Физика в фотографии

 

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА ИРКУТСКА

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА

С УГЛУБЛЕННЫМ ИЗУЧЕНИЕМ ОТДЕЛЬНЫХ ПРЕДМЕТОВ № 14

 

 

 

 

 

 

 

 

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Тема: «Физика в фотографии»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: Решетникова Анна Владимировна

ученица 8 класса Г

 

 

Руководитель: Черемисина Наталья Степановна, учитель географии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2022 г.

 

 

Оглавление

Введение	3
Основная часть
2.1 История фотографии	4
2.2 Развитие фотографии	6
2.3 Устройство камеры	7
2.4 Особенности ночной съёмки 2.5 Какой хороший объектив для ночной фотографии?	10 10
Практическая часть	11
Заключение	13
Список литературы	13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Актуальность.

В современном мире, фотография является одним из самых востребованных источников передачи окружающей действительности. Большое количество людей сталкиваются с проблемой получения чёткого и качественного изображения, а особенно в ночное время суток. Эту проблему, на первый взгляд, можно легко объяснить нехваткой света, но большинство школьников считают, что для получения качественных снимков не нужно иметь большое количество знаний и умений по данной теме. Поэтому в ходе данной научно-исследовательской работы, будут рассмотрены способы получения хорошего изображения в ночное время суток, а именно, законы физики, лежащие в основе фотографии.

Цель работы – исследование особенностей ночной фотосъемки для углубления знаний по физике в рамках изучения оптических явлений.

Задачи работы:

1.     Изучить и проанализировать материалы по применению физических законов в области фотографии;

2.     Познакомиться с историей фотографии;

3.     Изучить особенности фотосъемки в ночное время;

4.     Познакомиться с различными способами и приемами ночной фотосъемки для получения разных эффектов;

5.     Рассмотреть физические основы фотокамеры, чтобы с ее помощью создавать хорошие фотографии в сумерках и темноте.

Методы исследования: Анализ, изучение литературы по данной теме, сравнение.

Объект исследования: законы физики, лежащие в основе фотографии;

Предмет исследования: фотография.

Гипотеза: для получения качественных снимков с помощью цифрового фотоаппарата, не нужно иметь определённый багаж знаний.

 

2. Основная часть.

2.1 История фотографии.

Фотография – это получение статичного изображения на светочувствительном материале. Сам термин «фотография» стал известен и понятен людям в 1839 году. Получение изображения стало возможным благодаря объединению открытий, сделанных задолго до этого. История фотографии делится на физическую и химическую. Химическая предыстория – это светочувствительные вещества (соли некоторых металлов, галогениды вещества)

Физическая предыстория – Камера-обскура, оптика и другие различные приспособления.

         Конечно, фундаментом истории фотографии является камера «Obscura». Арабский учёный Альгазен ( 10 век до н.э.), изучая принципы оптики и поведение света, сделал вывод о линейности распространения света и объяснил природный феномен перевёрнутого изображения, а также сконструировал камеру и распространил знания о её устройстве.

Принцип действия камеры Obscura:

Перевёрнутое изображение замечено на белых стенах затемнённых комнат – свет проходил через небольшое круглое отверстие в стене и формировал картину. Альгазен пользовался камерой-обскурой для наблюдений за затемнениями солнца, а также для зарисовок архитектурных сооружений.

Художники начали использовать эту камеру для создания картин, но у данного приспособления был минус – огромные размеры. Но с развитием оптики она стала совершенствоваться. С установкой двояковыпуклой линзы устройство перестало иметь такие большие размеры.

Изобретателем фотографии является Жозеф Нисефор Ньепс (1765-1833).

В 1816 году он начал работать над получением «мгновенного» изображения. Изначально использовалась серебряная соль, которая чернеет при контакте с дневным светом. Ньепс смог получить стойкое изображение. Однако, ему долгое время не удавалось зафиксировать изображения, снимки чернели. Первое закреплённое изображение ему удалось получить в 1822 году.  Но в 1826 году он смог получить первую фотографию в истории человечества.

