Особые методы фотографирования

В литературе сообщалось о некоторых новых, заслуживающих внимания методиках получения изображений, потому что в дальнейшем для них можно найти области применения.

Комбинированное инфракрасное и цветное фотографирование. Китроссер (см. [2.93]) получил содержательные цветные фотографии морского конька и мухи цеце при помощи черно-белых инфракрасных негативов, проявленных в хромогенном проявителе. Инфракрасные негативы накладывались на цветные негативы для печатания на цветной фотобумаге. Инфракрасные фотографии позволяют увидеть детали внутренних органов из-за проникания ИК-излучения сквозь хитин; цветные негативы фиксируют поверхностные детали. Такое сочетание дает намного больше информации, чем можно получить при использовании каждого метода в отдельности.

Комбинированное инфракрасное фотографирование и радиография. Необычная область применения черно-белой инфракрасной фотографии была открыта Массопустом [2.114]. Располагая биологические образцы (большой мотылек и лягушку) на пленках в светонепроницаемом ящике, он получил контактные отпечатки. При этом использовались инфракрасные и диагностические рентгеновские лучи. Окончательная фотография была совершенно подобна снимку, полученному с помощью мягкого длинноволнового рентгеновского излучения, хотя некоторые зафиксированные поверхностные детали отсутствовали бы на рентгеновском снимке. Метод может использоваться и при отсутствии трубки мягкого рентгеновского излучения. Более жесткое рентгеновское излучение очерчивает плотные области, как, например, скелет, а инфракрасное излучение выявляет мелкие детали в мягких тканях и поверхности.

Кинематографические эффекты. Еще до господства цветного кино изображения ночных эффектов лунного света были получены на инфрапленке. (История вопроса рассматривается в гл. 8.)

Недавно цветную инфрапленку использовали для получения поражающих воображение и ошеломляющих кадров. Другой кинематографический прием — блуждающая маска, которая, вероятно, является предшественником многих электронных маскирующих устройств, применяющихся в настоящее время в телевидении. Фотографическая методика описана Филдингом [2.79]. Она включает в себя систему блуждающей маски, состоящей из инфракрасного негатива, с которого печатают контрастный позитив для комбинированной печати. Этот позитив непрозрачен на переднем плане сцены и прозрачен на остальных участках. Разделение можно осуществить, помещая актера перед черной нейлоновой драпировкой, которая окрашивается составом, имеющим большой коэффициент отражения ИК-излучения. Блуждающая маска действует при освещении заднего плана вольфрамовыми лампами, излучение которых содержит и ИК-составляющие. Это же освещение, но из которого двухцветным фильтром устраняется ИК-излучение, используется для фотографирования актера на другую, одновременно экспонируемую пленку. В этом случае необходима лучерасщеп-ляющая кинокамера (см. также работу [8.197]).

Передача цвета. Так как инфракрасное фотографирование прежде проводилось с применением черно-белых пленок, характеристики отражения излучения материалами должным образом не оценивались. В видимой области спектра такие изменения в характеристиках проявляются в изменении цвета. Так как актинич-ная инфракрасная полоса такая же широкая, как и часть спектра от зеленого до красного цвета в видимой области спектра, то потенциально существует несколько инфракрасных «цветов». Отличительные признаки можно заметить в цветной фотографии (Гиб-сон [2.100]) только тогда, когда инфракрасные лучи преобразуются путем сложных фотографических операций в видимые цветовые различия.

Было установлено несколько важных особенностей данного метода. Чтобы получить цветные отпечатки с инфракрасных негативов, было осуществлено инфракрасное цветоделение с помощью трех фильтров Kodak Wratten. Ниже приведен список фильтров с приблизительной областью регистрации инфрапленки с этими фильтрами. Отпечатки были получены гидротипным способом с негативов. Также указаны цвета, выделенные для каждой матрицы. Установлены различия в передаче цвета методом фотографирования в отраженных ИК-лучах и методом фотографирования ИК-люминесценции.

