Практическое руководство по студийной макросъёмке: выбор и изготовление оборудования; сборка фотосистемы; подготовка объектов к съёмке; послойный метод фотосъёмки и последующая компьютерная обработка полученных изображений.
Введение.
Со времён изобретения увеличительного стекла, а затем и микроскопа человеческий взгляд начал проникать в загадочный и прекрасный мир малых и очень малых объектов, специфика и безграничное разнообразие которых поистине способны пленить наше воображение.
Однако по мере попыток рассмотреть всё более и более малые предметы человек столкнулся с серьёзной проблемой - по законам оптики, с ростом
увеличения начинает уменьшаться глубина резко изображаемого пространства или
ГРИП.
И если объекты более или менее плоские, например, срезы тканей или шлифы минералов продолжали выглядеть по-прежнему достаточно детально и резко, то предметы достаточно
объёмные (кристаллы, раковины, пыльца и споры, различные скелетные элементы живых существ) буквально тонули, размывались, исчезали в нерезкости - для наблюдения был доступен лишь тончайший слой, находившийся точно в фокусе.
Казалось бы, для решения этой проблемы можно применить давно известный и используемый в фотографии метод диафрагмирования (уменьшения относительного отверстия, через которое проходит свет в нашей оптической системе). Это даёт определённый эффект, хотя и приводит к значительному росту затрат на освещение: чем меньше отверстие, через которое проходит отражённый от объекта свет, тем меньше света достигает наших глаз (или фотоаппарата).
Одно дело, просто увидеть некий объект и совсем другое - качественно, детально, красиво изобразить его на фотографии.
Например, если мы при помощи обычной техники сфотографируем объёмный предмет, скажем, размером, с теннисный мяч, изображение будет превосходным (при условии достаточно закрытой диафрагмы и, разумеется, минимальных навыков самого фотографа).
Но если объект подобной формы будет уже размером с горошину, на фото неизбежно станет заметна некоторая размытость
(см. фото-1), снижение разрешения, потеря детализации.
И, несмотря на то, что объект будет как бы весь в фокусе и весь одинаково резким, можно сказать, что весь он будет, как ни странно это прозвучит,
одинаково нерезким.
И никакое "затягивание" диафрагмы, никакое усовершенствование техники
(включая использование самых качественных и дорогих фотоаппаратов и объективов) более не даст результата.
А если размеры объекта всего лишь около одного миллиметра? Тогда получившееся изображение и вообще разочарует нас своим качеством - предмет, снятый крупно, "во весь кадр" будет выглядеть не лучше, чем если бы его сняли издалека и затем многократно увеличили.
В чём же дело? Почему Природа снова не спешит раскрывать свои тайны? А дело вновь в "коварных" законах оптики: согласно своей волновой природе, свету свойственно такое явление как дифракция - огибание световой волной препятствия вследствие интерференции (взаимоналожения) вторичных волн (то есть, отражённых от источников на краях препятствия).
Этим препятствием как раз и являются края того самого отверстия, через которое проходит пучок отражённого света и которое мы так сильно уменьшили, закрыв диафрагму.
Лучи света теперь у нас распространяются не только прямо, но и в стороны, отчего вокруг светлого кружка появляется цветная кайма - дифракционные кольца. Чем сильнее мы закрыли диафрагму, чем сильнее мы увеличили "глубину резкости" - тем хуже становится сама резкость, тем менее детально и чётко наше изображение.
Основное условие дифракции: размеры препятствий должны быть меньше или равны размеру волн. Казалось бы, длина световых волн очень мала (390-750 нанометров) - причём же тут вообще объект размером с горошину? Дело в том, что наша задача - не просто заметить некий объект, а максимально чётко и детально изобразить его поверхность, состоящую из бесчисленного множества неоднородностей гораздо меньшего, чем сам объект, размера.
Таким образом, на каждую деталь, чтобы она в итоге вышла не в виде "неделимой точки" или одного пиксела, а запечатлелась на снимке узнаваемо, информативно и даже красиво, должно прийтись достаточно много световых волн.
Только вот, "бедные" эти волны, проходя сквозь ничтожно малое отверстие диафрагмы, рассеиваются, разлетаются кто куда - в итоге мы получаем нечёткую, лишённую деталей, размытую картинку.
Теоретически, дифракция, так или иначе, начинает сказываться уже для относительных отверстий, начиная с 1:8 - 1:11 (или, что то же самое, с величин диафрагмы, начиная с 8 - 11).
Практически, серьёзное, заметное глазу ухудшение картинки начинается с относительных отверстий 1:22 - 1:32 в зависимости от масштаба съёмки.
Есть ли из данной ситуации хоть какой-нибудь выход?
Первое, что приходит в голову, использовать излучение с меньшей длиной волны, например, рентген. В итоге был создан рентгеновский микроскоп, позволяющий изображать детали размером в нанометры.
Дальше - больше. Появился электронный микроскоп, позволяющий разглядеть даже молекулы и атомы. Но, во всём этом есть много своих
"но".
Во-первых, и главное: при использовании любых других видов излучения, кроме видимого света, мы теряем одно из главных достоинств фотографии, а именно
цвет.
Рентгенографии и электронографии неизбежно будут чёрно-белыми. Кроме того, для подобных съёмок поверхность объекта часто приходится напылять слоем металла, иначе излучение не сможет отражаться от поверхности достаточно эффективно для изображния столь малых деталей. А если мы хотим изобразить данный объект ещё раз, например, в другой проекции, повторное напыление ухудшает детализацию ("залепляет" мелкие неоднородности). Не говоря уже о том, что данные методы не позволяют вести наблюдение и съёмку живых существ - жёсткое излучение мгновенно убивает малые формы жизни и вредно даже для человека.
Подобная установка весьма громоздка из-за специфики источника излучения и необходимых средств защиты, что увеличивает также и её стоимость.
Современный электронный микроскоп "по карману", разве что, институту, но никак не отдельно взятому научному сотруднику или фотографу...
Так как же заставить световые волны не рассеиваться? Увы, никак - таковы законы нашего мира. Но, как говорят в России, закон - что телеграфный столб: перепрыгнуть его нельзя, а обойти можно.
Сначала придумали вот что: вместо единого объектива используется оптическая система, состоящая из множества маленьких объективчиков-глазков, каждый из которых отвечает за изображение своего "кусочка" всей поверхности объекта и может фокусироваться независимо от других "мини-зрачков". Именно так устроен
фасеточный глаз насекомых - для этих крохотных существ как раз наиболее важно уметь хорошо разглядеть мельчайшие предметы и их детали.
Затем изображения от каждого "глазка" как бы "сшиваются", сводятся воедино. Этот принцип "сшивания" здесь ключевой - мы к нему ещё вернёмся.
На практике же "фасеточно-глазчатая" система оказалась чрезвычайно трудной для реализации: чтобы получить качественное изображение, нужно, как минимум, несколько тысяч "глазков" чрезвычайно малого размера, точность же изготовления линз должна находиться на высочайшем уровне, иначе оптические аберрации (искажения) сведут на нет весь выигрыш в разрешении. Это у насекомого такие глаза сами-собой растут, для человека же подобная технология слишком сложна и затратна.
Тем более, существует гораздо более простой и дешёвый способ - он позволяет фотографу самому, не располагая большими площадями и денежными средствами, создавать цветные, высокоинформативные и просто прекрасные изображения маленьких предметов и даже живых существ. Именно об этом уникальном способе пойдёт наш дальнейший рассказ.
Итак, внимательно посмотрим в микроскоп: пусть объект нашего наблюдения очень мал и имеет сложную форму.
Так что же мы на самом деле видим? Правильно, мы видим тонкий слой, как бы срез очень чёткого и качественного изображения, находящегося в фокусе, а всё то, что "до" и всё то, что "после" по мере удаления расплывается мутной пеленой нерезкости.
Затем просто переместим точку фокуса поворотом винта - и всё то, что мы только что видели, как бы исчезает, но теперь из "тумана" как по волшебству появляется уже что-то другое, новый "срез", новый "слой" резкого изображения.
Повернём фокусировочный винт ещё дальше и ещё, осмотрим таким образом весь объект сверху донизу - и наш мозг запишет в памяти резкое, отбросив нерезкое. Таким образом, мы получили представление об объекте вцелом. Жаль, что вся информация остаётся лишь в виде воспоминаний - передать её другим мы можем только словами или рисунком. Так, если хотите знать, и развивались наши знания о микромире вплоть до середины двадцатого века.
Собственно, и без всякого микроскопа наше зрение работает подобным образом - человеческий глаз неутомимо сканирует окружающее пространство, перемещая фокус то дальше, то ближе; то в одну сторону, то в другую. В мозг постоянно поступает сигнал, который трансформируется в изображение, хранящееся в памяти. Детальная картина окружающего мира создаётся из фрагментов этого сигнала, суммируя "резкое" и удаляя "нерезкое".
