II. OPTYCZNE ASPEKTY MAKROFOTOGRAFII Skala odwzorowania Ogniskowa i perspektywa 11 III. METODY STOSOWANE W MAKROFOTOGRAFII 18

Transkrypt

1 SPIS TREŚCI I. WSTĘP 2 II. OPTYCZNE ASPEKTY MAKROFOTOGRAFII 5 1. Skala odwzorowania 5 2. Głębia ostrości 8 3. Ogniskowa i perspektywa Dobór wartości przysłony Oświetlenie obiektu 15 III. METODY STOSOWANE W MAKROFOTOGRAFII Soczewki nasadkowe makro Konwertery makro Adaptery odwrotnego mocowania obiektywów Pierścienie odwrotnego mocowania obiektywów Telekonwertery Pierścienie pośrednie Mieszki pośrednie Obiektywy makro 29 IV. PODSUMOWANIE

2 I. WSTĘP Potrzeba utrwalania obrazów otaczającej rzeczywistości istnieje w człowieku od zarania dziejów. Świadczą o tym choćby rysunki naskalne, których wiek szacuje się na ponad 40 tysięcy lat. Z biegiem czasu sposoby utrwalania rzeczywistości były doskonalone. Jednak dopiero wynalazek fotografii dał możliwość bardzo realnego odwzorowania otaczającego świata. W ciągu 175 lat swego istnienia fotografia uległa znacznemu rozwojowi. Z jarmarcznej sztuczki - a tak traktowano ją na początku - stała się sztuką, środkiem artystycznego wyrazu czy choćby sposobem na zachowanie rodzinnych wspomnień. Zawsze jednak przykuwające uwagę zdjęcia powstawały wówczas, kiedy przedstawiały otaczający nas świat w sposób niezwykły, odmienny od codziennego postrzegania, gdy znane i oczywiste motywy zostaną odtworzone w całkowicie nowych perspektywach albo motywy nieznane zostaną przedstawiony w sposób normalny i niemal oczywisty. Takim znanym i nieznanym jednocześnie światem jest nasze najbliższe otoczenie. Ukazanie detali, które na co dzień nam umykają jest możliwe dzięki makrofotografii. Wszechobecna dziś cyfrowa rejestracja obrazu eliminując konieczność korzystania z ciemni fotograficznej znacznie ułatwiła eksperymentowanie z tą dziedziną fotografii nawet osobom nie posiadającym specjalnego doświadczenia fotograficznego i bez konieczności posiadania drogiego sprzętu fotograficznego jakim niewątpliwie są lustrzanki jednoobiektywowe. Możliwość natychmiastowego obejrzenia efektów działań również jest czynnikiem sprzyjającym eksperymentowaniu w dziedzinie fotografii małych przedmiotów i detali. Makrofotografia odtwarza małe przedmioty z bliskiej odległości. Uwidaczniają się wówczas różne elementy kompozycyjne. Wiele nowych i dotychczas niepoznanych szczegółów znanych często nam z codziennego życia przedmiotów możemy pokazać w zupełnie nowym świetle z najwyższą dokładnością i ostrością. Pomijając możliwości - 2 -

