unibrom (unibrom) wrote,
unibrom
unibrom

Category:

ОХОТА НА СНЕЖИНОК

Наверное, люди всегда обращали внимание на эти удивительные творения природы, ещё И. Кеплером был написан изящный трактат "Новогодний подарок, или о шестиугольных снежинках". Первое фотографическое изображение снежинки было получено 15 февраля 1885 года Уилсоном Бентли, который посвятил этому делу всю свою жизнь, получив прозвище "Человек-снежинка". Он был первым, кто сумел совместить фотокамеру с микроскопом. Излишне говорить, насколько громоздкой была его установка, но принципиально с тех пор мало что изменилось. Разве что техника стала совершеннее, но профессионально снежинки точно также снимают с помощью комбинации микроскопа и фотоаппарата.

Однако снежинки не настолько малы, чтобы их нельзя было сфотографировать без применения сложной и дорогостоящей техники. Промышленность выпускает огромное количество аппаратов, позволяющих осуществлять макросъёмку довольно мелких объектов. Многое делается руками любителей этой области фотографии. Автор данной статьи, будучи инженером-оптиком по профессии и фотолюбителем с большим стажем, однажды - это было три года назад - тоже решил попробовать поснимать снежинки. Расскажу, что из этого вышло.

Пишут, что самые крупные из когда-либо наблюдавшихся снежинок достигают размера ладони и даже тарелки. Но это примерно такое же чудо, как падение метеорита. Подавляющее большинство лежит в диапазоне размеров 1 - 5 мм. Как я убедился уже гораздо позже, именно в этом диапазоне и следует искать самые удивительные и красивые экземпляры. Возможности большинства современных макрообъективов позволяют отображать объект на матрице камеры в масштабе 1:1. Нетрудно прикинуть, что для самой распространённой матрицы зеркальных камер формата APS-C, имеющей размер по короткой стороне около 15 мм, масштаб следует увеличить хотя бы в три раза. Фирма Canon выпускает макрообъектив, который даёт возможность съёмки в масштабе до 1:5 - Canon MP-E 65 f/2.8 1-5x Macro Photo. Наверное, он идеально подошёл бы для этих целей, но... у меня его нет.

Единственный макрообъектив, который у меня был - это Tamron SP AF 90 mm F/2.8 Di MACRO 1:1. Для начала я купил для него ахроматическую насадочную линзу 5 диоптрий. Она позволила увеличить масштаб изображения примерно до 2:1, но за счёт заметного снижения резкости изображения. Тем не менее я смог сфотографировать свои первые снежинки и понять, куда следует двигаться дальше.

В принципе, в литературе описано множество самодельных схем, приспособлений и комбинаций для макросъёмки в масштабе большем, чем это позволяют серийные макрообъективы. От варианта с переходными (удлинительными) кольцами я отказался сразу, поскольку для объектива с фокусом 90 мм они малоэффективны. В итоге я остановился на схеме из двух объективов: имеющегося у меня Тамрона и установленного перед ним в перевёрнутом положении объектива Индустар 50-2. Почему именно они? В пользу этого говорят следующие соображения:
  • Оба объектива славятся резкостью изображения.
  • Оптическая схема Индустара включает в себя всего четыре линзы, поэтому схема получается не слишком перегруженной, что также ухудшило бы качество комбинации.
Выглядит эта система следующим образом:



Почему Индустар устанавливается в перевёрнутом виде? Не буду погружать в тонкости теории, но скажу лишь, что обычно объектив рассчитывается на отображение бесконечно удалённых объектов. Для работы в паре его логично перевернуть, тогда оба объектива работают "штатно": первый с фокуса на бесконечность, второй - как и положено, с бесконечности на фокус. Это позволяет свести аберрации всей системы к возможному минимуму. Второй объектив, изначально предназначенный для макросъёмки, может работать и с близких расстояний без потери качества (с выдвинутым тубусом), поэтому используется для фокусировки. Увеличение такой системы равно отношению фокусного расстояния второго по ходу луча объектива к фокусному расстоянию первого. С учётом выдвинутого тубуса Тамрона это позволяло ожидать масштаба порядка 3:1, что уже совсем неплохо.

