На лучшую роль второго плана

Задолго до человека явление поляризации света освоила живая природа. Некоторые морские птицы при охоте закрывают глаза специальным веком, которое снижает отражение света, идущего с неба, от поверхности воды, и добыча становится лучше видна. Многие насекомые, например, пчелы, ориентируются в пространстве по степени поляризации неба. Им достаточно видеть небольшой кусочек синего неба в разрывах облаков, чтобы точно определить направление.

Вокруг нас всегда присутствуют как естественный, так и поляризованный света. Глаз человека и фотопленка воспринимают их одинаково. Применение поляризационных светофильтров позволяет выделить поляризованный свет и творчески использовать его в фотосъемке.

Поляризационный светофильтр увеличивает на фотографии визуальную резкость и чистоту цвета. Так, при пейзажной съемке листва деревьев, кроме собственного диффузного отражения, имеет также зеркальное отражение синего света неба. Поляризационный светофильтр позволяет устранить бликующую засветку. За счет этого на фотографии лучше проявляется собственный цвет предметов, увеличивается насыщенность цвета, и с листьев исчезает голубоватый оттенок. Уменьшение засветки кадра рассеянным светом немного увеличивает контраст, что приводит к визуальному увеличению резкости.

Практически у каждой компании-производителя можно встретить поляризационные фильтры одного типа за разную цену. Самые дешевые представляют собой обычный стеклянный светофильтр в стандартной толстой оправе. Несколько дороже будут стоить модели с просветляющим покрытием. Просветление повышает пропускание фильтром света и улучшает резкость изображения. Самые дорогие фильтры выполнены в более тонкой оправе, что позволяет избежать виньетирования на широкоугольной оптике или при одновременном использовании нескольких фильтров.

Для теста мы собрали все поляризационные светофильтры ведущих производителей, доступные в продаже. В основном это циркулярные светофильтры: B+W MRC Circular Pol, Cokin Digital Polarizer, Heliopan Polfilter Circular, Hoya Circular Pol, Kenko Circular PL, Kenko Pro 1 Digital, Marumi DHG Cicular PL(D), Marumi MC Circular Polarizer, Marumi WPC-CPL, Soligor Circular Pol, Soligor DHG Circular Polarizer, Tiffen Circular Polarizer.

Помимо легендарного фильтра ПФ советского производства линейной поляризацией обладают Promaster Spectrum 7, Raynox Digital Polarizer и два фильтра Tiffen — Low Light Polarizer и Warm Polarizer.

Также были протестированы цветные поляризационные фильтры Cokin: модели Р162, Р163, Р170, Р171 и Р173. Их предназначение — не устранять блики, как в случае обычных поляризаторов, а окрашивать их: в зависимости от угла поворота этих фильтров цвет поляризованного света меняется.

Познакомимся поближе с явлением поляризации света, а также разберемся, как работает поляризационный фильтр и что влияет на качество получаемого изображения.

Любой светофильтр, установленный на объектив камеры, снижает резкость изображения. Влияние фильтров на разрешающую способность мы измеряли на оптической скамье. Изображение миры, сфокусированное эталонным объективом, рассматривали через микроскоп. В результате можно оценить падение разрешающей способности после установки светофильтра на объектив. Уменьшение различимых линий миры на одну группу соответствует падению разрешающей способности на 5–6%.

Практически у всех фильтров, за исключением нескольких моделей, падение разрешающей способности или не наблюдалось, или оно составило одну группу миры. Это укладывается в инструментальную погрешность оборудования.

Следует отметить, что лабораторные испытания не всегда дают полную картину характеристик фильтра. Контровой свет, источники света и яркие блики в кадре, эффективность работы бленды на длинном фокусе — все это может привести к заметному светорассеянию и в реальных съемочных ситуациях оказать гораздо большее влияние на разрешающую способность.

Поляризация. Немного теории
Свет — это электромагнитное излучение. Колебания электромагнитного поля перпендикулярны к лучу света и могут лежать в различных плоскостях. В естественном или неполяризованном свете электромагнитные волны колеблются во всех направлениях. Если колебания электромагнитного поля происходят только в одной плоскости, то такой луч света называется линейно поляризованным.

Впервые явление, в котором проявляется поляризация света, было обнаружено в 1669 г. При прохождении света через анизотропные кристаллы (анизотропия — зависимость свойств среды от направления) луч расщеплялся на два — обыкновенный и поляризованный. Это свойство кристаллов и полимеров поляризовать свет используется при производстве современных поляризационных светофильтров. Падающий на светофильтр естественный свет на выходе становится линейно поляризованным.