3 wynikające z zastosowania różnego rodzaju oświetlenia z użyciem kilku źródeł światła sztucznego możliwe jest różne wybieranie wycinków odwzorowywanego przedmiotu przez zmianę skali odwzorowania. Dzięki temu mamy możliwość wyeliminowania z obrazu tego co jest nieistotne, a skoncentrowania uwagi na tym co dla obrazu jest ważne - odtworzone w dużym wymiarze. Ponadto często powiększone przedmioty wydają się bardziej kolorowe niż w rzeczywistości. Przyczyny tego faktu dopatrywać się należy w niedoskonałości ludzkiego oka, które ma swoją określoną zdolność postrzegania szczegółów, którą w przełożeniu na język techniczny moglibyśmy nazwać "rozdzielczością oka". Przy pewnym oddaleniu przedmiotu od obserwatora drobne różnobarwne punkty będą się zlewały tworząc jednolity kolor będący wynikiem addytywnego mieszania barw. Wynikająca ze specyfiki działania aparatu fotograficznego i konieczności obserwowania rejestrowanego obrazu dziedzina, która jeszcze kilkanaście lat temu była domeną posiadaczy lustrzanek, dzięki wyposażeniu (z konieczności) aparatów cyfrowych w wyświetlacze ciekłokrystaliczne stała się dostępna również dla osób, które swoją fotograficzną pasję realizują za pomocą aparatów kompaktowych, hybrydowych czy też bezlusterkowych. Oczywiście bez względu na zmianę techniki i technologii wykonywania zdjęć najważniejszym kryterium uznania danej fotografii za fotografię makro zawsze była i jest skala odwzorowania. Według podręcznikowej (1) definicji "makrofotografia to dział fotografii technicznej i naukowej zajmujący się wykonywaniem obrazów za pomocą obiektywu fotograficznego w skali 1:1-10:1. Makrofotografia ma zastosowanie w fotografowaniu drobnych dzieł sztuki, monet, medali, znaczków pocztowych, części roślin, owadów itp." Pojęcie skali odwzorowania w makrofotografii nie jest jednak jednoznaczne, gdyż różne źródła podają różne skale odwzorowania, jednak każdy podział uwzględnia ww przedział skal odwzorowania. We współczesnej fotografii różnice w wielkości stosowanych w różnych konstrukcjach aparatów matryc o bardzo zróżnicowanych wielkościach stanowi dodatkowy problem. O ile w czasach fotografii tradycyjnej zwykło się przyjmować, że skala 1:1 to odwzorowanie na negatywie bądź diapozytywie obrazu w naturalnej wielkości, o tyle w czasach kiedy zarówno ogniskowe jak i rozmiary matryc są przeliczane na ekwiwalenty formatu małoobrazkowego stanowić może znaczny problem. W przypadku materiału tradycyjnego wystarczyło wziąć fotografowany przedmiot, np. pierścionek czy kolczyk i porównać wielkość samego przedmiotu z jego odwzorowaniem na rejestrowanym przez aparat materiale - jeśli były identyczne lub zbliżone (ewentualnie gdy obraz był większy od samego przedmiotu) mogliśmy już mówić o makrofotografii

4 W praktyce okazuje się, że nawet dla danego obiektywu odwzorowanie nie jest wartością stałą. Jest ono wypadkową odległości od fotografowanego obiektu i ogniskowej obiektywu. Z tego powodu, mówiąc o skali odwzorowania należy rozumieć tak naprawdę maksymalną skalę odwzorowania, która podawana jest w stosunku do przedmiotów fotografowanych z odległości będącej minimalną odległością ostrzenia (w przypadku obiektywów o stałych ogniskowych sprawa jest stosunkowo prosta, w przypadku zoomów już tak łatwo nie jest odległość ostrzenia ulega zmianie wraz z ogniskową). W czasach wszechobecnych matryc pojęcie odwzorowanie nie jest takie jednoznaczne. Dlatego też rygorystyczną definicję makrofotografii zastąpiła definicja znacznie szersza. Dziś za zdjęcia makro uznaje się po prostu duże zbliżenia niewielkich przedmiotów wykonane z małych odległości bez większych wymagań pod kątem skali odwzorowania. Warto jednak pamiętać o oryginalnym znaczeniu tego terminu, które wiązało się ze znacznie większymi wymaganiami technicznymi niż te, którym dziś muszą sprostać miłośnicy fotografii. Jednak pomimo obecnie dostępnych udogodnień pewne podstawowe prawidłowości i prawa rządzące optyką pozostały niezmienne. W większości są one takie same jak dla pozostałych dziedzin fotografii. Można uzyskać tę samą skalę odwzorowania stosując obiektyw o dłuższej ogniskowej i większej odległości od przedmiotu jak i stosując obiektyw o krótszej ogniskowej z mniejszej odległości. Można prezentowany przedmiot czy jego fragment pokazać z zaskakującej perspektywy lub w niezwykłym świetle. Prawa te zostały opisane w następnym rozdziale

