Юлен Очаковский - Свет в море

• Название: Свет в море
• Автор: Юлен Очаковский
• Издательство: Наука
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1970

Книга посвящена одному из сложных и интересных разделов науки — гидрооптике которая изучает проникновение и распространение света в море.

В настоящее время знать физические законы, определяющие эти процессы, особенно необходимо в связи с решением такой важной и актуальной проблемы, как освоение ресурсов Мирового океана.

Человек начал наступление на водную целину. Но для успешного его завершения следует разобраться в массе трудных вопросов гидрооптики.

Чем объясняется цвет моря и почему разные моря имеют разный цвет? От чего зависит прозрачность морской воды и несколько глубоко проникает свет в океанские глубины? Почему море светится? Ответы на все эти вопросы и дает настоящая книга.

Она написана легко, физическая сущность процессов объяснена весьма доступно. Издание рассчитано на широкие круги читателей.

---

Отличные качества в эксплуатации показывают советские фотообъективы для подводной съемки — «Гидроруссары». Несмотря на большое угловое поле зрения этих объективов, при подводных съемках через плоский иллюминатор они практически не дают искажений. Идея оптической схемы принадлежит ленинградскому оптику профессору М. М. Русинову. Суть ее заключается в том, что система вода — плоский иллюминатор служит как бы одной из линз, а сам объектив рассчитан на исправление ее искажений. Большое достоинство схемы — свободное расположение объектива относительно плоскости иллюминатора.

Рис. 60. Оптическая система А. А. Иванова

1 — иллюминатор — отрицательная линза; А' В' — изображение объекта; 2 — компенсирующая положительная линза; 3 — объектив; АБ — фотографируемый подводный объект;

Дальность фотографирования зависит прежде всего от дальности видимости предметов в воде. Последняя, как известно, определяется несколькими факторами: освещенностью предмета, ослаблением водой его видимой яркости, размытием контуров предмета световой дымкой, вызванной рассеянием.

Возможность фотосъемки при естественном освещении сильно ограничена глубиной. В прозрачных водах при ярком солнечном свете глубина, на которой еще проводят фотосъемку, достигает нескольких десятков метров, в мутных водах уже на очень небольшой глубине нельзя определить, где находится освещенная солнцем поверхность моря.

Чтобы увеличить освещенность фотографируемых объектов, применяют искусственное освещение.

В подводных киносъемках широко используются лампы накаливания. Их питание производится либо по кабелям с поверхности, либо от аккумуляторов, находящихся под водой. Наилучший источник освещения для подводных фотосъемок — электронная импульсная лампа. Она дает короткую и мощную вспышку, причем ее световой поток очень близок по своему спектральному составу к солнечному. Экспозиция при искусственном освещении зависит от чувствительности фотопленки, мощности лампы, прозрачности воды и общего пути света в воде. В случае естественного освещения общий путь света в воде складывается из расстояний от объекта до поверхности и от объекта до фотокамеры (рис. 61). При искусственном освещении этот путь равен сумме расстояний от источника света до. объекта и от объекта до фотокамеры.

Чтобы уменьшить световую дымку, возникающую при рассеянии лучей осветителя в воде, источник света следует поместить как можно ближе к снимаемому объекту. Осветитель располагают обычно под углом к оси съемки с целью избежать прямого освещения среды между объектом и фотокамерой. Предпочтение отдается лампам-фарам, дающим узконаправленный световой поток большой яркости, а не широкоугольным светильникам общего освещения. Справедливость этого вывода подтверждает случай, описанный А. А. Роговым:

«Работая в Рижском порту осенью 1962 г. в воде очень низкой прозрачности, фотографы группы подводных исследований „Союзморниипроекта“ пользовались двумя вспомогательными источниками освещения: подводными светильниками ППС-100, снабженными лампами накаливания в 1000 вт, и подводными фонариками с лампами накаливания в 6 вт. Съемка велась через контейнер, наполненный дистиллированной водой, освещение объекта для съемки было автономным.

Эффект освещения получился неожиданный. Подводный светильник, имеющий мощность почти в двести раз большую, чем фонарь, засвечивая фон между объектом и фотокамерой, создавал световой конус с телесным углом в 120°. Высота конуса в этом случае не превышала 100–150 см, а освещенное предметы из-за сильного рассеяния света плохо просматривались. Луч же света от фонарика, с углом рассеяния не более 5°, освещал на таком же расстоянии предметы довольно хорошо. В отличие от светильника, световой поток фонаря не слепил и не мешал наблюдать снимаемые предметы»[31].