А что же насчёт фотографии? У фотоаппарата нет человеческого мозга, чтобы синтезировать изображение из частей. Но тут на помощь нам приходит компьютер - и вот он, момент истины: ведь можно же последовательно снять серию кадров, плавно перемещая точку фокуса в глубину, чтобы резкость последовательно попала на все участки сверху донизу, а затем как бы "сшить" получившиеся "слои", руководствуясь тем же принципом - объединить зоны резкости, отбросив всё остальное.
Так родилась идея послойного метода съёмки, называемого в зарубежной литературе focus stacking (от английского "stack" - стопка, штабель). Данный метод позволил существенно отодвинуть дифракционный предел и является на сегодняшний день единственной возможностью высококачественного изображения объёмных объектов размером
вплоть до одного миллиметра.
Что касается ещё бóльших увеличений, здесь критичной является сама длина световой волны. Дальнейший рост разрешения оптических систем может быть достигнут при помощи иммерсии, но это потребует применения узкоспециальной техники, которая в данной статье не рассматривается.
Кроме того, по мере приближения к таким разрешениям, эффективность послойного метода уже ограничивается возможностями существующих на сегодняшний день компьютерных мощностей и программных алгоритмов "сшивания" - в любом случае, подобный процесс потребует высочайших трудозатрат.
Поэтому, не будем требовать от фотографии невозможного и остановимся на вещах более реальных.
С чего начать?
Мы можем пойти двумя путями - приспособить фотокамеру к оптическому микроскопу или соорудить альтернативную систему.
У метода съёмки через микроскоп есть свои преимущества: более чем достаточное увеличение, плавное перемещение точки фокуса (особенно, если имеется микрометрический винт), относительно небольшие габариты установки и минимум дополнительных приспособлений.
Если Вы не фотограф, а, например, научный сотрудник, имеющий возможность пользоваться качественным микроскопом - выбирайте именно этот вариант.
Тогда, приобретя цифровую фотокамеру, уже почти можно приступать к съёмке.
Некоторые фирмы-производители, например, Nikon, выпускают устройства для соединения своих зеркальных камер со своими же микроскопами. Если финансы Вам позволяют, наилучшим решением будет приобретение именно такого устройства.
Выпускаются и специальные камеры, созданные исключительно для совмещения с микроскопом, но качество их матриц (прежде всего, по "шумности"), на мой взгляд, оставляет желать лучшего. Справедливости ради стоит отметить, что микроэлектроника прогрессирует чрезвычайно быстро и на момент прочтения Вами данной статьи будут созданы столь совершенные матрицы, о которых я в своё время не мог даже мечтать.
Вы не хотели бы тратить на подобные проекты крупные суммы? В таком случае можно обойтись "старым-добрым" биологическим микроскопом советского производства, а переходник для фотоаппарата заказать у "знакомого токаря". Я знаю умельцев, успешно приспособивших недорогой компактный фотоаппарат прямо на окуляр.
Подобная система не лишена своих недостатков - это, прежде всего, посредственное качество оптики и неудобство управления процессом съёмки (неотключаемый автофокус, невозможность присоединения спускового тросика и так далее).
Если же Вы - именно фотограф, заинтересованный в максимальном качестве картинки при минимальных затратах - нет смысла покупать дорогостоящий микроскоп и специальную камеру к нему - можно всё сделать гораздо проще и эффективнее.
Нам потребуется несколько устройств - одни уже имеются в арсенале каждого фотографа, другие можно приобрести по "смешным" ценам или сделать своими руками.
Итак, остановимся на них подробнее:
Фотоаппарат.
Наилучшим выбором будет цифровая зеркальная камера или DSLR, поскольку её гораздо легче совместить с различными объективами, удлинительными кольцами, внешними вспышками и другими приспособлениями.
Беззеркальные цифровые фотоаппараты, получившие распространение в последнее время, более компактны, но менее удобны, поскольку у них отсутствует оптический видоискатель - визирование основано на электронном видоискателе, то есть, видеть наш объект съёмки мы сможем только на крохотном дисплее самой камеры. Эти камеры "заточены" под автофокус и плохо подходят для нашей задачи, где фокусировка осуществляется исключительно вручную - точность наводки на резкость будет явно недостаточной, и мы рискуем отснять за зря множество кадров.
Устаревшие, но всё ещё представленные на вторичном рынке плёночные фотоаппараты для наших задач также крайне неудобны - нам, всё равно, в итоге придётся использовать компьютер, так что снимать в данном случае на плёнку, а затем её сканировать - не лучший выбор. Иногда приходится делать более сотни "слоёв" для получения одного изображения, так что, плёнка может "влететь в копеечку". К тому же, Вы не сможете контролировать качество отснятых кадров сразу, а при получении горы плёнки из проявки результат может сильно огорчить.
Современные DSLR способны сохранять отснятые кадры в виде файлов формата семейства
RAW - именно этот формат нам и потребуется, поскольку он позволяет редактировать изображение в очень широких пределах, не привнося тем самым лишних шумов и других искажений.
Нет смысла покупать абсолютно новую камеру, но следует помнить, что для послойного метода нам придётся снимать очень много кадров, поэтому следует избегать экземпляров с "убитым" ресурсом. Нет смысла также гнаться за наибольшим количеством мегапикселей - это не даст выигрыша в разрешении, ведь в макросъёмке главными врагами являются уже упомянутая дифракция, а также так называемая
"шевелёнка" - смаз изображения из-за перемещений фотосистемы и самого объекта во время экспозиции. Уверяю Вас, даже скромного (на сегодняшний день) разрешения матрицы в 10 мегапикселов будет вполне достаточно.
Что касается функций: обычно для макросъёмки советуют выбирать камеру с функцией предподъёма зеркала, то есть, когда при нажатии на спуск сначала поднимается и блокируется зеркало, затем проходит некоторое время (обычно 2 секунды), пока не утихнут вибрации, а уж потом открывается затвор для экспонирования. Однако среди цифровых камер данной функцией обладают лишь наиболее дорогие модели, да и эффективность этого "предподъёма" невелика - есть куда более верный способ избавиться от "шевелёнки", о чём будет сказано ниже. А что действительно необходимо, так это
возможность работы камеры без объектива в ручном режиме (М) - объектив-то, конечно, у нас будет всегда, но вот только если он присоединён не совсем обычным способом, камера будет считать, что его нет (поскольку не замкнуты соответствующие электроцепи) и может отказаться работать.
Так что же насчёт самого объектива?
Объектив.
Он, безусловно, должен быть качественным, то есть, иметь высокое разрешение и минимум аберраций, но в использовании сверхдорогой оптики нет необходимости, опять же, из-за "нивелирующей" роли дифракции. Объектив не обязательно должен быть той же фирмы, что и Ваша камера, нет также никакого смысла в автофокусе и автоматическом управлении диафрагмой. Если у Вас уже имеется макрообъектив, это замечательно, но если его нет - вполне подойдут простые механические объективы, например, советские 50-миллиметровые "Зенитар-М" или "Индустар-61 Л/З".
Использование зум-объективов возможно, но нежелательно: они дают больше искажений в сравнении с "фикс-фокалами". Для съёмки предметов различного размера Вам может потребоваться несколько объективов с различными фокусными расстояниями.
Лично я для послойной съёмки использую три объектива фирмы Minolta: с фокусом 100, 50 и 28 мм. Первый - для самых крупных объектов размером более 10 миллиметров; второй - для тех, что поменьше (от 10 до 1,5 мм) и, наконец, третий - для самых маленьких, чей размер 2 миллиметра и менее.
Если Вы решили приобрести свой первый объектив, пусть им будет "полтинник" - он наиболее универсален и подойдёт для любого случая.
100 мм объектив нужен для относительно крупных объектов (более 10 мм) - длинный фокус поможет нам уменьшить изменение масштаба съёмки, неизбежно возникающее при послойной съёмке кадров, что очень важно для правильной работы программы "сшивания".
Короткофокусные объективы менее всего востребованы, без них вполне можно обойтись, особенно на первых порах.
Далее рассмотрим способы соединения камеры с объективом и другими приспособлениями для макросъёмки.
Традиционный, наиболее простой и очевидный способ, когда объектив присоединяется к камере через байонетное соединение, то есть, передней линзой вперёд, вполне подойдёт для съёмки объектов размером не менее 5 миллиметров.
Однако при необходимости изобразить что-то ещё более мелкое здесь возникает серьёзная проблема. Дело в том, что с ростом масштаба съёмки и, особенно, при использовании более короткофокусных объективов очень существенно сокращается
дистанция фокусировки, то есть, расстояние от передней линзы объектива до точки объекта, находящейся в фокусе.
Согласитесь, не очень удобно "наводиться на резкость", когда объектив уже почти упирается в объект - ещё один-два миллиметра и...