Всё ожидаемое на практике подтвердилось. К тому же судьба преподнесла довольно неожиданный подарок. Известно, что при сборке любой оптической системы очень важную роль играет правильная центровка. Малейшее несовпадение оптических осей приведёт к появлению очень сильных искажений в изображении. Конструктивно Тамрон выполнен таким образом, что его фронтальная линза утоплена в глубокой конической оправе - своего рода бленде. Так вот оказалось, что при установке Индустара его кольцо диафрагмы входит в этот конус и тем самым центрируется как в отношении положения оси, так и в отношении его поворота. Всё, что требуется - это прижать Индустар к Тамрону, чтобы он не вывалился. Поскольку сборка используется лишь временами, конструкция должны обеспечивать быструю установку и снятие. В результате задача была решена самым простейшим, но при этом надёжным способом: с помощью проволочного хомутика с лапками, которые защёлкиваются на фланце Тамрона.

Итак, вопрос с оптикой был решён. Комбинация была установлена на CANON 40D и тут же опробована на всём, что подвернулось под руку - от маковых зёрен до мушки-дрозофилы, и показала прекрасные результаты. Разумеется, съёмка в таком масштабе сама по себе представляет собой немалые трудности, но я на них отдельно останавливаться не буду - это всё описано в многочисленных публикациях по макросъёмке. Речь-то - о снежинках. Понятно, что ни о какой съёмке с рук и речи нет, нужен хороший штатив, позволяющий удерживать конструкцию. Но что ещё нужно?

В специальных пособиях по съёмке снежинок (есть и такие) можно найти полный перечень необходимого оборудования, вплоть до артикулов. Но я-то изначально пошёл "своим путём"! Поэтому позволю себе немного пошутить. Когда мне задают вопрос, что нужно, чтобы хорошо снять снежинку, я обычно отвечаю: "Тёплую одежду и обувь". Когда вы сами займётесь этим делом, то быстро поймёте, что никакая это не шутка. Ведь вашим главным врагом будет не только тепло, но и даже собственное дыхание! Снежинки не просто тают, они стремительно сублимируют! Это очень быстро понял классик жанра Бентли - снять снежинку нужно за несколько минут. Работать фактически с микроскопом при отрицательных температурах, боясь лишний раз дыхнуть не в том направлении, без перчаток, потому что приходится нажимать на кнопочки и крутить винтики - поверьте, это занятие для увлечённых. Возможно, поэтому и хорошие фото снежинок на дороге, как говорят, не валяются. Итак - тёплая одежда и обувь. В России это без вариантов валенки и пуховик, или же простуда вам обеспечена.

Второй вопрос - где снимать? Ясно, что не в тёплой квартире. Бентли использовал для этого сарай, где была смонтирована вся его громоздкая аппаратура. К счастью, современная техника более портативна, поэтому я начал с того, что просто выходил на улицу (я живу в Москве), искал укромное местечко, ставил камеру на штатив и пытался снимать снежинки на разных предметах: скамейках, оградах, автомобилях. Мало того, что качество было более чем скромным, но я ещё и узнал много неожиданного о своих согражданах. Вид человека, снимающего непонятно что, вызывает обычно не просто любопытство, а подозрения - в чём угодно, вплоть до терроризма. Я уже не говорю про вопросы типа "зачем?", "сколько стоит камера?" и "сколько за это платят?". Хобби должно быть простым и понятным, а тут... Найти же в Москве место, где не было бы людей, практически нереально. Ехать за город? Тут возникают другие проблемы: на морозе аккумулятор теряет ёмкость и отказывается работать. Быстрому разряду способствует также постоянно включённый режим Live View, без которого работать просто нереально. Аккумуляторы приходится постоянно заряжать или же пользоваться блоком питания от сети. Дача? Это хороший вариант, если она зимняя.
Тем не менее первые снимки, которые меня порадовали, я сделал именно в таких, "полевых" московских условиях. Очень хорошие результаты дала съёмка снежинок, прилипших к стёклам автомобиля. Однако при этом был осознан и следующий комплекс проблем. Дело в том, что снежинки только кажутся белыми, потому что их много и они рассеянно отражают свет. На самом деле это совершенно прозрачные кристаллы воды, то есть льдинки, и снимать их в естественных условиях "в лоб" просто невозможно - они не видны. При естественном освещении лучше всего фотографировать их под некоторым углом к плоскости, но тогда виден контур отражения от задней поверхности стекла:



Вторая проблема, которая обнаружилась - это то, что при таком масштабе изображения не существует поверхностей, которые можно было бы считать идеально гладкими и идеально чистыми. Любая пылинка, царапинка на стекле выглядит ужасающе. Ведь снимаются по сути объекты сравнимых размеров! Так была осознана необходимость перехода к студийным условиям и дополнительной постобработки снимков.

Итак, я перебрался на балкон. К сожалению, он у меня выходит на южную сторону, и главный враг всех снеговиков - тепло, здесь стал играть более заметную роль. Правда, это касалось в большей степени ясных дней, но ведь все знают, что снег идёт лишь в пасмурную погоду. Потом, правда, я понял, что самые красивые снежники наблюдаются, когда небо практически чистое, а снежинки падают как бы ниоткуда. А самые оригинальные - когда идёт густой снегопад при довольно сильном морозе - ниже -10 градусов по Цельсию. Но пока что я этого не знал и попытался снимать снежинки таким способом, какой описывают некоторые мои коллеги по этому хобби: ловить их на мягкую поверхность типа мохерового шарфа или меха. Так поступают многие любители и этот метод даёт сравнительно неплохие результаты при минимуме затрат, потому что позволяет повернуть снежинку в нужном ракурсе, к тому же в таких "ловушках" они долго не тают и не ломаются, что каждый может наблюдать зимой на меховых воротниках и шарфиках. Но раздражает всё то же: при таком увеличении каждый волосок кажется канатом:





Конечно, существуют редакторы изображений и они позволяют творить чудеса. Однако, как уже было сказано, снежинка - это прозрачный кристалл, и то, что за ней, никакой редактор не исправит. Там не менее, подбор красивого равномерного фона позволяет существенно улучшить изображение:



Я перепробовал множество естественных и искусственных  материалов в поисках такого, который мог бы служить фоном, не требующим редактирования. Это оказалось неразрешимой задачей, потому что при таком увеличении всё выглядит чудовищно грубо. Взгляд смещается в область, которая для невооружённого глаза непривычна. К тому же гладкие поверхности обладают тем недостатком, что снежинки сдуваются с них малейшим ветерком. В итоге я остановился на цветной бархатной бумаге и прекратил дальнейшие поиски. При съёмке под углом около 45 градусов бумага под снежинкой практически не видна, а фон вокруг можно залить тем же цветом, какой имеет бумага, так что ретушь практически незаметна и снимки приобретают вполне "товарный" вид. Сейчас такая съёмка не является для меня основной, но отказываться от неё я не собираюсь. Во-первых, именно в таком, падающем свете мы видим большинство снежинок. Во-вторых, именно падающий свет позволяет увидеть совершенно изумительные оптические эффекты в глубине кристалла. И, наконец, главная неожиданность, навсегда влюбившая меня в снежинки - это то, что они далеко не все плоские. Скорее, наоборот - трехмерных снежинок гораздо больше. Почему же мы их не видим? Главным образом, по очень простой причине. Плоские снежинки т.н. дендритного типа могут долго парить в атмосфере и вырастать до сравнительно больших размеров. Напротив, трехмерные не успевают вырасти и падают на землю маленькими, обычно не более 1,5-2 мм. Глаз просто не замечает их сложности и красоты. Именно в области порядка 1 мм и наблюдается всё многообразие форм и типов кристаллов.
Наиболее распространены кристаллы-призмы, как плоские, так и в виде "карандашиков". Именно из углов таких "зародышей" и растут те изумительные лучи дендритов, которые мы обычно и считаем за "классические" снежинки. Но они и сами по себе необычайно красивы при достаточном увеличении, напоминая средневековые крепости:





Паря в атмосфере, эти простейшие по форме кристаллы начинают обрастать лучами, превращаясь в шестилучевые звёзды и дендриты:









Но этим многообразие форм, конечно же, не исчерпывается. Очень распространены всевозможные "пульки", "колпачки с фланцами" и розетки из этих "пулек". Одна из таких розеток лежит поверх пластины с цветной серединой (фото выше). Но самой интересной формой являются кристаллы, которые я назвал "катушками" - это шестигранная призма-карандашик, на торцах которого растут обычные, привычные нашему глазу плоские снежинки:



Но  это далеко не всё. Кристаллу воды, вообще-то говоря, всё равно, куда расти. То, что мы видим - это результат "естественного отбора", то есть мы видим только то, что имело шанс долететь до земли, а не сгинуть в пучине атмосферы. Иногда долетает такое, что опрокидывает все наши бытовые представления о том, что представляют собой снежинки. Фланцы "катушек" могут вырасти до таких размеров, что даже сами по себе представляли бы собой красивейшие образцы. На "осях" катушек могут расти дополнительные плоские кристаллы, на них, в свою очередь - ещё одни. Получаются конструкции, напоминающие скорее космические станции:





Призматические кристаллы-карандашики растут не с одного конца, а от середины в две или даже три стороны, причём с разной скоростью. При этом призмы могут быть соосны, а могут расти под углом. Излишне говорить, что все углы в кристаллах воды кратны 60 градусам - это обусловлено т.н. "гексагональной" структурой кристалла. Но что вы скажете про такие, например, образования:



Хотя и такие структуры могут быть "разложены на составляющие". Это призмы с шестиугольными фланцами, но из углов этих фланцев растут новые призмы, параллельные основной оси.
Форма и размеры снежинок в значительной степени зависят от погоды и с опытом появляется некое чувство, которое позволяет предсказывать, что Всевышний пошлёт на этот раз. Иногда с неба сыплется нечто колючее, но под объективом оно оказывается иглами:



Но иглы эти вовсе не цилиндрические, а те же призмы, только тонкие и длинные. Среди призм нередко встречаются полые:



Съёмка при естественном освещении сравнительно проста, но у неё всё-таки много недостатков. Первое - это, как уже сказано, необходимость замены фона, а глаз опытного фотографа это заметит, что ставит под сомнение "натуральность" снимка. Второе - это недостаточная глубина резкости (ГРИП). Даже при закрытии дифрагмы до 1:22 при расположении оси объектива под углом к поверхности съёмки резкой оказывается лишь часть снежинки. Сильное диафрагмирование требует, в свою очередь, длительных выдержек (до 20 с), а съёмка-то проводится обычно не в помещении, на ветру! И, наконец, недостаток света. Излишне напоминать, что снег падает только зимой, а зимой дни короткие и есть много других дел, которые надо делать днём. Хотя бы зарабатывать на новые объективы... В то же время съёмка в падающем свете - это, пожалуй, единственный способ запечатлеть трёхмерные кристаллы типа "катушек", так что отказываться от него я не собираюсь и всё оборудование для такой съёмки зимой я обычно вожу в багажнике автомобиля, мало ли какой представится случай:



Все попытки вести съёмку в падающем свете с искусственными источниками оказались безуспешными. Всё дело в том, что, как уже не раз было сказано, кристаллы прозрачны. Создать что-то подобное пасмурному небу мне не удалось. Снимок не столько отображает красоту снежинки, сколько её внутренние дефекты:



Всё это привело к тому, что на балконе была оборудована мини-студия. Сказано, конечно, громко, поскольку всё сделано "на коленке" с использованием подручных материалов, но зато с полным пониманием физики процесса. Будучи оптиком, я хорошо знаком с микроскопией. Если не брать во внимание сложные методы визуализации прозрачных объектов, основанные на волновых свойствах света, такие как фазовый и интерференционный контраст, то всё освещение сводится, в сущности, к двум методам: светлого и тёмного поля. В двух словах различие между ними следующее: при освещении по методу светлого поля лучи от источника света проходят сквозь объект и попадают прямо в апертуру объектива. Наблюдаемые объекты выглядят при этом тёмными на светлом фоне. При освещении по методу тёмного поля наблюдается обратная картина: светлые объекты на тёмном фоне. Для достижения такого эффекта центральная часть пучка затеняется, лучи образуют кольцевой конус, не попадающий в апертуру объектива.

Схема съёмки показана на следующем рисунке:

Для освещения лучше использовать только "холодные" светодиодные источники света, потому что надо помнить о главном враге - тепле! Излучение ламп накаливания быстро расплавит снежинку. В качестве экрана можно использовать обычную белую бумагу, лучше плотную, типа чертёжной - она сильнее рассеивает свет. Стекло устанавливается таким образом, чтобы его можно было быстро снять и вернуть на место. Лист стекла выставляется под падающие снежинки, когда будет поймана хотя бы одна (иногда это происходит мгновенно) возвращается на место. Упавшие снежинки обычно прочно прилипают к стеклу за счёт электростатических сил и не сползают по вертикальной поверхности. Фотоаппарат стоит на штативе, головка которого позволяет осуществлять микрометрические подвижки в двух плоскостях: вверх-вниз и вбок. Фокусировка - ручная с помощью Live View, при этом вначале перемещается вся камера на штативе, а уже доводка - объективом камеры. Экспозиция тоже исключительно ручная, для спуска затвора используется тросик или задержка спуска. На все процедуры отводится обычно несколько минут, пока грани снежинки не начали оплавляться. После съёмки стекло вынимается, очищается мягкой безворсовой тряпочкой и процесс повторяется. Стекло должно быть предварительно выдержано на холоде.

Фонарик я обычно держу в руке, наблюдая на экране результат освещения. Иногда использую два фонарика и дополнительные экраны. Главное - это передать объём снежинки, не сделать её плоским "чертежом".

Различие между освещением по методу тёмного и светлого поля наглядно показан на двух снимках одной и той же снежинки. В каждом есть своя прелесть:





В тёмном поле, например, была снята вот эта огромная по меркам снежного мира снежинка - украшение коллекции:



Разумеется, снимки, скачанные с флэшки в компьютер, выглядят совсем не так, как здесь. На стекле, как его ни протирай, остаётся много ледяного мусора и прочих дефектов. Сам снимок обычно монотонно серый, что не способствует художественному восприятию. Поэтому над последующей обработкой тоже пришлось изрядно потрудиться. В тонкости этого процесса я погружать вас не буду - это тема отдельной статьи. Ничего сверхъестественного там, впрочем, нет. Вкратце алгоритм следующий. Снежинка выделяется по контуру (не очень тщательно, выделение инвертируется и фон переносится на новый слой. После этого он заливается первоначальным цветом. Такая технология позволяет быстро и радикально избавиться от всего мусора. После этого слои совмещаются и заливаются подобранной градиентной заливкой в режиме смешивания Color. В итоге имеем вот такое:


















Моя коллекция на сегодняшний день насчитывает более 1700 фото. Конечно, не все снимки так совершенны, как эти, но коллекция пополняется.

Статью об Уилсоне Бентли можно прочитать, например, здесь: http://st-ilya.livejournal.com/10113.html
Там же есть другие ссылки по теме.

Tags: snow crystal, snowflake, зима, кристалл, снег, снежинка, фото снежинок
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 2 comments