5 II. OPTYCZNE ASPEKTY MAKROFOTOGRAFII 1. Skala odwzorowania Dla prawidłowości odwzorowania bądź też wykreowania obrazu przedmiotu istotna jest znajomość podstawowych związków zachodzących pomiędzy płaszczyzną fotografowanego przedmiotu a płaszczyzną jego obrazu. W celu uproszczenia rozważań przyjmijmy założenie, że obiektyw aparatu jest soczewką o określonej ogniskowej f. Aby uzyskać ostry obraz obiektu położonego w odległości x od tej soczewki to spełnione musi być równanie: 1/x + 1/y = 1/f gdzie x jest odległością od soczewki do punktu powstania obrazu obiektu. Z kolei stosunek obrazu powstałego na filmie a lub matrycy do rozmiaru obrazowanego obiektu b (czyli skala odwzorowania S) wynosi x/y. F to ognisko soczewki a f odległość ogniskowa. W przypadku ostrzenia na nieskończoność odległość x = f czyli odległość optycznego środka soczewki od płaszczyzny, na której rejestrowany jest obraz jest taka jak ogniskowa tej soczewki. W przypadku ostrzenia obrazu na przedmiot znajdujący się bliżej soczewkę należy odsunąć od płaszczyzny obrazu o pewną odległość, którą nazywamy d. Z powyższego schematu wynika, że x=f+d. Podstawiając tę zależność do równania soczewki otrzymujemy zatem - 5 -

6 1/(f+d) + 1/y = 1/f Mnożąc obie strony równania przez f+d otrzymujemy 1 + (f+d)/y = (f+d)/f Z kolei wartość (f+d)/y to to samo co x/y czyli skala odwzorowania S. Przekształcając dalej równanie otrzymujemy kolejno 1 + S = (f+d)/f S = (f+d)/f - 1 S = d/f Z powyższego równania wynika, że chcąc uzyskać odpowiednio większą skalę odwzorowania należy odpowiednio daleko odsunąć soczewkę od płaszczyzny rejestracji obrazu przy założeniu wyostrzenia na nieskończoność w obiektywie o klasycznym sposobie ostrzenia, tzn. polegającym na wysuwaniu obiektywu w przypadku zmniejszania się odległości od fotografowanego przedmiotu. W przypadku obiektywów z funkcją internal focusing czyli ostrzeniem wewnętrznym, gdzie nie następuje dodatkowe wysunięcie części czołowej obiektywu zmiana ogniskowania polega na pewnych zmianach ogniskowej. W celu uproszczenia dalszych rozważań przyjęto "klasyczną" konstrukcję obiektywu. Dodatkowe wysunięcie obiektywu d możemy wyliczyć przekształcając równanie soczewki 1/(f+d) + 1/y = 1/f 1/(f+d) = 1/f - 1/y 1 = (1/f - 1/y) (f+d) f + d = 1/(1/f - 1/y) d = 1/(1/f - 1/y) - f Z powyższego równania wynika, że jeśli obiektyw o ogniskowej 50mm ma minimalną odległość ostrzenia 50cm (500mm) to d 1 = 1/(1/50mm - 1/500mm) - 50mm = (1/0,018)mm - 50mm = 5,55mm zaś dla 25cm d 2 = 1/(1/50mm - 1/250mm) - 50mm = (1/0,016)mm - 50mm = 12,50mm - 6 -

7 Podstawiając dane do wzoru na skalę odwzorowania S takie wyciągi obiektywu zapewnią odpowiednio skalę odwzorowania S = d/f S1 = 5,55mm/50mm = 0,111 oraz S2 = 12,50mm/50mm = 0,250 Jak z powyższych obliczeń wynika skala odwzorowania choć znaczna nie kwalifikuje jeszcze uzyskanego obrazu do miana makrofotografii. Analizując wzór na skalę odwzorowania jej zwiększenie można uzyskać poprzez zwiększenie wysunięcia obiektywu d lub zmniejszenie ogniskowej f. Aby uzyskać odwzorowanie w skali 1:1 lub większej należy doprowadzić do sytuacji przedstawionej na poniższych rysunkach gdzie a - odległość przedmiotu, a' - odległość obrazu y - wielkość przedmiotu, y' - wielkość obrazu f - odległość ogniskowa, f' - odległość ogniskowania 1 - obiektyw, 3 - korpus aparatu 2 - przesłona, -7-