Для стандартной оптической схемы предел эффективного масштаба съёмки составляет примерно 7:1 - при попытке достичь ещё больших увеличений возникает реальная опасность как для объекта, так и для оптики: неверным движением можно повредить их при соприкосновении.
Кроме того, качество освещения нашего объекта заметно ухудшится: лучи света почти не будут попадать на его центральную часть - на фото она будет выглядеть гораздо более затемнённой, чем боковые.
Для решения возникающих проблем есть, однако, давно известный и, поистине, революционный способ: использовать для съёмки
перевёрнутый объектив.
То есть, объектив присоединяется к камере (или кольцам) обратной стороной (см. фото-2) - там, где у него находится резьба для светофильтров. При такой оптической схеме доступны масштабы съёмки от 1:1 и более, но расстояние "объектив - объект" всегда остаётся равным
рабочему отрезку нашей камеры - это примерно 42 - 48 мм для объективов к DSLR и 35 мм плёночным камерам
(см. фото-3).
Дистанция фокусировки с перевёрнутым объективом не зависит ни от фокусного расстояния самого объектива, ни от масштаба съёмки - а качество изображения, как ни странно, становится даже лучше, чем при использовании традиционной оптической схемы.
То есть, для фотографирования самых маленьких объектов можно безо всяких ограничений использовать более короткофокусные объективы, скажем, 28 или даже 15 мм, достигая масштабов съёмки 20:1 и более - пока не "упрётесь" в "дифракционный предел".
Чтобы присоединить объектив в обратном положении, существуют соответствующие переходники или адаптеры.
На резьбу для светофильтров объектива навинчивается так называемое оборачивающее или реверсивное макрокольцо, а к байонету присоединяется деталь, известная как адаптер на М-42 - свой собственный для каждой фотосистемы (Canon, Nikon, Minolta-Sony и других).
Оборачивающее кольцо подбирается таким образом, чтобы с одного конца оно имело резьбу М-42, а с другого - равную диаметру резьбы под светофильтр Вашего объектива. В случае использования нескольких объективов с разными диаметрами резьбы потребуются ещё и обычные резьбовые переходные кольца между этими диаметрами.
При данном соединении, увы, полностью теряется автоматика экспозамера и управления диафрагмой, но это не принципиально - после сборки фотосистемы, установки объекта съёмки и предварительной фокусировки наша камера устанавливается в ручной режим (М). Затем включается рабочее освещение и производится тестовая съёмка.
Экспозиция регулируется в зависимости от полученного результата настройками камеры или перемещением источников света.
При послойной съёмке главное, чтобы для всех слоёв одной серии эта экспозиция была примерно одинаковой. Экспокоррекция без потерь качества может быть выполнена при конвертации файлов из формата семейства RAW в формат TIFF; окончательная балансировка кадров по яркости и цвету производится в самой программе "сшивания".
Диафрагма на объективе закрывается вручную до нужного значения. Если мы используем механический объектив, для этого служит соответствующее кольцо на его корпусе.
У полностью автоматических объективов такая возможность не предусмотрена и кольцо диафрагмы на корпусе отсутствует - тогда нам поможет простейшее самодельное приспособление (см. фото-4).
В задней крышке от этого самого объектива по центру вырезается круглое отверстие диаметром примерно 30 миллиметров.
Повернём надетую крышку - и сквозь отверстие увидим, как открывается и закрывается диафрагма. Только не надо доводить до крайнего положения, когда диафрагма максимально закрыта, иначе крышка отсоединится и (при неосторожном движении) может упасть. Но нам это и не понадобится - мы будем снимать со слегка прикрытой диафрагмой (иначе уже начнёт сильно сказываться дифракция).
На боковой стороне крышки имеется значок (обычно в виде стрелочки) - при надевании на объектив эта стрелочка совмещается с красной точкой на боковой стороне объектива. Переделанная нами крышка заодно послужит и в качестве бленды. Можно даже напротив неё на боковой стороне объектива нанести деления с диафрагменными числами: для этого нужно под микроскопом измерить диаметр "зрачка" диафрагмы для разных её значений, сначала установив камеру с присоединённым объективом в режим "В".
Затем объектив отсоединяется, на него надевается наша крышка с прорезью и её движением размер "зрачка" доводится до результата каждого из предыдущих измерений.
В таком положении точно напротив стрелочки на крышке делается риска на объективе и цифрой обозначается соответствующее число. Для проверки измерений вспомним, что если диафрагменные числа отличаются в два раза (например, 4, 8, 16 и 32), то и диаметр зрачка также должен отличаться в два раза. Если не хочется пачкать (или царапать) объектив, можно аккуратно при помощи клея или липкой ленты наклеить на его боковую поверхность тонкую полоску белой бумаги (см. фото-9), позиция 6.
Система управления масштабом съёмки.
Это приспособление, позволяющее производить съёмку в крупных масштабах, то есть, для того, чтобы наш довольно маленький объект изображался "во весь кадр" - тогда на него придётся максимально возможное число изобразительных элементов цифровой матрицы, что необходимо (но не достаточно) для получения превосходного снимка.
Обычный макрообъектив даёт максимальный масштаб съёмки равный 1:1, то есть, изображаемое поле для стандартных (не полнокадровых) DSLR будет размером около 18 х 24 мм. Если же нам нужны фотографии гораздо более мелких объектов, то кроме объектива нам понадобится ещё кое-что.
Конечно, есть специальные макрообъективы, например, такие, позволяющие увеличить масштаб съёмки до 5:1, но они весьма дороги.
Покупка и использование такой оптики, безусловно, оправданы при макросъёмке в поле, когда компактность, малый вес и быстрота сборки фотосистемы играют решающую роль.
В нашем же случае (для студийной работы) без подобных устройств вполне можно обойтись.
Итак, для увеличения масштаба съёмки есть три основные типа приспособлений. Чтобы далее не возникало никаких иллюзий, сразу уточню: все они так или иначе неизбежно уменьшают величину относительного отверстия (аналогично закрыванию диафрагмы), из-за чего при съёмке требуется больше света и, главное, возрастает дифракция. Об этом следует помнить и всё более открывать диафрагму объектива по мере увеличения масштаба съёмки.
Во-первых, насадочные линзы, которые весьма дорого стоят, вносят дополнительные искажения и не обеспечивают нужной кратности увеличения. Экстремальный вариант - всё тот же микроскоп - целая системы линз, призм и всего прочего. Рассмотрели и отвергли за ненадобностью.
Во-вторых, насадочные или удлинительные кольца (extension tubes) - далее для краткости я буду называть их просто "кольца". В отличие от линз и других оптических элементов, они не создают искажений - если, конечно, сделаны качественно. Чем больше масштаб съёмки, тем большая суммарная длина колец нам потребуется. В конце концов, такая система будет уже слишком дорогой и громоздкой. Альтернативой может стать применение более короткофокусных объективов.
Кольца при традиционном их использовании позволяют сохранить автоматику управления съёмкой, но при большом их количестве в фотосистемах с механическим или "отвёрточным" приводом (к коим относится и моя система Minolta - Sony) могут возникать проблемы с функционированием этого самого привода.
Также, большая итоговая длина колец может приводить к виньетированию (затемнению углов кадра) - эта проблема существует для плёночных и "полнокадровых" цифровых камер с размером кадра 24х36 мм. На так называемых "кроп-камерах" с меньшим размером матрицы виньетирования фактически не происходит.
Основной недостаток колец состоит в том, что для изменения масштаба съёмки Вам придётся каждый раз отсоединять объектив от камеры, чтобы добавить или убрать некоторое количество этих самых колец. При этом стоит опасаться попадания пыли внутрь оптической системы - осаждаясь на рабочей поверхности матрицы фотокамеры, пыль представляет серьёзную проблему, которая усугубляется при макросъёмке и, еще более - при послойной съёмке.
Для экономии, вместо множества последовательно соединённых колец можно использовать самодельный тубус (внутренним диаметром не менее 40 мм), изготовленный из металла, пластмассы или даже резины. Соединение тубуса с камерой и объективом производится при помощи всё тех же адаптеров (см. раздел про объектив). Главное условие - качественное чернение внутренней поверхности всех составных частей. Поверхность эта должна быть достаточно чёрной и матовой, чтобы полностью исключить переотражение света, снижающее качество фотографии. Для чернения наилучшим образом подойдут краски, используемые в моделизме, в частности, для имитации резины автопокрышек. Лично я использовал краску фирмы Humbrol (разновидность "matt 33") и остался весьма доволен результатом.
Наконец, третье приспособление, о котором следует упомянуть, это раздвижной макромех - он делает то же самое, что и кольца, но регулирует увеличение плавно и без разъединения системы, что удобно для оптимальной компоновки кадра. К сожалению, не существует мехов, сохраняющих автоматику управления объективом с камеры - есть лишь самодельные приспособления для фотосистемы Canon - единственной, использующей исключительно электронный, а не механический привод. Однако автоматика для нас не главное, ведь камера у нас цифровая, и мы можем видеть результаты съёмки прямо на месте.
