Освещенность и фотосъемка под водой при естественном свете

Естественный световый поток по всей толще воды ослабляется в основном за счет поглощения.

Рассеяние света в меньшей степени ослабляет световой поток, так как направление рассеяния незначительно отклоняется от первоначального направления потока.

Глубина проникновения света в воду определяется показателем поглощения и зависит от поверхностной освещенности.

Освещенность поверхности моря в свою очередь зависит от угла подъема солнца над горизонтом и от облачности.

Проследим за лучом света, проникающим в воду. Пучок световых лучей, падая на водную поверхность, частично отражается от нее и, частично преломившись, проходит вглубь. На схеме (рис. 4) видны углы падения луча света, преломления и отражения его от поверхности воды. Угол преломления i'₁ отличается от угла падения и зависит от показателя преломления n. Угол отражения i₂ зависит от величины угла падения i и равен ему.

Рис. 4. Схема отражения и преломления луча света от водной поверхности. i₁ - угол падения светового луча на поверхность воды; i₂ - угол отражения светового луча от поверхности воды; i₁' - угол преломления светового луча при прохождении через водную поверхность; n₁ = 1 - показатель преломления для воздушной среды, n₂ = 1,337 - показатель преломления для водной среды

Кроме напр а в ленного солнечного света, под воду попадает еще и рассеянный свет от облаков и неба. В воду проникает до 95% диффузного света. Большую роль в прохождении направленного света в воду играет состояние водной поверхности. Чем больше взволнована она, тем меньше света отражается и тем более рассеяно будет подводное освещение.

Рис. 5. Графики зависимости пропускаемого светового потока от глубины (в м): 1 - океанская вода высокой прозрачности; 2 - океанская вода средней прозрачности; 3 -прибрежная вода средней прозрачности; 4 - мутная вода

Природная вода (рис. 5) очень интенсивно ослабляет световой поток, но в то же время световые лучи в разных участках спектра поглощаются водой по-разному. Являясь хорошим светофильтром, вода интенсивно поглощает лучи красной области спектра, сравнительно слабо уменьшается в прозрачной воде количество голубых лучей.

Графики, показанные на рис. 6, наглядно иллюстрируют изменение качества света в зависимости от длины волны света в миллимикронах и от загрязненности воды. Они построены для пути света в воде, равного 3 м. Все кривые на графиках имеют минимальные значения в красной части спектра. Физическую сущность воды как светофильтра можно оценить по первому графику, построенному для чистой океанской воды.

По этой кривой видно, что чистая вода пропускает до 95% света в голубой части спектра, поглощая в то же время до 60% красного света.

Взвешенные же в воде частицы, являясь причиной рассеяния света, в то же время в значительной мере поглощают и голубые лучи. По графику для мутной прибрежной воды (рис. 6) можно заметить, что количество света в голубой части спектра поглощается такой водой до 80%. Количество света, поглощенного в красной части спектра, в этом случае будет равно 90%. Поэтому предметы в мутной воде кажутся желтыми.

Рис. 6. Графики ослабления освещенности, зависящие от длины волны света при пути света в воде 3 м

Из рассмотренных графиков видно, как качественно и количественно изменяется освещенность на различных глубинах и как на нее влияют физические свойства воды и ее загрязненность. Многочисленные же опыты в свою очередь показали, что уже на глубинах 3 м в условиях прибрежной чистой воды остается только 40% яркости надводного освещения.

При цветном подводном фотографировании ослабление лучей красной части спектра значительно усложняет процесс проявления негатива и последующую цветную печать позитива. При черно-белом фотографировании на панхроматических негативных пленках, наиболее равномерно чувствительных ко всем лучам видимого спектра, ослабление или отсутствие красных лучей, нарушая цветной баланс, снижает контраст изображения.

Для уменьшения преобладающего влияния синих лучей, т. е. для снятия дымки и получения более четких снимков, при черно-белой подводной фотографии, и для получения цветного баланса, по которому сенсибилизирована^* цветная пленка, при цветной подводной фотографии, необходимо пользоваться корректирующими светофильтрами.

^* (Сенситометрия фотографическая - учение об измерении фотографических свойств светочувствительных слоев. Сенсибилизация - очувствление светочувствительных слоев пленки к красному свету.)

На рис. 7 приведены кривые пропускания света в воде на глубине 3 м. Кривые получены путем коррекции светового потока светофильтрами типа ПС-10 и исправления графиков с учетом этой коррекции.

Рис. 7. Кривые пропускания света в воде, скорректированные светофильтрами

Кривые пропускания света, полученные путем корректирования, имеют незначительные максимумы на границах голубой и красной частей спектра и незначительный минимум в его желтой части.

При таких соотношениях длин волн вполне возможны качественные снимки как при черно-белой, так и при цветной фотографии.