8 2. Głębia ostrości Głębia ostrości to zjawisko wynikające z ułomności ludzkiego wzroku i polegające na tym, że fotografowane obiekty wydają się być odwzorowane ostro. Z optycznego punktu widzenia obiektyw zarejestrować może jedynie obiekty znajdujące się w ściśle określonej odległości. Dzięki wrażeniu jakiemu ulega nasz wzrok wydaje się, że odwzorowane ostro jest więcej niż w rzeczywistości zarejestrował obiektyw. Fotografując punkt, na który ustawiona jest ostrość obiektywu otrzymujemy jego obraz również w formie punktu. Jednak gdy punkt rejestrowany znajduje się niego przed lub za punktem, na który ustawiono ostrość jego odwzorowanie nie ma już postaci punktu ale krążka o pewnej średnicy. Dzieje się tak, gdyż promienie światła pochodzące z punktów leżących w odległości innej niż ta, na którą nastawiony jest obiektyw, ogniskowane są przed bądź za płaszczyzną obrazową, a tworzony przez nie obraz ma postać właśnie krążków, zwanych krążkami rozproszenia. Im dalej od płaszczyzny, na którą nastawiona jest ostrość, znajduje się odwzorowywany punkt, tym większą mają one średnicę czyli obraz jest tym bardziej nieostry. Stąd bierze się zjawisko stopniowego rozmywania fotografowanych obiektów w miarę oddalania się od płaszczyzny ostrości. Dzięki niedoskonałości ludzkiego oka, które praktycznie przestaje zauważać - 8 -

9 szczegóły mniejsze niż 20" kątowych bardzo niewielkie krążki rozproszenia obserwujemy w dalszym ciągu jako punkty, dzięki czemu obraz nadal wydaje nam się być ostrym. Dopiero po przekroczeniu pewnej wielkości krążka rozproszenia uznajemy, że obserwowany przez nas obraz jest nieostry. To właśnie znajomość tej granicznej wielkości, zwanej akceptowalną wielkością krążka rozproszenia, pozwala nam obliczyć głębię ostrości. Przyjmuje się, że wielkość krążka rozproszenia zawiera się w przedziale od 1/1000 do 1/2000 przekątnej. Dla formatu małoobrazkowego średnica krążka rozproszenia wynosi ok. 0,02mm do 0,04mm. Odpowiednio dla formatu średniego 6x9cm średnica krążka rozproszenia wynosi od 0,05mm do 0,11mm. Dla niepełnoklatkowych lustrzanek Canon lub Nikon średnica krążka rozproszenia wynosi od 0,014mm do 0,028mm. Dla aparatów kompaktowych o przykładowej wielkości matrycy 1/2.5" gdzie rzeczywista wielkość matrycy jest równa 7,2mm wielkość krążka rozproszenia wynosi 0,0036mm do 0,0072mm. Z powyższych obliczeń wynika więc, że im mniejsza wielkość elementu rejestrującego obraz tym mniejszy dopuszczalny krążek rozproszenia, dzięki któremu obraz uznawać będziemy za ostry. Wpływ na głębię ostrości poprzez wielkość krążka rozproszenia ma również wartość przysłony

10 Przy zdjęciach z małej odległości w zakresie makrofotografii zasięg głębi ostrości jest bardzo mały. Wychodząc ze skali odwzorowania, która w przy zdjęciach makro odgrywa kluczową rolę, zakres głębi zależy tylko od wielkości założonej krążka rozproszenia oraz przysłony, ogniskowa obiektywu nie jest brana pod uwagę. W celu obliczenia głębi ostrości wykorzystuje się zależność: T = 2uk(1 + S) / S 2 gdzie T - głębia ostrości w mm, u - średnica krążka rozproszenia w mm, k - liczba przysłony, S - skala odwzorowania (powiększenie liniowe). Obliczmy przykładowo głębię ostrości dla małego obrazka oraz aparatu cyfrowego z matrycą niepełnoklatkową i odpowiednio przysłon 2.0 i 8.0 przyjmując wielkość krążka rozproszenia jako średnią z przedziału. dla aparatu małoobrazkowego S = 1 u = 0,03mm k 1 = 2 k 2 = 8 T 1 = 2 0,03 4 (1 + 1) / 1 = 0,48mm T 2 = 2 0,03 64 (1 + 1) / 1 = 7,68mm dla aparatu cyfrowego Nikon DX S = 1 u = 0,021mm k 1 = 2 k 2 = 8 T 1 = 2 0,021 4 (1 + 1) / 1 = 0,34mm T 2 = 2 0, (1 + 1) / 1 = 5,38mm