№ 88А                  № 87В                  № 87С

730—900 нм       760—900 нм        830—900 нм

желтый                фуксин             сине-зеленый

Следует заметить, что это не цветоделение, а скорее выделение зон. Ближайшей аналогией в видимой области спектра могли бы -быть «цветоделительные негативы», полученные на панхроматической пленке без фильтра, с желтым фильтром и с красным фильтром.

Цветная инфрапленка является простым средством для реализации этого метода, поскольку она преобразует инфракрасное изображение в цветное и совмещает его с видимыми компонентами. Электронная передача цвета рассматривается в гл. 9 и 10.

ГЛАВА 3
Физические основы инфракрасной фотографии

Область физики инфракрасного излучения обширна и представляет большой интерес для тех, кто занят научными исследованиями и разработкой аппаратуры. Некоторые ее аспекты должны быть понятны фотографу и технологу дистанционного зондирования для того, чтобы можно было использовать наиболее эффективные методы для многочисленных применений инфракрасной регистрации.

Фотограф имеет дело с техническими характеристиками линз, фильтров, пленок и источников искусственного и естественного освещения. С целью правильного выбора метода фотографирования и интерпретации результатов необходимо понять принцип, по которому фотографируемые объекты отражают и пропускают падающее излучение. Кроме того, немало фотографических методов основано на эмиссии инфракрасного излучения. Инфракрасные свойства атмосферы влияют на аэрофотосъемку.

Термография — относительно новый метод фотографирования, при котором на пленке не образуется прямого изображения. Вместо этого создается электронно-оптическое изображение, которое можно воспроизвести быстродействующими фотокамерами или зарегистрировать другим способом. Это справедливо и для современных систем дистанционного зондирования, работающих в длинноволновой инфракрасной и микроволновой областях. Физические основы такой техники обсуждаются в гл. 5, 9 и 10. Некоторые общие представления относительно свойств объектов и атмосферы содержатся в этой главе, хотя в ней в основном обсуждается прогресс, достигнутый в области фотографии.

ЛИНЗЫ И ЗЕРКАЛА

Простейшая линза, изготовленная из цельного стекла, не способна собрать падающее излучение всех длин волн в луч белого света, чтобы сфокусировать его в одну точку. Причина заключается в том, что показатель преломления стекла (т. е. способность отклонять свет) выше для более коротких волн, чем для более длинных. Поэтому простейшая собирающая линза фокусирует синий цвет в точке, находящейся к ней ближе точки, в которой фокусируется красный цвет. Инфракрасное излучение, имеющее большую длину волны по сравнению с красным светом, фокусируется красный цвет. Инфракрасное излучение, имеющее большую длину волны по сравнению с красным светом, фокусируется еще дальше от линзы. Так как линза представляет собой разновидность концентрически изогнутой призмы, она также обладает дисперсией (рис. 1.1). Эта характеристика зависит от кривизны линзы, однако для данной кривизны дисперсия будет зависеть от типа стекла, из которого она изготовлена. При правильном выборе различных стекол и комбинировании собирающих и диспергирующих элементов можно изготовить линзы, у которых фокусное расстояние одинаково для двух цветов, например для синего и красного. Этот прием называется ахроматизацией, в результате чего получаются ахроматические линзы, примерами которых являются современные фотографические анастигматические и ахроматические объективы микроскопов и телескопов. В ахроматических линзах для визуального применения обычно корректируют фокус для длин волн в синей и оранжево-красной областях по F- и С-линиям Фраунгофера в солнечном спектре, находящихся при 486,1 и 656,3 нм. Фотографические линзы, как правило, ахроматизируются по G'- и D-линиям (фиолетовой и желтой) при 434,0 и 589,0 нм. Излучения двух любых длин волн в процессе ахромати-эации можно свести вместе, однако при этом излучения других длин волн спектра вместе точно не совпадут. Остается то, что разработчики линз называют «вторичным спектром». Результаты этого явления можно продемонстрировать, если вычертить цветовую кривую линзы. На рис. 3.1 представлены две типичные цветовые кривые для ахроматических линз, скорректированных для визуального и фотографического применения, которые были рассчитаны Максом Герцбергом. Они представляют собой зависимость между фокусным расстоянием и длиной волны. Из рисунка видно, что при возрастании длины волны от синей области спектра фокусное расстояние делается короче, уменьшается до минимума в зеленой области и затем возрастает по мере приближения к инфракрасной области. (Для нескорректированной простой линзы фокусное расстояние непрерывно возрастало бы от синей области до инфракрасной.) По достижении инфракрасной области спектра расстояние до изображения или задний фокус быстро увеличивается, и поэтому необходимо ввести коррекцию фокусировки.