Штатив.
Итак, возьмём камеру, объектив, требуемое количество колец для увеличения масштаба съёмки и макромех для плавной регулировки этого масштаба. Вся эта система, собранная воедино, может быть весьма тяжёлой и громоздкой, кроме того, поскольку макросъёмка требует высочайшей стабильности и точности, нам понадобится надёжный штатив.
Для студийной работы тут идеально подойдёт станина фотоувеличителя (лично для меня лучшим вариантом стал польский "Krokus Gfa 69s"). Купить подобное устройство можно на "вторичном рынке" по весьма доступной цене. Главные предъявляемые требования - высота вертикальной штанги не менее 1 метра, плавность хода колёсика фокусировки и надёжность всей конструкции (лучше, если все детали зубчатой передачи изготовлены из металла, а не пластмассы).
Система крепления объекта и управления его движением.
Данная система приспособлений служит для того, чтобы объект съёмки мог быть произвольно передвинут желаемым нами образом и, ни в коем случае, не сдвинулся без нашего на то намерения.
За основу я взял штатив от старого микроскопа с микрометрическим винтом (см. фото-5), движениями которого объект может перемещаться вертикально вверх-вниз с точностью до сотых долей миллиметра и с соблюдением равных промежутков - таким образом, осуществляется точная фокусировка при послойной съёмке. Грубая предварительная фокусировка осуществляется винтом фотоувеличителя, но в дальнейшем его не следует трогать во избежание смещений и колебаний всей нашей довольно громоздкой и подвижно сочленённой системы.
Здесь следует особо отметить, что в процессе послойной съёмки от кадра к кадру мы будем передвигать именно сам объект съёмки - он мал, лёгок и монолитен; в отличие от самой фотосистемы, его движение возможно осуществлять микрометрическим винтом без риска поломки.
(Вы спросите, к чему так усложнять конструкцию, когда можно просто снимать через микроскоп? Я уже писал об этом выше, но кратко повторю: меня абсолютно не устраивает либо качество оптики микроскопов, либо её цена). Кроме того, как фотограф и исследователь, я часто и много снимаю студийное "макро" в масштабах примерно от 1:10 до 10:1. Моя система позволяет столь существенно менять масштаб за считанные минуты, а микроскоп - увы.
Далее, на предметном столике штатива микроскопа я закрепил макрорельсы
с двумя осями движения в горизонтальной плоскости (вперёд-назад и влево-вправо). Это приспособление обеспечивает нам точное горизонтальное местоположение объекта в кадре - вручную крайне трудно осуществить подвижку буквально на несколько микронов, объект может запросто уйти из поля зрения.
Существуют и специальные приспособления для микроскопа, например, так называемые "шлифоводители", но я как фотограф использовал то, что уже имею в своём снаряжении.
Макрорельсы жёстко закрепляются на предметном столике таким образом, чтобы оси их движения были параллельны границам кадра. Далее, посредством винта (который обычно служит для крепления к макрорельсам фотокамеры) крепится площадка (см. фото-6), на которую, при необходимости, можно установить даже маленькие осветители (например, световоды, диоды или миниатюрные лампы). В геометрическом центре этой площадки жёстко закрепляется так называемое "гнездо" с круглым отверстием посередине, например, большая гайка.
В "гнездо" нижним торцом вставляется (плотно, без люфтов, но с возможностью вращения в горизонтальной плоскости) небольшой пластиковый цилиндр - он же монтажный столик для крепления самого объекта. Это обеспечит нам дополнительную возможность расположить объект в кадре наилучшим образом.
На верхнем торце цилиндра помещается нужный нам фон (кружок из ткани или матовой плёнки), а точно в центр вставляется короткая игла, на которую, собственно, и наклеивается объект съёмки. Игла позволит нам оптически выделить объект при съёмке, сделав фон нерезким, иначе детали его структуры (например, ворсинки ткани) будут мешать зрительному восприятию деталей самого объекта на фото. Для более крупных объектов и объектов, изображаемых со своим окружением (например, раковина на вмещающей породе) я сделал другой монтажный столик (см. фото-7) с большей площадью фона, где вместо иглы используются винтики с различными насадками наверху (для большей площади опоры), которые ввинчиваются в закреплённую на верхнем торце этого монтажного столика гайку.
Выбор цветовой гаммы для фона - дело Вашего художественного вкуса, но, в любом случае, надо стараться, чтобы объект выглядел относительно фона достаточно контрастно (не сливался с ним) и, безусловно, эстетически выигрышно. Поэтому, я бы посоветовал не увлекаться тёплыми тонами (красным, коричневым, оранжевым, жёлтым), а поискать решение среди тонов нейтральных или холодных, таких как чёрный, серый, белый, голубой, синий, и, возможно, зелёный. Для своей работы, например, фотографируя известковые раковины моллюсков, окрашенные в светлые оттенки (желтовато-серые, розоватые, бежевые), я использую тёмно-синий фон. Для тёмных же образцов, таких как ископаемые кости, зубы, фосфоритовые ядра с почти чёрной или тёмно-коричневой окраской, использую фон светло-голубой. Если Вашей задачей является создание серии фото, объединённых единой тематикой, мне кажется, следует выбрать и единый универсальный фон для них - просто для того, чтобы излишняя пестрота не отвлекала внимания.
Подготовка объекта к съёмке.
Кристалл или окаменелость могут быть сфотографированы на поверхности вмещающей породы, если она достаточно прочна, однако, следует помнить о том, что мельчайшие частички этой породы (песчинки, глинистые частицы) могут представлять серьёзную помеху, загрязняя поверхность нашего объекта и делая фото непривлекательным. Кроме того, зёрна некоторых минералов (пирит, кварц, слюды) могут создавать сильные блики, что также способно ухудшить восприятие фотографии. В любом случае, даже если мы фотографируем изолированный объект, он сам и вся область, попадающая в кадр, должны пройти тщательнейший осмотр и
очистку под микроскопом - все пылинки, соринки, волоски и прочие нежелательные частицы аккуратно удаляются сначала тончайшей (бисерной) иглой, а затем - тонкой мягкой кисточкой, которую можно смочить водой, спиртом или ацетоном. Вода наилучшим образом растворяет минеральные вещества, однако, слишком долго сохнет, а для нашего контрольного осмотра объект должен быть абсолютно сухим, ведь на мокрой поверхности мелкие загрязняющие частицы остаются незамеченными.
Ацетон наиболее предпочтителен - он очень быстро сохнет и легко растворяет практически любой клей - это пригодится нам, когда после съёмки нужно будет убрать объект с монтажного столика. Разумеется, при работе с ацетоном следует соблюдать осторожность - он легко воспламеним, летуч, легко растворяет многие вещества и, при отсутствии вентиляции, способен вызвать отравление.
При фотосъёмке предметов малого размера необходимо соблюдать чрезвычайную чистоту и аккуратность: очень легко повредить объект неосторожным касанием или испачкать его, что непоправимо снизит качество картинки. Перемещать и чистить особо малые предметы можно только тонкой, мягкой и абсолютно чистой кисточкой - трогать их руками можно себе позволить только после длительных и кропотливых тренировок (потренироваться можно на образцах, не представляющих особой ценности). Следует также помнить, что даже самое лёгкое касание пальцами рук неизбежно оставляет на объекте мельчайшие частички кожи; на кисточке же почти всегда будут оставаться пылинки.
Так называемая "физика микромира" радикально отличается от того положения вещей, к которому мы привыкли в повседневной жизни: силы упругости, электростатического притяжения и поверхностного натяжения жидкостей там существенно преобладают над гравитацией. Для преодоления этих явлений я также рекомендую смачивать объект, инструменты и даже пальцы рук ацетоном: он полностью снимает статическое электричество и обладает крайне малым поверхностным натяжением.
После тщательной очистки я оставляю объект в ванночке с ацетоном, после чего острие иглы монтажного столика смачиваю нитроцеллюлозным клеем, чтобы там оставалась капля, значительно меньшая, чем сам объект. Далее объект берётся тонкой чистой кисточкой и прижимается к иголке таким образом, чтобы клея коснулась его сторона, противоположная той, что мы будем фотографировать. В этом положении объект удерживается некоторое время, пока клей частично не загустеет. После этого, уже под микроскопом, всё той же кисточкой производится окончательная пространственная ориентация объекта на игле и, при необходимости, удаление попавших пылинок.
Если клей слишком засох, а нам надо переместить объект, смачиваем в ацетоне уже другую чистую кисточку и осторожно касаемся ей клея, но не объекта.
Когда ориентация объекта завершена, даём ему и клею окончательно высохнуть (достаточно 10-20 секунд) и можем смело устанавливать наш монтажный столик в гнездо на штативе микроскопа.
