Soustředění mladých matematiků a fyziků Kreslení světlem Fotografie s dlouhou expozicí Autor: Jan Bohuslav Konzultant: Jaroslav Reichl Nekoř 2011
Obsah Úvod... 3 Fotografování s dlouhou expozicí... 3 Vymezení... 3 Nastavení fotoaparátu... 3 Výhody a technická úskalí... 4 Co lze fotografovat... 4 Fotoaparát i scéna jsou nehybné... 4 Pohyblivý jasný objekt na nehybné scéně... 5 Blikající objekt... 6 Pohyb fotoaparátu... 6 Využití k měření... 7 Příklad... 7 Závěr... 8
Úvod Fotografie s dlouhou expozicí jsou ideálním tématem pro toho, kdo se zajímá o uměleckou fotografii a zároveň o fyziku. Ideálně se zde kombinuje vytváření úchvatných kompozic, které člověk jinak nemůže očima zachytit, se zkoumáním okolního světa, měřením a demonstrací fyzikálních zákonů. V této práci seznámím čtenáře se základními zásadami při fotografování na dlouhý čas, s jeho výhodami a technickými úskalími. Dále uvedu několik příkladů objektů a dějů vhodných k zachycení na dlouhý čas a nastíním možnosti jeho využití při měření. Práce je vhodná pro čtenáře, kteří mají základní znalosti v oboru fotografie a alespoň tuší, jak výslednou fotografii ovlivňují clona, čas a citlivost. To zde sice zopakuji, ale se zřetelem zejména k dlouhé expozici. Fotografování s dlouhou expozicí Vymezení Samozřejmě, že výraz dlouhá expozice je relativní. Není nikde určeno, jaký čas už lze považovat za dlouhou expozici. Přirozeně to závisí na tom, co chceme zachytit. Jak vyplyne z následujících řádků, a jak si může čtenář, kterého moje práce zaujme, vyzkoušet, efektů dlouhé expozice lze dosáhnout při časech přibližně od jedné sekundy do několika hodin. Nastavení fotoaparátu Vlastnosti výsledné fotografie ovlivňují zejména tyto tři podmínky: doba expozice, clonové číslo a citlivost fotomateriálu nebo snímacího čipu. Velmi krátce zde připomenu jejich funkci. Zmiňuji to pro případ, že by si některý čtenář nebyl jistý, ale hlavně proto, že tyto základy jsou důležité pro pochopení principu fotografování s dlouhou expozicí a jeho výhod a obtíží. Doba expozice, to je časový úsek, po který může světlo přicházející skrz objektiv dopadat na film nebo snímací čip. Čím je expozice delší, tím více světla dopadne na film nebo čip. Clona je umístěna uvnitř objektivu a zmenšuje otvor, kterým světlo prochází. Čím větší je clonové číslo tím méně světla projde. Citlivost je vlastnost filmu, nebo nastavení snímače v digitálním fotoaparátu. Jednoduše se dá říci, že při větší citlivosti je film nebo čip schopen zachytit i slabší světlo. Pro každou fotografovanou scénu existuje nějaká ideální kombinace citlivosti, clony a času. S jejím určením nám může pomoci expozimetr. Podle toho, jestli chceme zachytit ostře rychlý pohyb nebo například chceme využít rozmazání fotografie k uměleckým záměrům, můžeme nastavit hodnotu libovolného parametru vyšší nebo nižší a ostatní odpovídající hodnoty dopočítat. Standardně jsou rozděleny po určitých krocích, kdy jeden krok odpovídá dvojnásobnému nebo polovičnímu množství světla. A kroky u clony, času a citlivosti si navzájem odpovídají.
Výhody a technická úskalí Nastavíme tedy dlouhou dobu expozice. 1 Světlo bude na film resp. čip dopadat dlouho a fotografie bude ve výsledku světlejší než při běžné expozici. Z toho už na první pohled plynou dvě očividné výhody. Můžeme zachytit nějaký pohyb nebo děj trvající delší dobu. Můžeme zaznamenat například dráhu automobilu jedoucího v noci se zapnutými reflektory. Při krátké expozici bychom (při dostatečném osvětlení) získali obraz auta, ale nevěděli bychom nic o jeho dráze. Při dlouhé expozici uvidíme z auta pouze šmouhy, ale také krásnou linii z reflektorů, která kopíruje dráhu auta. Při dlouhé expozici lze fotografovat velmi málo osvětlené scény, ty se ovšem nesmí pohybovat. A je důležité, aby se nepohyboval ani fotoaparát. I nejmenší pohyb by způsobil úplné rozmazání fotografie. Proto je vždy nutný stativ, pokud nemá být rozmazání záměrné. Pokud fotografujeme opravdu temné objekty, je třeba nastavit i malou clonu. Tak sice projde více světla, ale má to i jisté nevýhody. Čím menší je clona, tím menší je hloubka ostrosti, to je rozsah, ve kterém jsou ještě ostré předměty, které jsou blíže nebo dále od fotoaparátu než ty, na které je zaostřeno. Proto je vhodné nenastavovat, pokud možno, příliš nízkou clonu. Ale mnohdy to vůbec nevadí. Stejně tak i vysoká citlivost umožňuje fotografování tmavších scén. Ovšem, také má nějaké nevýhody. Obraz je více zrnitý. U filmu je to způsobeno tím, že na filmu s vyšší citlivostí jsou větší krystalky fotocitlivé látky, u snímacího čipu je zrnitost způsobena šumem (jsou více zesíleny i falešné signály). Když fotografujeme na film, při dlouhé expozici se projevuje tzv. Schwarzschildův efekt. To znamená, že se během expozice snižuje citlivost, protože je na filmu stále méně neosvícených krystalků fotocitlivé látky. Pokud máme potřebnou dobu expozice naměřenou a spočítanou, musíme ji o něco prodloužit. 