Рис. 3.1. Изменение фокусного расстояния ахроматических фотовизуального (1) и визуального (2) объективов с фокусным расстоянием 1000 мм.

Существует способ устранения вторичного спектра, который используется при производстве апохроматических линз. В этих линзах применяются специальные стекла или кристаллический фтористый кальций, а иногда и пластмасса, чтобы заменить одно из стекол, обычно используемых при производстве ахроматических линз. Коррекцию цвета можно затем выполнить по трем длинам волн.

Рис. 3.2. Изменения фокусного расстояния апохроматических объективов с фокусным расстоянием 1000 мм с использованием флюорита (1) и двух оптических стекол (2)

Апохроматические объективы с небольшой апертурой иногда используются для фотографирования и в цветных фотокамерах, когда необходимо получить изображения практически тех же самых размеров в красном, зеленом и синем свете, сфокусированные в одной и той же плоскости. Цветовые кривые для двух апохроматических линз изображены на рис. 3.2. Из рисунка следует, что фокусное расстояние остается практически постоянным для всех длин волн в видимой области спектра от 500 до более 700 нм и что оно не уходит в ИК-области из приблизительно тех же пределов, что и в случае ахроматов. Обычные апохроматические линзы не идеальны для применения в ИК-области, однако некоторые из них превосходят ахроматы. Характеристика апохромата может быстро ухудшаться за пределами, для которых он скорректирован. В последнее время отмечены усовершенствования в конструкции линз, изготовленных для особо точной работы, особенно при аэрофотосъемке.

Существующая практика

Фотокамеры с объективами, обеспечивающими хорошее качество фотоснимков в большинстве случаев панхроматического наземного и лабораторного фотографирования, можно легко сфокусировать при использовании в ИК-фотографии (гл. 2). Для улучшения резкости изображения в ИК-области объектив рекомендуется диафрагмировать. Однако объективы для аэрофотосъемки должны обеспечивать высокое разрешение и поэтому используются при широких апертурах, чтобы получить необходимые экспозиции. Часто один и тот же объектив применяется при панхроматическом и инфракрасном фотографировании. Следовательно, универсальный аэрофотообъектив необходимо скорректировать для видимого и ИК-излучения.

Ранние попытки добиться апохроматической инфракрасной коррекции были описаны Ли [3.111] и Щульцем [3.137]. В 1963 г. Герцбергер и Мак-Клюре [3.80] установили, что можно получить такие «суперхроматические» линзы, которые были бы скорректированы практически для всех цветов, а также и для ИК-области с 1 мкм и выше. При изготовлении линз сочетали оптическое стекло и элементы из флюорита.

Для инфракрасной фотографии, в особенности для оптических элементов косвенных чувствительных систем, были разработаны многие новые стекла, пластмассы и кристаллы. Сведения об этом приводятся в работах [3.7, 3.39, 3.108, 3.167]. См. также [10.89].

Сообщалось о конструкциях линз для фотографии в длинноволновой ИК-области, использующих эти новые материалы. Конструкции линз с f/—0,7 и f/—1,0 из стекла, кремния, иртрана и зеркальных элементов описал Мюррей [3.123].