По завершении съёмки объект осторожно отделяется от иглы, для чего место склеивания опять же следует осторожно протирать кисточкой, смоченной в ацетоне, пока объект не отклеится, после чего протереть следует сам объект, контролируя его поверхность под микроскопом, чтобы клей был полностью удалён.
Ни в коем случае нельзя использовать пластилин - он испачкает любую поверхность, а удалить его можно только фенолом, который весьма токсичен.
Для самых крупных объектов (размером от сантиметра и более) можно взять специальную пластичную смесь, предназначенную для подобных целей (например, ту, что продаётся на геологических ярмарках) - она гораздо меньше пачкает образец и, при необходимости, легко смывается ацетоном.
Нелишним будет напомнить также, что перед началом работы тщательной очистке от пыли и прочих загрязнений должен быть подвергнут не только объект съёмки, но и детали нашей фотосистемы - особенно, рабочая поверхность цифровой матрицы фотоаппарата, передняя и задняя линзы объектива, а также внутренняя поверхность макромеха и насадочных колец. Последние достаточно просто продуть воздухом при помощи "груши".
Прежде чем проводить чистку (особенно это касается матрицы), следует ознакомиться с инструкциями и пользоваться только абсолютно чистыми и безопасными для технических устройств инструментами. В Интернете существует множество материалов на данную тему, ссылки на которые я не привожу из-за непостоянства их существования в сети. Относиться к ним, опять-таки, следует с осторожностью.
Лично я произвожу чистку матрицы простейшим способом: переведя камеру в состояние постоянно поднятого зеркала и открытого затвора (см. инструкции по Вашей модели), я помещаю её под бинокулярный микроскоп (увеличение 8-15 крат) и пользуюсь упомянутой выше кисточкой, которую предварительно промываю ацетоном и тщательно высушиваю (тут же, при помощи осветительной лампы микроскопа). Чистящие движения производятся в высшей степени аккуратно, чтобы ни в коем случае не коснуться матрицы металлическим ободком!
Общее направление - от центра к краям. У края, если пылинка и останется, её проекция попадёт не на сам объект съёмки, а на окружающий фон, а значит, вред будет минимален.
В последнее время появились новые, более эффективные устройства для самостоятельной чистки матрицы, например, палочка с особым гелем, который при касании вбирает в себя пылинки.
Измерение малых объектов.
Здесь следует соблюдать осторожность - штангенциркулем или микрометром можно причинить повреждения нашему маленькому и весьма хрупкому образцу.
В комплекте с некоторыми микроскопами (например, моим МБС-10) поставляется специальный измерительный окуляр с нанесёнными на линзу делениями.
Подобные бесконтактные измерения менее точны, но зато совершенно безопасны для объектов, многие из которых могут являться редкими или даже уникальными экземплярами.
Можно также, не меняя увеличения, сфотографировать обыкновенную линейку и таким образом вычислить размер объекта на фото.
Источник освещения.
Любая фотография нуждается в источнике света. Поскольку речь идёт о макросъёмке в помещении, солнечного света нам будет явно недостаточно.
Для съёмки объектов размером более 1 сантиметра вполне подойдут обычные лампы - галогеновые, люминесцентные или лампы накаливания. Правильная цветопередача на данный момент уверенно обеспечивается программами компенсации цветовой температуры, встроенными в автоматику камеры и конверторы RAW-файлов.
Что же касается более мелких объектов - для достижения наилучшего результата здесь подойдут только импульсные источники света или
фотовспышки.
Дело в том, что при таких больших увеличениях картинка будет существенно страдать от вибраций, неизбежно возникающих во время экспозиции. Даже самый устойчивый штатив и хорошо сконструированная камера не решат данной проблемы - здесь счёт идёт уже на микроны и доли микронов - а потому, не говоря уже про хлопки затвора и зеркала, даже работающий в подъезде лифт, шаги соседей и (внимание!) нормальный геосейсмический фон безнадёжно испортят всё дело.
В результате, из-за мельчайшей "шевелёнки" мы лишимся тех преимуществ в качестве картинки, ради которых и затевалась столь сложная процедура, как послойная съёмка
(см. фото-8).
Решающее преимущество фотовспышек состоит в том, что длительность их импульса не превышает нескольких миллисекунд, а за столь короткий промежуток времени никакая вибрация просто не успеет ничего поколебать, сместить и смазать.
Также, благодаря сверхмалому времени экспонирования совершенно не сказывается такой распространённый дефект цифровой фотографии как "горячие пикселы" - это дополнительно сэкономит нам время при обработке изображений.
Каждая зеркальная цифровая фотокамера на сегодняшний день оборудована встроенной фотовспышкой, но малая мощность и неудачное (для нашей цели) расположение не позволяют рассматривать её в качестве главного источника света. Нам понадобится внешняя фотовспышка, тем или иным способом синхронизированная с фотокамерой.
Как фотограф, я пошёл самым простым путём, не стал "изобретать велосипед" и пользуюсь одной или двумя вспышками Minolta, полностью совместимыми с моим фотоаппаратом
Sony Alpha A-350.
Синхронизация камеры с внешними вспышками в моём случае осуществляется при помощи импульса встроенной вспышки в режиме беспроводного управления или "wireless control". Также можно использовать специальный кабель для соединения камеры и вспышки. Это удобно, когда используется единственная внешняя вспышка, но в случае с двумя и более, вряд ли себя оправдает.
Однако если у Вас нет "родной" или совместимой с камерой вспышки и Вы не собираетесь её приобретать, есть гораздо более дешёвый, но требующий некоторых знаний и умений способ. Камера устанавливается в режим беспроводной синхронизации, а свет встроенной вспышки поступает на фотоэлемент, через которой замыкается электроцепь для срабатывания вспышки внешней. В качестве последней можно использовать очень дешёвые и при этом достаточно мощные образцы советского производства. При этом полностью исключена опасность "сжечь" камеру "левой" вспышкой, поскольку та и другая не соединяются напрямую. Есть умельцы, способные спаять довольно сложные электронные схемы, состоящие из группы ламп-вспышек, фотоэлементов, конденсаторов и других радиодеталей, обеспечивающих регулировку мощности для каждой вспышки. Как говорится, нет предела человеческой изобретательности...
Напоследок хочу добавить, что при использовании фотовспышек возникает необходимость в дополнительном источнике света, который служит исключительно для контроля фокусировки нашей системы. Для этой цели я использую обыкновенную лампу-прожектор, расположенную вблизи объекта съёмки.
Схема освещения.
Для фотографии не меньшее значение имеет и так называемая "схема освещения" - количество, пространственное расположение и относительная мощность используемых источников света. Как мне кажется, главная задача научной макрофотографии - не создание какого-то сверхъестественного художественного образа, а наиболее правдивое, реалистичное изображение формы и поверхности нашего объекта с высокой чёткостью.
Соответственно этой цели и освещение объекта должно быть более или менее равномерным (с возможностью сделать "акцент" на той или иной его стороне).
В процессе работы выяснилось, что поверхность некоторых предметов (например, гладких раковин моллюсков) может давать сильные блики, ухудшающие как общее эстетическое восприятие, так и передачу тонких деталей. Сами фотовспышки создают очень сильный контраст между освещённой и неосвещённой областями, что ещё более усугубляет проблему.
После долгих экспериментов я пришёл к выводу, что для компенсации излишнего контраста наилучшим образом подойдёт цилиндрический светорассеиватель, который устанавливается на площадку штатива микроскопа соосно монтажному столику.
Рассеиватель обеспечивает достаточно равномерное освещение объекта даже при использовании одного-двух источников света, кроме того, хорошо защищает объект во время съёмки от летающей в воздухе пыли (вспомните про электростатику).
Высота цилиндра должна быть достаточной, чтобы перекрывать весь световой поток, направленный на объект, но позволять фокусировку и перемещения при съёмке слоёв. Диаметр нашего рассеивателя должен хотя бы на пару сантиметров превосходить изображаемую область кадра, иначе на фото по краям могут проявиться нежелательные области засветки.
Изготовить цилиндр можно из подручных материалов: подойдёт любой прозрачный или полупрозрачный пластмассовый флакон подходящего размера и формы - главное, чтобы его оттенок был как можно ближе к нейтральному. В эту оправу в качестве активного компонента, который собственно и будет рассеивать свет, помещается матовая плёнка (наилучшим образом подойдёт та, что специально применяется для данной цели в фотографии). Эта плёнка продаётся в фотомагазинах и бывает различной плотности (например, с поглощением света в 0,5 или 1 ступень). Опять же, цилиндрическая форма оправы позволит аккуратно поместить внутрь кусок плёнки прямоугольной формы. Высота прямоугольника должна равняться высоте оправы; длина его пусть будет такова, чтобы закрыть его окружность с некоторым избытком (примерно на треть). Данное перекрытие послужит дополнительным регулятором освещённости - область перекрывающейся в два слоя плёнки надо поместить напротив наиболее светлой или бликующей части нашего объекта.