Однако, если проанализировать по кривым количество света, прошедшее через воду и корректирующееся светофильтрами, то окажется, что оно очень мало. Уже на глубине 3 м для прибрежной мутной воды суммарный коэффициент пропускания равен всего 10%, т. е. всего лишь ¹/₁₀ часть света может активно участвовать в процессе фотографирования. Если величину пути света, равную 3 м, брать как сумму, состоящую из пути света от поверхности воды до снимаемого объекта плюс путь света от снимаемого объекта к фотокамере, то в прибрежной воде средней мутности на глубине 1,5 л и при удалении от снимаемого объекта на расстоянии 1,5 м необходимо увеличить экспозицию в 10 раз по сравнению с надводной экспозицией.

Светофильтры типа ПС-10 корректируют световой поток, срезая коротковолновую часть спектра. При этом количество света для подводных съемок становится недостаточным.

Особенно слаба подводная освещенность в мутной воде. Работая осенью 1962 г. в Рижском порту, автор погружался в р. Даугаву. В то время обильные дожди вызвали очень сильное загрязнение речной воды. И уже на глубине 3 м совершенно невозможно было определить, где находится поверхность воды, освещенная солнцем.

При подводных съемках на черно-белую пленку для корректирования светового потока могут быть использованы оранжевые и желтые светофильтры: ОС-12, ЖС-12, ЖС-18. Эти светофильтры имеют кратность в несколько раз меньшую, чем красные светофильтры. Как уже отмечалось, в различных природных водах, при одинаковых условиях естественного освещения, подводная освещенность неодинакова.

В морской воде в ясный, солнечный день при глубине видимости белого диска Z = 20 м, на глубине 25-30 м светло, как на воздухе в пасмурный день. Свет на этой глубине зеленоватый.

Летом 1962 г. автор в составе группы подводных исследователей погружался в Татарском проливе Японского моря для осмотра легендарного фрегата "Паллада". Судно затонуло на глубине 20-25 м, и иногда в хорошую погоду его очертания проглядывались с поверхности. Спустившись в легководолазном снаряжении к останкам корабля, мы попали в холодный зеленоватый сумрак. Все яркие краски были приглушены, детали корабля, обросшие водорослями, тонули в полумраке. Морские звезды, яркие на поверхности, с оранжевыми и фиолетовыми лучами, были похожи на бесцветные куски ткани, разбросанные по дну.

Жорж Гуо и Пьер Вильм, опускавшиеся в батискафе в Средиземном море, считают, что на глубине 500 м пропадают всякие признаки света. Во время погружения около Бермудских островов они отмечали, что на глубине 200 м - свет синий, глубже - фиолетовый, а на глубине 600 м царит тьма.

При съемках подо льдом на Рыбинском водохранилище Д. С. Павлов и Д. С. Николаев собрали материал по местной подледной освещенности. Оказалось, что при поверхностной освещенности льда, равной 2000-4000 лк, освещенность на глубине 0,5-1 м от нижней поверхности льда равнялась всего нескольким сотням люкс. Толщина льда во время замеров освещенности была равна 45 см, а толщина снежного покрова колебалась от 0 до 15 см.

В. С. Лощилов в работах по морским подледным стереоскопическим съемкам указывает на то, что естественная освещенность нижней поверхности льда вполне достаточна для ее фотографирования без искусственных источников освещения. Лед толщиной в 1,5 м пропускает 20% света. При высоте стояния солнца над горизонтом, равной 20°, освещенность подо льдом в этом случае будет 1500 лк.

Практика съемок показала, что при толщине морского ледяного покрова до 1,5 м освещенность в ясный полдень подо льдом позволяет фотографировать без подсвета, однако с началом таяния снега светопрозрачность заметно уменьшается.

Также сильно понижает подледную освещенность снежный покров.

Подводный охотник с подстреленным бычком. Фотосъемка произведена в Татарском проливе Японского моря, глубина 3 м. Ширина пленки 35 мм, чувствительность 180 ед. ГОСТ, экспозиция 1/125 сек, освещение естественное. Объектив 'Гидроруссар 5'. Фото автора

Подводное фотографирование подо льдом и фотосъемки в загрязненных водах невозможны без применения специального фотосъемочного оборудования с устройством для искусственного освещения.

Для определения экспозиции при подводных съемках многие специалисты пользуются фотоэкспонометрами "Ленинград-1" и "Ленинград-2", помещая их в специальные изолирующие коробки. В таких коробках имеются прозрачные иллюминаторы и приводы к шкалам прибора. Однако первые опыты по использованию экспонометров во время съемок под водой выявили ошибочность их показаний в подводных условиях.

О. А. Соколов подсчитал поправки к показаниям отечественных экспонометров. Результаты их применения оказались довольно интересными. Так, в Средиземном море уже на глубине 25 м необходимо увеличить экспозицию в 2 раза по сравнению с показанием прибора, а на глубине 75 м - в 5 раз.

Такое завышение показаний экспонометра вызвано различием спектральных соотношений света под водой и на поверхности.

Подводный исследователь за работой. Фото В. Бурнашова

Обычно экспонометр корректируется в соответствии с чувствительностью пленки к естественному свету. Поэтому в каждом конкретном случае подводной фотосъемки при использовании экспонометра следует обязательно сопоставить его показания с результатами, полученными при контрольной съемке.