее на современный лад, заменив пленочные камеры на 82 10-мегапиксельные CCD-матрицы. Путешествуя с камерой в трейлере, Самарас сделал немало эффектных кадров с молниями и торнадо, пока не погиб в урагане, который пронесся над Оклахомой в конце мая 2013 года.
«Пикокамера» | 2011 год
Скорость этой системы позволяет записать даже короткий световой импульс, пока он распространяется от донышка бутылки, отражается колпачком и возвращается обратно. «Во всей Вселенной для этой камеры нет ничего слишком быстрого», — хвастались разработчики устройства. Это, конечно, некоторое преувеличение. Строго говоря, даже «триллиона кадров в секунду», как о том поспешили написать новостные издания, их система не делает: эффективное время экспозиции здесь составляет целых 1,71 пикосекунды. Но гордость разработчиков можно понять. Аппаратура, созданная в Массачусетском технологическом институте (MIT), способна уследить, как расширяется сферическая волна света, испущенного импульсным лазером. Как и у многих специальных лабораторных инструментов для измерения быстропротекающих процессов, в основе системы лежит электронно-оптическая камера. Устройство напоминает приборы ночного видения: световая вспышка, поступающая в камеру через щель, выбивает электроны с фотокатода. Они ускоряются и фокусируются в электромагнитном поле. Наконец, пучок отклоняется, двигаясь по экрану люминофора: каждому моменту времени соответствует определенный участок экрана. Такие камеры (и даже пикосекундные) производят достаточно давно, в том числе и в России. Однако они, как правило, не позволяют рассмотреть никаких деталей. Поэтому инженеры MIT дополнили устройство поворотным зеркалом, которое направляет щель камеры, «сканируя» всю сцену, и сложнейшими математическими алгоритмами, которые собирают всё в последовательную смену кадров.
Понятно, что подобная скоростная фотосъемка недоступна не только простому обывателю, но и многим профессионалам, так как простые камеры для этого не предназначены. Но тем не менее, снимков из серии «остановись мгновение» достаточно много. Откинем в сторону высокоскорострельные фотокамеры для научных экспериментов.
Что нужно для того, чтобы получить сверхскоростной снимок? Можно выделить 3 составляющих:
- Очень короткая выдержка. От 1/6000 и выше
- Хорошее освещение
- Затвор должен сработать в нужный момент.
При ближайшем рассмотрении — это мало реально. Зеркалки топового класса выдают максимум 1/8000 и стоят очень много денег. Источник света, позволяющий снимать на таких выдержках — выжжет наши глаза до задней стенки черепа. До нужного момента мы уже не дойдем. :)
Но решение есть. К сожалению, статей в интернете по тому, как сделать скоростной фотоснимок дома, очень мало. На русском и того меньше. Фактически единственное, что удалось найти на русском это статья Евгения Орлова на сайте Хулиганствующего Элемента , но она страдает тяжелым наследием полноценного академического образования:). Автор сильно уклоняется в научно экспериментальную область, двигаясь в сторону создания самодельных вспышек.
На самом деле все прозаичнее.
А еще один способ, для съемки «водяного макро» описывается в другой статье Quick guide to Simple High Speed Macro Photography . Он несколько проще и отличается от предыдущих двух, но сфера его применения более ограниченная.
В заключении, для поднятия боевого духа, подборка высокоскоростных фото от SmashingMagazine