2 Pokud ji spočítanou nemáme, tak ji určíme pokusně. U velmi dlouhých expozic není nutno dodržovat čas s přesností na sekundy. Co lze fotografovat Fotografie s dlouhou expozicí má nevyčerpatelné množství možností. Lze na ni zachytit téměř cokoliv a vždy přinese velice zajímavé efekty. Já jsem se pokusil rozdělit její aplikace do několika základních skupin. Jednak proto, že fungují na trochu odlišném principu, a jednak jako vodítko pro ty, kteří by se rádi fotografování s dlouhou expozicí začali věnovat. Fotoaparát i scéna jsou nehybné To je nejjednodušší možnost. Fotografujeme nějakou velmi temnou scénu a chceme, aby objekty na ní byly rozpoznatelné. Pokud není úplná tma a fotoaparát je dobře uchycen na stativu, lze dosáhnout pěkných snímků jasných při troše štěstí skoro jako ve dne. 1 Možnosti nastavení dlouhé expozice závisí na modelu fotoaparátu. U některých analogových fotoaparátů je možnost několikasekundové expozice, téměř všechny (ne automatické) mají možnost B, to znamená, že závěrka zůstane otevřená tak dlouho, jak dlouho bude stisknutá spoušť. Běžné digitální fotoaparáty, které mají alespoň částečné ruční nastavení, mají možnost patnáctisekundové nebo třicetisekundové expozice, což je dostačující. Profesionálnější digitální fotoaparáty mají široké možnosti dlouhé expozice. 2 Nemám zde prostor pro podrobnější vysvětlování. Informace a návody pro přepočet lze najít na internetu.
Čas 15 s Citlivost ISO 400 Pohyblivý jasný objekt na nehybné scéně Typickým příkladem jsou zde již zmíněné reflektory automobilu. Zde zaznamenáváme dráhu objektu. Můžeme tak například sledovat, jak se auta křižují nebo předjíždějí. Vhodným objektem je také člověk se svítilnou. Zde získáme i nějaké informace o délce a dalších parametrech jeho kroků. Čas 5 s Citlivost ISO 400 Čas 15 s Citlivost ISO 1600
Blikající objekt Zde zaznamenáváme parametry blikání objektu. Tak lze demonstrovat například blikání výbojky připojené ke střídavému napětí. Výbojka nebo fotoaparát se ale musí pohybovat. Obecně lze takto zaznamenat mnoho rychle se měnících objektů. Já jsem fotografoval např. letící míček, který svítil a točil se; potom také čítač, který v rychlém sledu zobrazoval na čtyřech LED diodách čísla ve dvojkové soustavě. Čas 1 s Citlivost ISO 400 Čas 15 s Citlivost ISO 800 Pohyb fotoaparátu Pokud objekt stojí a chceme zachytit jeho blikání, nebo jen získat iluzi pohybu, můžeme pohnout fotoaparátem. Z toho ovšem plynou následující problémy: nikdy se nepovede pohnout s fotoaparátem zcela rovně, vždy bude výsledná stopa objektu vlnitá nebo rozklepaná. A když fotoaparátem otáčíme, objekty se pohybují různou zdánlivou rychlostí závislou na jejich vzdálenosti od fotografa.
Čas 5 s Citlivost ISO 100 Čas 10 s Citlivost ISO 80 Využití k měření Když fotografujeme nějaký pohybující se blikající předmět nebo pohybujeme fotoaparátem, můžeme využít fotografii k měření. Máme zde tři navzájem provázané veličiny: frekvence blikání, rychlost pohybu objektu (příp. rychlost otáčení) a vzdálenost od fotoaparátu. Příklad Máme blikající hůlku s LED diodami. Je přivázána na provázku a točíme s ní. Když zjistíme periodu otáčení a počet bliknutí za otočku, můžeme spočítat frekvenci blikání. Počet bliknutí za otočku jsem spočítal z následující fotografie (a několika dalších pro větší přesnost). Průměr je 31,6.
Čas 1 s Citlivost ISO 80 Periodu otáčení jsem spočítal z videa o 24 snímcích/s. Jedna otočka byla průměrně na 6,8 snímcích. 3 Průměrná perioda = 6,8 : 24 = 0,283 s Frekvence blikání je tedy 31,6 : 0,283 = 111,529 Hz Závěr Dozvěděl jsem se mnoho o možnostech fotografie s dlouhou expozicí, vyzkoušel jsem je i v praxi. Doufám, že jsem něco z nich přiblížil i čtenářům a že se mi třeba podařilo vzbudit jejich zájem o tento úžasný obor. 3 Tato nepřesnost je způsobena zejména nestálou rychlostí otáčení.