 

фото1. Жозеф. Ньепс «Вид из окна» 1826г.

Основываясь на выкупленных Дагером (Жак Дагер, 1787-1851) изобретениях Ньепса, в 1835 году, Дагеру удаётся получить более детальные и качественные изображения.

фото2. Жак Дагер. Бульвар Дю Тампль, 1838 г.

Он разработал свой метод получения фотографии – Дагеротипия.  Он использовал медные пластинки покрытые серебром. Фиксация изображения происходила за счёт паров ртути. Время экспонирования составляло сначала 20-40 минут, затем 1-10 секунд. Но копировать снимки было невозможно.

7 января 1839 года на заседании Парижской Академии наук Жак Дагер продемонстрировал изобретение позволявшее получать мгновенные изображения. И молодой учёный Фпвнсуа Араго предложил именовать это изобретение фотографией.

2.2 Развитие фотографии.

В дальнейшем процесс создания фотографии становился всё лучше с каждым разом. Англичанин Джон Фредрик Годдард стал обрабатывать серебряные пластинки смесью брома и паров, что позволило ему значительно сократить время экспозиции. Благодаря его открытию, портретная съёмка приобрела новые обороты.

Тартановая фотография – первая цветная фотография в истории человечества. Её удалось зафиксировать Джеймсу Масквеллу в 1861 году на основе цветной модели RGB (RGB – red, green, blue).

 

2.3 Устройство камеры.

Основные элементы камер:

1.     Корпус.

2.     Объектив.

3.     Видеоискатель.

4.     Затвор.

5.     Матрица (сенсор)

6.     Экран.

7.     Слот для карты памяти.

8.     Диск режимов съёмки.

9.     Встроенная вспышка.

10. Аккумулятор

На сегодняшний день в большинстве устройств применяются камеры, обладающие оптической стабилизацией изображения, высокой самочувствительностью, состоящие из большого количества линз.

Основополагающими элементами в камере являются матрица и оптика камеры. Матрица состоит из светочувствительных элементов, собранных в блоки. Благодаря размеру матрицы, можно определить формат печати фотографии. То есть, чем меньше размер матрицы. Тем больше артефактов    (шумов) Также на качество фотографии влияет и расстояние между пикселями. Если пиксели очень маленькие и расположены вплотную, снимки будут иметь большое количество шумов.

 

Таблица 1. Физический размер матрицы (мм)

Вид камеры	Размер матрицы
Профессиональные камеры	36*24 мм
Любительские камеры (Canon)	22*14.8 мм
Любительские камеры (Nikon, Sony)	23.6*15.7 мм
Компактные камеры	7*9 мм
Ультракомпактные камеры	3*5 мм
Смартфоны	3*5 мм

 

Оптимальный размер матрицы – 1 дюйм.

Таблица 2. Формат печати фотографии без потери качества.

Количество пикселей, Мп	Формат печати, см
10	20*30
14	30*40
16	40*60
18	60*90
21	100*140
36	180*270

 

В конструкции объектива применяется определённое количество линз. Точное число зависит от производителя. Каждая линза состоит из специального пластика или же стекла. Линзы собирают пучок света так, чтобы он равномерно попадал на рабочую часть матрицы.

Чувствительность матрицы (ISO)

Чувствительность – способность матрицы реагировать на воздействие света. Чем больше значение. Тем меньше света необходимо для экспонирования кадра.

ISO – 200, 400,800 и т.д. Оптимальное значение – 800.

Ещё одно важный элемент объектива – диафрагма. Диафрагма – устройство внутри объектива, с помощью которого регулируется количество света, пропускаемого на матрицу. Чем меньше значение диафрагмы, тем выше будет светосила (светосила – способность объектива пропускать большое количество света.). Диафрагменным числом обозначается степень закрытия отверстия объектива.