Следует помнить, что чрезмерное рассеивание света может сделать изображаемый объект на фотографии более плоским, чем он выглядит визуально, может привести к ухудшению передачи рельефа поверхности; по той же причине (снижение микроконтраста) оно может осложнить работу программ для автоматического сшивания слоёв. Не говоря уже про то, что любой рассеиватель неизбежно поглощает часть световых лучей - нам придётся дополнительно увеличить освещённость тем или иным способом.
Исходя из этого, необходимо следовать правилу: чем более гладкой и бликующей является поверхность нашего объекта, тем более плотным должен быть светорассеиватель - дополнительные слои плёнки можно вставлять и вынимать из оправы.
Если Вы используете единственную фотовспышку (см. фото-9), то для равномерности освещения объекта, напротив неё, в нескольких сантиметрах позади светорассеивателя устанавливается главный светоотражатель в форме половины цилиндра, который проще всего сделать из куска фольги размером примерно 15х15 сантиметров. Если же, несмотря на это, на фотоснимках заметно, что освещённость со стороны вспышки избыточна, между вспышкой и светорассеивателем установим второй или вспомогательный светоотражатель
той же формы, но меньшего размера (чуть менее высоты светорассеивателя) - он будет перекрывать часть света, падающего на объект со стороны вспышки, увеличивая тем самым долю отражённого сзади и с боков света в общей экспозиции.
Наводка на резкость.
Итак, наша фотосистема собрана (см. фото-10) на верхнем штативе (фотоувеличителя) - осталось только подсоединить к камере USB кабель и спусковой тросик (в процессе съёмки касаться камеры руками крайне нежелательно - это может привести к непоправимым смещениям позиции объекта в кадре).
Сама камера установлена в ручной режим (М) для того, чтобы затвор мог работать в отсутствии правильно присоединённого объектива (напомню, мы используем перевёрнутый объектив).
Объект съёмки закреплён на нижнем (микроскопном) штативе, установлены все элементы освещения (лампа фокусировки, вспышки, отражатели, рассеиватели).
Включим лампу фокусировки и для предварительной наводки на резкость воспользуемся винтом фотоувеличителя - опуская нашу фотосистему вниз, будем через видоискатель контролировать поле зрения. Следует помнить, что при съёмке перевёрнутым объективом расстояние от передней линзы до объекта, при котором верхняя точка объекта окажется в фокусе, равно рабочему отрезку нашего объектива (в моём случае это 44,5 мм).
Если мы не нашли объект на этом расстоянии, ни в коем случае нельзя опускаться намного ниже - можно просто раздавить объект! В любом случае, освещение для наводки на резкость должно быть достаточно сильным. Когда расстояние начнёт приближаться к оптимальному, например, на 50 мм, надо ощутимо замедлить движение винта. Если вместо объекта в резкости оказался окружающий фон (такое часто бывает), надо поднять объектив несколько вверх (примерно на высоту иглы) и, медленно вращая винты на макрорельсах, попытаться найти объект. Это получается не сразу, особенно для образцов очень малого размера.
После нахождения объекта в поле зрения следует проверить масштаб съёмки: при необходимости изменить его растяжением или сжатием макромеха, но так, чтобы, опять-таки, не задеть сам объект. Когда масштаб выверен, винтами макрорельсов двигаем наш объект влево-вправо и вперёд-назад, насколько это необходимо, чтобы оптимально "вписать" его в кадр. После этого производится окончательная наводка на резкость (разумеется, при максимально открытой диафрагме, чтобы видеть объект как можно лучше освещённым и как можно точнее определить плоскость фокуса).
Мы медленно двигаем винт фотоувеличителя, чтобы верхняя точка объекта оказалась в фокусе (то есть, выглядела максимально резко). После этого мы (на всякий случай) совсем немного вращаем винт фотоувеличителя в обратном направлении (поднимаем объектив на долю миллиметра вверх) и закрываем диафрагму до рабочего значения (3,5 - 8, в зависимости от размера объекта).
Чем больше масштаб съёмки, тем меньше (во избежание дифракции) мы должны закрывать диафрагму. Для изображения всё более мелких объектов нам придётся делать всё большее число кадров-слоёв.
Теперь сделаем первый снимок. Объект на нём будет выглядеть слегка нерезко (так и должно быть); если его контуры вылезли за границы кадра - аккуратно вернём его на место винтами макрорельсов. Также на данном этапе проверим и отрегулируем величину экспозиции и характер освещения. Если нас всё устраивает, во избежание путаницы, удаляем с карты памяти фотокамеры все ранее сделанные кадры и начинаем, собственно съёмку. Фокусировочная лампа нам более не нужна - её можно выключить или (если необходимо) перенаправить освещение с объекта съёмки на микрометрический винт, дабы более точно отмерять высоту шага.
Всё готово - мы, наконец-то, приступаем к съёмке.
Собственно, фотосъёмка.
1) Если это необходимо, ждём полной зарядки фотовспышек.
2) Делаем первый кадр.
3) Проверяем по экрану камеры, всё ли получилось, как следует.
4) Микрометрическим винтом микроскопа поднимаем наш объект вверх на требуемую высоту (далее - высота шага). Важно не перепутать - объект должен двигаться именно вверх (винт фотоувеличителя мы вообще больше не трогаем до конца съёмки всей серии).
Снова ждём, пока зарядятся вспышки, делаем следующий кадр, проверяем, вращаем микровинт - и так далее. Если наша система хорошо отлажена, каждый отснятый кадр можно не проверять.
Как только серия будет завершена (нижняя точка объекта выйдет из резкости), съёмка завершается, а все отснятые изображения копируются на компьютер.
Значение диафрагмы и величина шага, через который последовательно снимаются кадры-слои (далее - частные кадры) подбираются экспериментально, но общее правило таково: чем меньше размер объекта, тем с более открытой диафрагмой производится съёмка и, соответственно, тем меньше величина шага и больше слоёв. На миллиметровый объект может потребоваться отснять более сотни кадров - и это далеко не предел. Для масштабов 5:1 и более я обычно пользуюсь следующим соотношением: шаг, определяющий "глубину" слоя равен одной сотой миллиметра на каждый миллиметр длины объекта.
Зоны приемлемой резкости последовательно снятых кадров должны частично перекрываться - иначе качество итоговой картинки пострадает из-за того, что некоторые части объекта так и останутся не в фокусе. Если же, наоборот, шаг слишком мал и зоны резкости соседних кадров перекрываются почти полностью, это не только создаст Вам и Вашему компьютеру лишнюю работу, но может также привести к ошибкам в работе программы "сшивания", особенно, в том, что касается точности совмещения слоёв - см. "Замечание" в разделе "Компьютерная обработка", между пунктами (7) и (8).
Точная наводка на резкость при таких увеличениях затруднительна, поэтому для гарантии успеха лучше сделать несколько кадров до попадания в фокус верхней точки объекта и, соответственно, после попадания в фокус нижней его точки - лишние кадры можно просто удалить при просмотре, тогда как доснять недостающие будет куда сложнее: малейшее прикосновение к камере (включение-выключение, присоединение USB-кабеля и т. д.) как минимум непоправимо "собьёт" границы кадра, а то и вовсе сделает последующее "сшивание" слоёв невозможным - например, если произойдёт поворот одних слоёв относительно других хотя бы на долю градуса. То же самое может случиться и при неосторожном вращении микровинта - чтобы исключить подобные промахи, можно жёстко закрепить штатив микроскопа или подклеить к нему с нижней стороны тонкий слой резины.
Если необходимо сфотографировать объект в нескольких проекциях (например, сверху, снизу и сбоку), целесообразно соблюдать один и тот же масштаб съёмки для каждой из серий кадров. Для этого просто оставим макромех в покое, пока не перейдём к работе над следующим объектом.
Компьютерная обработка.
Что касается "сшивания слоёв": для начала надо решить проблему их совмещения
или выравнивания по вертикали, горизонтали и масштабу - ведь даже самый массивный и устойчивый штатив этого не обеспечивает, а иначе потери из-за несовпадения сводят на нет весь выигрыш в разрешении от использования "слоевого" метода. (При съёмке неподвижных объектов предполагается, что слои не придётся поворачивать друг относительно друга, для объектов же подвижных проблема поворота существенно осложняет процесс совмещения).
После совмещения слоёв переходим непосредственно к их соединению в итоговое изображение: можно делать это вручную, например, в программе "Adobe Photosop" методом масок слоёв. Результат ручной работы может быть превосходным (при определённых навыках и немалом усердии), однако это всегда требует существенных затрат времени - на одно изображение обычно уходит от нескольких часов до нескольких дней напряжённой работы.