11 Jak wynika z powyższych przykładów obliczeń głębia ostrości waha się od ułamków milimetra do kilku milimetrów. Dlatego też ze względu na konieczność stosowania znacznych przysłon ważne jest odpowiednie oświetlenie fotografowanego obiektu. 3. Ogniskowa i perspektywa Z powyższych przykładowych obliczeń wynika, że skala odwzorowania oraz głębia ostrości nie są zależne od zastosowanej ogniskowej obiektywu. Jednakową skalę odwzorowania i tym samym identyczną głębię ostrości uzyskać można przy użyciu obiektywów o różnych ogniskowych oraz fotografowaniu z różnych odległości. Stosowanie różnych obiektywów ma jednak wpływ na perspektywę, która ulega zmianie wraz ze zmianą perspektywicznego centrum, czyli punktu widzenia, z którego przedmiot jest fotografowany. Z powyższego rysunku wynika, że w zakresie pierwszego planu w obu przykładach uzyskano jednakowe odwzorowanie, natomiast plan tylny przy zastosowaniu obiektywu z krótszą ogniskową a) został odwzorowany jako mniejszy niż przy zastosowaniu obiektywu z ogniskową dłuższą b). Ogniskowa zastosowanego obiektywu ma zatem wpływ jedynie na spłaszczenie perspektywy

12 4. Dobór wartości przysłony Dokonując reprodukcji lub też frontalnego odwzorowania przedmiotu głównym kryterium wykonania zdjęcia będzie maksymalna ostrość odwzorowania. Z tego względu wystarcza przymknięcie przysłony w niewielkim stopniu, gdyż niezbędna do uzyskania ostrości głębia jest stosunkowo niewielka. Poniższe zdjęcie przedstawia monetę, której zdjęcie wykonano za pomocą obiektywu 200mm połączonego z korpusem aparatu za pośrednictwem mieszka, płaszczyznę styku obiektywu z korpusem w stosunku do płaszczyzny rejestrującej obraz odsunięto na odległość 180mm. Zdjęcie lewe wykonano z przysłoną 4.0, prawe z przysłoną 16.0 W obu przypadkach płaszczyzna monety została odwzorowana ostro. Lewe zdjęcie wykazuje pewne rozmycie tła, na którym moneta została ułożona. Grubość monety wynosi 1,3mm a więc można przyjąć, że głębia ostrości jest mniejsza niż grubość monety. W przypadku fotografowania przedmiotu w pewnej perspektywie sytuacja wygląda jak na zdjęciach poniżej. Przedstawiono monetę fotografowaną za pomocą obiektywów o ogniskowych 58mm (zdjęcia lewe) oraz 200mm (zdjęcia prawe) połączonych z korpusem za pośrednictwem mieszka

13 Przysłona 4.0 Przysłona 8.0 Przysłona 16.0 Jak widać na powyższych zdjęciach mała głębia ostrości przy fotografowaniu małych przedmiotów (średnica monety 1 gr wynosi 15,5mm) stanowi poważny problem ich odwzorowania perspektywicznego. Stosowanie dużych wartości przysłony jest w tym przypadku jak najbardziej wskazane. Dlatego też obiektywy konstruowane specjalnie do technik makro mają wartości przysłony wyższe niż obiektywy nie przystosowane do tej funkcji. Jednak w praktyce ze względu na falowy charakter światła przy przejściu