Фотообъектив – точное, сложное оптическое устройство, проецирующее изображение на плоскость матрицы.

Классы объективов :

1. Любительский.

2. Полупрофессиональный.

3. Профессиональный.

Назначение объективов:

1. Широкоугольный. (Такие объективы дают масштабную картинку, однако есть и минус – искажения по краям снимка, поэтому людей лучше размещать по центру.)

2. Стандартный. (съёмочный объектив постоянного фокусного расстояния, обеспечивающий на полученном изображении наиболее лёгкую и естественную картинку для восприятия человеком)

3. Длиннофокусный. (используются в основном для съемки дикой природы, репортажа и слежки – ситуаций, когда ближе подойти просто невозможно. Если, к примеру, на 135 мм угол обзора примерно 18 градусов, то на сверх длиннофокусного объектива 600 мм он сужается до 4 градусов. Дальше только телескопы.)

4. Макрообъектив. (фотографирования мелких предметов с небольшого расстояния). Нормальный объектив с фокусным расстоянием 50 мм имеет возможность фотографировать предметы на небольшом расстоянии)

Фокусное расстояние объективов – расстояние от оптического центра объектива (одна из линз) до плоскости в которой изображение будет резким. Фокусное расстояние выражается в миллиметрах и указано на объективе. Например: 18-55. Фокусным расстоянием определяется угол поля зрения объектива, а также степень увеличения съёмки.

Таблица 3. Классификация по фокусному расстоянию:

Тип объектива	Фокусное расстояние, мм
Широкоугольный	10 14 20 24
Стандартный	35 50 75
Длиннофокусный	85 105 135 200

 

2.4 Особенности ночной съёмки.

Вид фотосъёмки – технология, предполагающая использование специальных технических средств и приёмов. Одним из видов фотосъёмки является ночная фотосъёмка. Ночная съёмка определяется такими же параметрами, что и дневная, а то есть – диафрагмой, выдержкой, и чувствительностью ISO, но требует для себя определённых значений.

Свет – оптическая область спектра электромагнитных излучений. Он бывает естественным и искусственным. Через объектив на светочувствительный элемент попадает свет. В ночное время суток, наблюдается его недостаток. Поэтому правила фотосъёмки в этот период значительно отличаются от привычных дневных. Из-за недостатка света для кадра требуется долгая выдержка, чтобы кадр был достаточно экспонирован  (экспонирование – процесс воздействия света на светочувствительную матрицу). При длительной выдержке, велика вероятность смазать кадр, поэтому рекомендуется держать камеру в неподвижном положении или использовать штатив. Чтобы избежать ярких фонарей и затемнённого фона, лучше пренебречь использованием вспышки. Хорошей альтернативой будет использование повышение чувствительности матрицы. Главное следить за тем, чтобы «шумы» матрицы не испортили изображение.

2.5 Какой  хороший объектив для ночной фотографии?

 

Скорость фокусировки – одно из главных условий при ночной съёмке. Поэтому автофокус не всегда будет хорошим помощником. Поэтому использование линз с ручным режимом фокусировки, дают наилучшие результаты в условиях слабого освещения.

В результате, фокусное расстояние объектива должно быть достаточным, чтобы фокусироваться и на ближайшую точку, и на бесконечность. Ещё одна конструктивная особенность - это то, что современные объективы могут фокусироваться за бесконечностью. Вследствие чего, можно сделать вывод, что при ручной фокусировке не получится просто поворачивать кольцо фокусировки до упора, чтобы сфокусироваться на бесконечность.

Если линза сфокусирована за бесконечностью, ничто не будет резким на конечном изображении.

Линзы с постоянным фокусным расстоянием обычно имеют более открытую диафрагму, чем объективы с переменным фокусным расстоянием, что позволяет им фокусироваться легче даже в темноте. Объективы с постоянным фокусным расстоянием разработаны для специализированных целей, они более удобны.