Для ускорения процесса существуют специальные компьютерные программы "сшивания" или стекинга. Лично я использую
CombineZP, разработанную и бесплатно распространяемую Аланом Хэдли (Alan Hadley).
Данная программа существенно облегчает работу, однако (как и все прочие), неизбежно допускает некоторые ошибки. Их причина в том, что некоторые фрагменты итогового изображения программа формирует не из тех слоёв, где они находятся в фокусе, и эти фрагменты выглядят нерезко. Лучший и, наверное, единственный способ устранения подобных дефектов - доводка изображения вручную - на итоговое изображение накладываются частные изображения, использованные программой (rectangles) и области дефектов заменяются соответствующими фрагментами частных изображений методом масок слоёв.
Можно также попробовать сформировать итоговое изображение, используя различные алгоритмы "CombineZP", например "Stack" и "Soft Stack", а затем методом масок объединить два итоговых изображения в одно. Но даже если программа не смогла сделать ничего приемлемого (такое тоже бывает), она всё равно остаётся весьма полезной, так как очень быстро и удачно выравнивает слои, что абсолютно необходимо сделать как перед автоматическим, так и перед ручным процессом "сшивания".
Итак, рассмотрим последовательность операций, производимых на компьютере:
1) Копирование файлов, полученных непосредственно при съёмке, с камеры на жёсткий диск компьютера.
2) Конвертация этих файлов из формата семейства RAW в доступный для обработки формат (желательно, в 16-битный TIFF) - для этого используется программа-конвертер, обычно поставляемая вместе с цифровой камерой.
3) Для уменьшения ошибок при "сшивании" изображений особо малых объектов (менее 3 мм размером) и, при необходимости, для объектов с гладкой поверхностью используем следующий шаг: для каждого из полученных TIFF-файлов в Adobe Photoshop проводим повышение контурной резкости специальным макросом (см. главу ниже) и по его завершении (опционально) переводим 16-битные файлы наших частных кадров в 8-битный TIFF.
Далее я позволю себе немного отвлечься и напомнить, что в макросъёмке существенные неприятности доставляет пыль, находящаяся на рабочей поверхности матрицы нашего фотоаппарата. Ведь, чем меньше относительное отверстие, тем более контрастными и тёмными пятнами будут выглядеть пылинки на изображении. И, чем больше масштаб съёмки, тем больше будет размер каждого такого дефекта относительно площади кадра.
Хуже того, при послойном методе съёмки вред от пыли многократно возрастает.
Дело в том, что каждая пылинка на поверхности матрицы находится на одном и том же месте (пока её не убрали). И если мы для получения фотографии просто снимем один единственный кадр, пылинка эта отобразится в виде маленького чёрного кружочка. Но, если для получения изображения мы снимаем серию кадров, то на каждом из них объект получается немного не в том месте, что на предыдущем из-за вибраций и неточностей нашей фотосистемы (вектор перемещения объекта от кадра к кадру не совсем параллелен оптической оси).
В результате мы имеем столь неприятное явление, как "расползание" следа от каждой пылинки на итоговой "сшитой" из слоёв картинке (см. фото-11).
Поэтому, возвращаясь к компьютерной обработке, при обработке изображений особо малых объектов (размером около 1-2 мм) имеет смысл удалять артефакты от пыли и дефектов матрицы до начала процесса сшивания (на каждом из частных кадров отдельно). Хоть это и приводит к значительному увеличению объёма работы, но в противном случае вред от подобных артефактов при сшивании будет мультиплицироваться, и дефектные области на итоговом изображении станут неприемлемо большими.
Далее наступает этап работы непосредственно в программе сшивания - рассмотрим его на примере CombineZP.
4) В меню "File" выбираем создание нового файла "New" - открываем серию частных кадров. Файлы должны иметь правильный порядок, определяемый названием, одинаковый размер и формат (в нашем случае - 8-битный TIFF), а также должны находиться в одной папке.
По умолчанию, порядок используемых файлов будет тот же, что и порядок кадров при съёмке. Однако может возникнуть проблема, например, если камера в процессе съёмки обнулит собственный счётчик. В этом случае файлы необходимо переименовать так, чтобы нумерация шла от "верхних" кадров к "нижним".
5) По окончании этой операции в меню "Stack" выберем раздел "Size and Alignment" и далее - опцию "Auto (Two Pass Shift+Scale)" - автоматическое выравнивание по осям X и Y, а также по размеру изображения.
6) После этого в меню "Stack" выбираем раздел "Balance Color and Brightness".
a) Выбираем опцию "Global Brightness" (предварительное выравнивание кадров по яркости).
b) Используем опцию "Local" для деликатного и окончательного выравнивания участков кадров по яркости .
Выравнивание закончено - переходим собственно к "сшиванию".
7) Далее в меню "Macro" выбираем действие "Do Soft Stack" - "сшиваем" кадры по первому алгоритму "Soft Stack", более чувствительному к малым и нечётким деталям, но допускающему более заметные ошибки при сильном перепаде контрастов, например, по линии соприкосновения объекта и окружающего фона (в таких местах возникают артефакты в виде "гало" - радужных концентрических окружностей и кривых линий).
Мы, наконец-то, получили первую "сшитую" из слоёв картинку, которая (если мы всё сделали правильно) в экранном разрешении кажется вполне приемлемой. Однако, при увеличении до оригинального размера (100%) мы неизбежно увидим некоторые, иногда весьма заметные, дефекты. Чтобы их устранить, необходимо доработать итоговое изображение вручную, поэтому продолжим.
Замечание.
Если на полученном изображении присутствуют дефекты совмещения слоёв (некоторые мелкие детали двоятся, картинка напоминает мозаику, то есть, заметны неестественно резкие границы между кусочками изображения), нам придётся прервать процесс и вернуться к пункту (4), то есть, перезапустить CombineZP и заново открыть наши частные кадры. Для начала можно попробовать решить эту проблему, избавившись от "избыточно отснятых слоёв", то есть, использовать для "сшивания" не все кадры подряд, а через один, например, вместо слоёв 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 выбрать только 1, 3, 5 и 7. Теоретически, качество итоговой картинки от этого как бы несколько ухудшится, но, как показала практика, незначительное падение разрешения итогового изображения куда менее заметно, чем вышеупомянутые дефекты. Не говоря уже про научную достоверность нашего фото: любые "артефакты" на нём - это то, чего в действительности нет на самом объекте съёмки.
Если же "сшивание через один кадр" не помогло, можно попробовать ещё один способ.
Вместо пункта (5) следует в меню "Macro" выбрать действие "Align and Balance Used Frames (Thorough)"- это альтернативный алгоритм выравнивания, учитывающий не только смещение в горизонтальной плоскости и компенсацию масштаба, но также поворот частных кадров друг относительно друга. Иногда он даёт заметно лучшие результаты, чем обычное действие "Size and Alignment".
По завершении данного процесса переходим к пункту (6) - балансу кадров по яркости - и далее в изложенном порядке...
8) В меню "File" выбираем действие "Export Rectangles" - тем самым, сохраняем результаты работы, включая "сшитое" изображение и все
выровненные (см. пункты 5 и 6) частные кадры в предложенную по умолчанию папку [rectangles] и с префиксом "_rect".
Именно эти кадры станут базой для последующей доводки изображения вручную. Сохранять файлы лучше в формате TIFF.
На этом работу в CombineZP можно, в принципе, закончить, но я бы посоветовал ещё кое-что.
9) В меню "Frame" выбираем действие "Remove Visible" - удаляем "верхний кадр" или "сшитое" по первому алгоритму изображение как объект, с которым будет производиться дальнейшая работа в CombineZP. При этом данное изображение не удаляется физически, оставаясь сохранённым нами в папке [rectangles].
10) В меню "Macro" выбираем действие "Do Stack" - "сшиваем" кадры по второму алгоритму "Stack" - более аккуратному при сильном перепаде контрастов, но допускающему более заметные ошибки на участках объекта с гладкой поверхностью (в таких местах могут возникать зоны излишнего сглаживания, на которых пропадают детали изображения).
По окончании работы алгоритма мы получаем второе "сшитое" изображение - оно может быть лучше или хуже первого, но нам это не важно. Главное, что "проблемные зоны", то есть, области вероятного появления дефектов у него будут (хотя бы частично) не там, где они были у первой "сшитой" картинки.
11) В меню "File" выбираем действие "Save Frame/Picture As" - сохраняем "сшитое" по второму алгоритму "Stack" изображение в ту же папку [rectangles], где находятся прочие наши кадры, прошедшие обработку в CombineZP. Для удобства сохранить этот файл можно под именем "Stack.tif".
Результат "сшивания" по первому алгоритму "Soft Stack" будет иметь название "rect_00001-New-Out99999.tif" - можем переименовать его для удобства в "Soft_Stack.tif"; "частные" же кадры будут иметь названия, начиная от "rect_00002-99988_DSC00001.tif", где "DSC00001" - номер кадра, присвоенный камерой в процессе съёмки. Для нашей дальнейшей работы важной остаётся лишь первая часть названия "rect_00002".