14 promienia świetlnego przez otwór przysłony następuje ugięcie promienia na blaszkach przesłony co z kolei powoduje zwiększenie wielkości krążka rozproszenia i co za tym idzie zmniejszenie rozdzielczości obiektywu. Stosując tzw. kryterium Rayleigha możemy obliczyć ile wynosi maksymalna możliwa zdolność rozdzielcza obiektywu. R = 0,823 / (k n) [linii/mm] gdzie k - wartość przysłony, n - długość fali świetlnej [mm] Ponieważ długość fali świetlnej podawana jest w nm w celu przeliczenia należy najpierw dokonać przeliczenia długości na mm czyli podzielić przez Załóżmy, że długość fali świetlnej wynosi 550 nm czyli 0,00055mm R = 1496 / k Wstawiając odpowiednio wartości przysłony otrzymujemy dla k = 4 -> R = 374 linie/mm dla k = 8 -> R = 187 linie/mm dla k = 11 -> R = 134 linie/mm dla k = 16 -> R = 94 linie/mm dla k = 22 -> R = 67 linie/mm dla k = 32 -> R = 47 linie/mm dla k = 45 -> R = 34 linie/mm Jak z powyższych wyliczeń wynika optymalnymi przysłonami nie powodującymi jeszcze drastycznego spadku rozdzielczości optycznej obiektywu wydają się być przysłony o wartości do 16. Oczywiście wyliczenia powyższe są wyliczeniami teoretycznymi, gdyż na jakość rysowania obrazu przez obiektyw wpływ ma nie tylko teoria, ale również rodzaj użytych do produkcji soczewek materiałów, konstrukcji optycznej obiektywu

15 5. Oświetlenie obiektu Częstym problemem, z którym mamy do czynienia w przypadku makrofotografii jest mała ilość światła. Wynika ona z konieczności przymknięcia przysłony a także wydłużenia czasu ekspozycji wskutek spadku jasności względnej zestawu obiektyw + urządzenie przedłużające. O ile fotografując w warunkach studyjnych przedmioty nieruchome możemy skorzystać ze statywu, o tyle fotografując w terenie należałoby się zaopatrzyć w niezbędne urządzenia doświetlające w postaci blend mogących odbić światło słoneczne czy też lamp błyskowych. Lampy błyskowe stosowane w makrofotografii mogą mieć różne kształty i formy. Jednym z najczęściej stosowanych kształtów lamp błyskowych są lampy z palnikami w kształcie kolistym. Palnik lampy tego typu mocowany jest za pośrednictwem specjalnego pierścienia redukcyjnego o średnicy dostosowanej do obiektywu. Kilka wymiennych pierścieni o różnych średnicach gwintu zapewnia dopasowanie lampy do obiektywów o różnych wielkościach. Jako źródło światła wykorzystuje się palniki o kształcie kołowym, chociaż coraz częściej na rynku pojawiają się lampy, w których zamiast tradycyjnego palnika błyskowego stosuje się diody LED o określonej temperaturze barwowej emitowanego światła. Oświetlenie uzyskane za pomocą takiej lampy charakteryzuje się praktycznie

16 pozbawieniem cieni w oświetlanej scenie. Lampy tego typu często stosowane są również przez fotografów portretowych jako lampy wspomagające bądź też jako oświetlenie główne. Wykorzystując jednak tego typu lampę trzeba mieć na uwadze "płaskość" oświetlenia. Na podobnej zasadzie działa dyfuzor montowany na zewnętrze lampy błyskowe o nazwie Coco Ring Flash

17 W konstrukcji tego dyfuzora zastosowano światłowody oraz zespoły luster i pryzmatów, które przenoszą światło z palnika lampy błyskowej rozkładając je równomiernie wokół obiektywu. Urządzenie nie wymaga żadnych dodatkowych adapterów ani pierścieni pośrednich i w chwili obecnej jest najtańszym sposobem na oświetlenie fotografowanego miniaturowego obiektu. Innym typem lamp są zespoły składające się z dwóch lub więcej palników umieszczonych symetrycznie względem osi obiektywu. Zestaw taki pozwala na symetryczne, bądź niesymetryczne w przypadku lamp o regulowanej mocy błysku, oświetlenie obiektu. Mocowanie najczęściej następuje za pośrednictwem pierścienia redukcyjnego na obiektywie. Lampy są wyposażone w światła pilotujące pozwalające zorientować się w sposobie oświetlenia fotografowanej sceny podobnie jak ma to miejsce przy wykorzystaniu studyjnych lamp błyskowych. Wadą tego rozwiązania jest dość wysoka cena