Широкоугольный объектив – один из лучших вариантов для создания ночной фотографии. Широкоугольный объектив позволяет снять больше пространства, что делает ночную фотографию ещё лучше. Они могут также использовать большую диафрагму (компенсируя длительной выдержкой) чтобы получить хорошую глубину резкости. А как известно длительная выдержка – залог качественной фотографии в.

 

3. Практическая часть.

 

Целью работы является изучение ночной съёмки со стороны физики.

На рисунке 1 и рисунке 2 изображены фотографии, сделанные на телефон. На первом рисунке режим ночной съёмки отсутствует, на втором присутствует. Сравнивая эти фотографии, можно наблюдать, что первый рисунок гораздо тусклее чем второй.

Для использования режима ночной съёмки, использовалась более длительная выдержка. Благодаря тому, что выдержка на втором изображении больше, фотография получилась намного ярче. 

3.1 Анализ фотографий.

Источники света делятся на естественные и искусственные. В ночной съёмки также можно найти источники естественного света.

1. Свет от Луны. При ночной съёмке с луной, в качестве альтернативного источника освещения, действуют всё те же правила, за тем лишь исключением, что свет от луны может смотреться не так скучно, как привычный свет от солнца. Вместе с тем, если говорить о максимально рациональной съёмке, важной частью, конечно же, будет и правильно подобранный ракурс. Хорошим вариантом будет поймать источник света в более низком положении.

2. Свет от полярного сияния. Этот вариант подходит не во всех случаях. Данное явление менее интенсивное и поэтому, идёт небольшое количество света.

3. Свет от звёзд. В большинстве случаев освещение от звёздного неба без дополнительных источников света позволит сделать фотографию с контурным освещением, например, когда в кадре будет стоять дерево на фоне звёздного неба.

4. Городская засветка. Мы подошли к нашему варианту освещения. Проблема данного освещения заключается  в паразитной засветке земных объектов. Но эту проблему можно избежать:
1. Начинать съёмку земной части до того, как засветка начнём играть главную роль в освещении фотографии.

2. Цветокоррекция при обработке. Если интенсивность засветки не очень большая, то можно откорректировать цветовую составляющую подсвеченных областей.

Можно сделать вывод, что для ночной съёмки характерны свои установленные параметры, а именно – длительная выдержка и величина диафрагмы.

 

1.     Заключение:

В ходе выполнения данной научно – исследовательской работы я изучила теоретический материал по данной теме, узнала историю фотографии и её дальнейшее развитие. Особенности ночной съёмки и какие у неё есть отличия от дневной. В ходе работы, были определены принципы работы фотографии, влияние определенных параметров на качество изображения. Средства искусства фотографии основываются на технику, которая не сводится к своему обычному назначению: средства техники приобретают собственное значение художественных изобразительно выразительных средств. Создание колорита, объема изображаемых явлений, выделение главного и существенного достигаются средствами физики (оптики), но именно светом. Чем больше света, тем ярче можно создать художественный снимок.

Благодаря фотографии, люди развиваются и дают возможность увидеть миру что-то познавательное и интересное. Фотография – важная часть нашей жизни.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1.     Петерсон Б. Как фотографировать людей. За рамками портрета. - Спб.: Питер, 2013. - 152 с.

2.     Розов Г. Как снимать. Искусство фотографии. - М.: АСТ «Астрель», 2016. - 416 с.

3.     Савчук В. В. Философия фотографии. - Спб.: Издательство Санкт-Петербургского университета, 2015. - 256 с.

4.     Справочник фотографа / А. Б. Меледин, Ю. И. Журба, В. Г. Анцев и др. - М.: «Справочник фотографа», 2018. - 22 с.

5.     Тихонов А.А. Приемы освещения фотографии. - Минск: Новое знание, 2019. - 143 с