Дальнейшая (ручная) обработка изображения в Adobe Photoshop.
1) Открываем два "сшитых" изображения, полученных посредством алгоритмов "Stack" и "Soft Stack" и накладываем одно поверх другого слоем. При помощи маски слоя исправляем ошибки сшивания, беря от каждого из изображений те участки, которые на нём получились лучше, чем на другом. Как правило, работа на этом не заканчивается - остаются участки изображения, которые, всё равно, смотрятся заметно хуже, чем на "частных" кадрах.
2) С соответствующих "частных" кадров берём нужный материал для исправления. Для этого сначала открываем нужный нам кадр, затем (при необходимости) упомянутым выше макросом повышаем в нём контурную резкость - и уже после этого накладываем его поверх как следующий слой, продолжая работу с масками.
При использовании частных кадров следует помнить о порядке слоёв - самый верхний будет носить имя "rect_00002-99988_DSC00001.tif", следующий - "rect_00003-99988_DSC00001.tif" - и так далее вплоть до "rect_N-99988_DSC00001.tif", где N - номер последнего (нижнего) слоя.
3) Но как выбрать именно нужный нам "частный кадр" для исправления программных ошибок вручную? Если мы видим досадный "артефакт", портящий картинку, мы, разумеется, должны заменить фрагмент изображения участком из того слоя, на котором данное место отображается максимально резко. Как быстро найти нужный слой, если их десятки, а то и сотни?
Сориентироваться здесь поможет подмеченная мной закономерность: для слоёв с плоскостью фокуса, находящейся выше интересующего нас фрагмента, контрастные детали будут отмечены расплывчатой каёмкой сине-зелёного, близкого по оттенку к cyan цвета.
Если же плоскость фокуса лежит ниже нашего изображения, расплывчатая каёмка будет иметь красновато-фиолетовый цвет, близкий по оттенку к magenta (см. фото-12).
Степень выраженности (толщина и цветовая насыщенность) каёмок зависит только от того, насколько выше (или ниже) фокуса в данном кадре находится наш объект съёмки. А наша задача - найти тот единственный слой, в котором нужный нам фрагмент вообще не имеет цветовых ореолов по контурам.
Скорее всего, причиной "эффекта цветных каёмок" является одна из разновидностей хроматической аберрации - так пусть это явление вместо досадной помехи хоть в чём-то станет нам помощью.
4) По завершении, когда весь объект уже смотрится целостно и однородно по качеству изображения, в меню "Layer" выполняем команду "Flatten Image" (соединяем слои вместе) и продолжаем дальнейшую обработку в Фотошопе, включающую коррекцию яркости, цвета, резкости и необходимую ретушь.
5) Для создания "демонстрационной" версии изображения, например, для сети Интернет, последовательно уменьшаем ресурсный файл, немного увеличивая резкость после каждого шага уменьшения. Можно применять как стандартный фильтр "Unsharp Mask", так и более продвинутый плагин "Unsharp Mask Pro", а также упомянутый выше макрос для повышения контурной резкости.
Макрос для повышения контурной резкости.
Данная последовательность действий помогает сделать картинку более чёткой, выразительной и привлекательной. В принципе, то же самое делает стандартный "фотошоповский" фильтр "Unsharp Mask" или поставляемый отдельно "Unsharp Mask Pro", однако, на мой взгляд, эффективность и соотношение сигнал - шум у предлагаемого здесь алгоритма заметно выше.
Разумеется, как и все ему подобные, этот макрос - не чудо и новых деталей в изображение он не добавит. Зато те детали, что присутствовали физически, но были недостаточно проявлены, после данной обработки станут выглядеть гораздо лучше.
Итак:
1) Открываем файл в Фотошопе, при помощи главного меню создаём копию слоя (Layer → Duplicate Layer) и далее работаем только с этой копией. Она будет играть роль маски, наложенной на основное изображение.
(Что бы мы ни сделали, за это основное изображение можно не опасаться, пока мы не "слили" слои воедино).
2) Обесцвечиваем наш верхний слой, чтобы при повышении резкости не множить цветовой шум (Image → Ajustments → Desaturate).
3) Желательно повысить контрастность этого (уже чёрно-белого) слоя уровнями или контрастом (Image → Ajustments → Brightness/Contrast) - главное, не слишком увлекаться и не потерять в полутонах.
4) Избавимся от шума, чтобы не умножать его при повышении резкости (Filter → Blur → Gaussian Blur). Радиус подбирается эмпирически, чтобы визуально исчезла ненужная зернистость. Для цифровых файлов крупного размера я обычно использую радиус 0,5 пиксела. Для экранных разрешений (900 х 600) это значение составит 0,1 пиксела.
5) Выбираем фильтр: (Filter → Other → High Pass). Радиус, опять-таки, на глазок в зависимости от формата кадра, разрешения и степени коррекции, которую необходимо внести. Для ресурсных файлов это обычно 2 пиксела, для экранных разрешений - около 0,3 пиксела.
Наша маска из обычного чёрно-белого изображения превращается в некий "сумрачный" серый барельеф, на котором отчётливо выступают все контуры и детали объекта.
6) Теперь от главного меню переходим к панели "Layers" и в "Blending options" меняем способ наложения верхнего слоя (нашей маски) с "Normal" на "Overlay".
7) Любуемся на результат. Если он нам нравится, "сливаем" слои вместе - возвращаемся к главному меню (Layer → Flatten Image).
Всю данную последовательность действий удобно соединить в новый макрос или "Action" (см. фото-13) - у меня он назван "Standard Work", можно с остановками для выбора величины воздействия. Это заметно сэкономит время, особенно при работе с большими или многочисленными файлами.
Проблема "ореолов размытия".
Отдельно следует упомянуть проблему, возникающую при послойной съёмке в случае, когда форма объекта достаточно сложная и расфокусированное изображение вышележащих деталей частично заслоняет собой области, лежащие ниже.
Например, нам надо сфотографировать зуб ископаемой акулы, (см. фото-14) коронка которого имеет несколько дополнительных конусов. С фронтальной проекцией не возникает никаких проблем (кадр D). Но в боковой проекции
(кадры C, B, A) совершенно невозможно получить резкое изображение области, отмеченной стрелками - даже наложение частных кадров вручную
тут не поможет, ибо ни на одном из них этого изображения просто нет. На одних из них данная область находится вне фокуса, на других это место закрыто размытыми контурами части объекта, отмеченной цифрой 1. Несколько улучшить картинку можно при помощи повышения контраста и резкости в проблемной области, но, чтобы сделать её визуально приемлемой, придётся прибегнуть к ретуши. В качестве альтернативы можно предложить "взять" недостающие детали с дополнительного кадра, снятого с той же позиции, но с закрытой диафрагмой, на котором весь изображаемый объект выглядит более или менее резко. Насколько эффективным окажется данный приём, остаётся только догадываться - на данный момент я его не тестировал.
Иллюстрации.
В качестве примеров хотелось бы показать несколько фотографий, сделанных при помощи послойного метода.
Наибольшие трудности возникают при обработке снимков самых маленьких объектов, имеющих гладкую поверхность - в подобных случаях программам сшивания слоёв очень трудно "зацепиться" за детали изображения и отличить "резкое" от "нерезкого". Тем не менее, даже такие фото (например, вот
эта и вот
эта) выглядят довольно детально и привлекательно.
Ещё лучше получаются объекты, поверхность которых украшена хорошо сохранившейся скульптурой - послойный метод способен великолепно передавать микроконтраст этих деталей. Вот, например, башенковидная раковина
брюхоногого моллюска или наружный скелет простейшего одноклеточного существа -
фораминиферы.
Также, хорошо передаются детали поверхности объектов тёмного, почти чёрного цвета - таких как эти фосфатизированные зубы
акулы и костной
рыбы.
Даже фотографии относительно более крупных
объектов, сделанные с помощью метода слоёв, смотрятся гораздо лучше, чем если бы они были сделаны обычным методом. Здесь для краткости приведено лишь несколько примеров - сотни других, не менее интересных фотографий можно найти по следующему адресу.
Разумеется, в Интернете размещены лишь уменьшенные превью для демонстрации, качество же ресурсных файлов достаточно высоко даже для печати фотографий выставочного формата.
Не скрою, подобная красота достигается ценой высоких затрат: на каждое изображение необходимо отснять несколько десятков (иногда и несколько сотен) кадров, а также потратить немало времени и сил на последующую обработку.
Но, если безупречное качество фотографий является для Вас приоритетом, результат окупит любые трудозатраты.
Буду благодарен всем за ваши замечания, уточнения и предложения - поможем друг-другу добиться наилучших результатов.
Текст и фото: Кирилл Шаповалов (2010 - 2017).