Рис. 61. Общий путь света в воде при фотографировании; А+Б

1 — при естественном освещении; 2 — с помощью искусственного осветителя

Благодаря возрастанию светового фона, ослабляющего контраст предмета, увеличение мощности светильника, используемого для освещения, лишь незначительно улучшает видимость подводных объектов. При оптимальном расположении осветительных приборов с увеличением их силы света в 10 раз дальность видимости возрастает лишь на 15 %.

Некоторые специалисты считают, что между дальностью видимости и дальностью фотографирования существует зависимость: l = 0,5 z, где l — дальность фотографирования, a z — горизонтальная дальность видимости стандартного белого диска. Подводные исследователи неоднократно на практике убеждались, что предметы, отчетливо видимые под водой невооруженным глазом, оказывались неконтрастными на пленке.

А как же быть, если нужно провести фото- или киносъемку в очень мутной воде? Применение всех возможных средств для улучшения качества фотографий позволяет получить удовлетворительные снимки лишь в тех случаях, когда глубина видимости по белому диску не менее чем 1,5–2 м. А ведь существуют водоемы, настолько загрязненные взвешенными частицами и растворенными веществами, что дальность видимости белого диска в них не достигает и 1 м. Вода столь низкой прозрачности встречается обычно в портах, где как раз очень часто возникает необходимость в подводной фотосъемке (повреждения мола, стен причала и т. п.). Инженеры и ученые обошли создавшиеся трудности. Для фотографирования в очень мутной воде они предложили использовать специальные насадки, выполненные в виде усеченных пирамид или конусов, наполненных прозрачной жидкостью или воздухом (рис. 62). В этом случае съемка фактически ведется через тонкий слой мутной воды, находящийся между защитным стеклом и объектом съемки. В качестве прозрачной жидкости используется обычно дистиллированная вода, а также бензин или глицерин. Контейнер жидкостного наполнений легко герметизируется, его просто погрузить на нужную глубину. Однако у него есть недостатки, которыми не обладает воздушный контейнер. Прежде всего при равной площади объекта (и одном и том же объективе) высота водяной пирамиды должна быть на 1/4 больше, чем у воздушной: ведь при съемке через воздух угол поля зрения объектива уменьшаться не будет. Увеличение высоты при равных основаниях приводит к значительному увеличению объема. Например, для съемки подводного объекта площадью 0,6x0,9 м2 объем водяной пирамиды должен быть равен 300–350 л.

Рис. 62. Насадки для фотографирования в мутной воде

а — контейнер водяного наполнения;

б — контейнер воздушного наполнения А1=А2, но β1 < β2 и поэтому H1 > H2

Такое количество жидкости трудно сохранять в идеальной чистоте, неудобна и ее транспортировка. Поэтому вместо жидкостных контейнеров нередко используют насадки, изготовленные из монолитных кусков прозрачного органического стекла. Выбор того или иного вида насадки определяется спецификой работ и условиями, в которых проводится съемка; в частности, глубиной нахождения фотографируемых объектов. С помощью насадок удается получать высококачественные снимки предметов даже в очень мутной воде.

Известно, что морская вода ослабляет световые лучи по-разному: в зависимости от длины волны и спектральный состав солнечного света изменяется с глубиной. Мы уже рассказывали о том, к каким неожиданным цветовым эффектам приводит исчезновение красного света из распространяющегося в глубь моря светового потока. Естественно, все эти эффекты проявятся при цветном фотографировании и на пленке. Правда, с некоторой оговоркой. Человеческий глаз различает цветовые тона гораздо лучше, чем фотопленка. Подводные фотографы не раз обнаруживали, что наблюдаемая ими под водой на небольших глубинах гамма желтых, синих и ярко-зеленых красок со множеством промежуточных оттенков на фотоснимке дает лишь расплывчатую сине-зеленую дымку.

Однако можно исправить нарушенный цветовой баланс под водой, применив искусственные источники света. Конечно, и здесь необходимо стремиться к тому, чтобы общий путь света в воде был как можно меньше, так как в противном случае снова станет заметным поглощение водой красных лучей (рис. 63). Даже в очень прозрачной воде для удовлетворительного воспроизведения цветовой окраски подводного объекта общий путь света в воде не должен превышать 5 м.

Рис. 63. Искажение водой истинного цвета объекта. При белом солнечном свете эта морская звезда ярко-красная:

1 — общий путь света в воде — 1 м; 2–4 м

Другой способ восстановить истинные цвета фотографируемого предмета — применение цветных корректирующих светофильтров. Они используются также и при черно-белой фотосъемке, где отсутствие красных лучей, нарушая цветовой баланс, снижает контрастность изображения. Такие светофильтры, поглощая синие и сине-зеленые цвета, одновременно снимают дымку, имеющую голубоватый оттенок. Аналогичную цель преследует съемка на панхроматической пленке, обладающей максимальной цветочувствительностью в оранжево-красной части спектра.