Когда на светофильтр падает поляризованный свет, результат будет зависеть от ориентации фильтра. Если плоскость поляризации падающего света совпадает с направлением поляризации фильтра, то свет проходит без изменения. Но если светофильтр повернуть на 90 градусов, то плоскости поляризации света и фильтра пересекутся под прямым углом, и фильтр станет полностью задерживать свет.

Когда же в естественных условиях происходит поляризация света? Чаще всего мы с ней сталкиваемся при отражении света. При падении на поверхность луч частично преломляется, а частично — отражается. Отраженный свет всегда линейно поляризован, а степень поляризации зависит от коэффициента преломления материала и угла падения луча.

Максимальный эффект достигается, когда отраженный и преломленный лучи расходятся под прямым углом. Например, для стеклянной поверхности наибольшая степень поляризации отраженного света будет при падении луча под углом в 57 градусов. Поставив на пути отраженного света поляризационный светофильтр, можно полностью устранить блики на поверхности предмета.

Эффективность использования поляризационного светофильтра зависит также от фактуры поверхности. На гладких предметах при зеркальном отражении блики устраняются очень хорошо. При направленно-рассеянном отражении, например, от воды, подернутой рябью, поляризационный фильтр может только слегка притемнить блик. На матовых поверхностях поляризационный светофильтр не работает. Светофильтром также невозможно устранить блики на металлических предметах.
Другой случай поляризации света, с которым мы сталкиваемся в естественных условиях, происходит при рассеянии света. Голубой цвет неба, создаваемый рассеиванием солнечного света в верхних слоях атмосферы, также частично поляризован. Использование поляризационного светофильтра при пейзажной съемке позволяет уменьшить на фотографии яркость синего неба.

Степень поляризации небосвода меняется от 0 до 80 процентов в зависимости от направления и достигает максимального значения в перпендикулярном к положению солнца направлении. Если солнце находится на востоке или на западе, то наиболее эффективно светофильтр будет притемнять небо на севере и юге, а также в зените. Если снимать приходится в полдень в экваториальных широтах, когда солнце находится над головой, то наиболее поляризованным будет свет неба около горизонта.

Степень поляризации света неба, а соответственно и эффективность использования светофильтра, зависит также от состояния атмосферы и чистоты воздуха. Дым и смог снижают желаемый эффект, поэтому применение поляризационного светофильтра в крупных городах часто не дает ожидаемого результата.

Многие атмосферные явления, такие как радуга, гало, северное сияние также содержат поляризованный свет. Интересно применение поляризационного светофильтра при съемке на море в ветреную погоду. Поворотом светофильтра можно сделать море более бурным. При этом на водной поверхности гасятся блики, и вода становится темнее, а пена выглядит эффектнее. В ясную солнечную погоду цвет морской поверхности создается отражением от нее голубого неба. В этом случае мы дважды сталкиваемся с поляризацией света. Поляризационный светофильтр позволит в очень широких пределах менять цвет и яркость пейзажа.

Вода также рассеивает свет. При подводной фотосъемке через поляризационный светофильтр вода в направлении, перпендикулярном солнечным лучам, имеет темный цвет индиго, а вдоль — ярко-голубой.

Еще один случай поляризации света, который часто используют фотографы при съемке, связан с прохождением света через некоторые виды пластмасс. За счет внутреннего напряжения многие полимеры приобретают в поляризованном свете яркую радужную окраску. Для съемки используют два поляризационных светофильтра. Один ставят на осветительный прибор, а второй — на объектив фотокамеры. Вращением фильтра на объективе добиваются требуемого эффекта. Этот прием часто применяется в рекламной фотографии.

Фильтры
Для фотографов выпускается большое количество линейных поляризационных светофильтров. Чаще всего они состоят из тонкой полимерной пленки, зажатой между двух стекол. Светофильтр может вращаться в оправе после установки на объектив.

Внутри фотоаппарата лучи света претерпевают различные отражения на пути к датчикам автофокуса и экспонометра, и при этом также возникает поляризация света. В случае, когда плоскости отражения и поляризации светофильтра пересекаются, свет на фотоэлементы перестает поступать и автоматика начинает работать некорректно или отключается совсем. В этом случае приходится переключать камеру в ручной режим или приобретать циркулярный поляризационный светофильтр.

Он представляет собой комбинацию из двух фильтров. Снаружи находится обычный линейный поляризатор, а со стороны объектива — второй светофильтр, который превращает линейную поляризацию света в круговую. Работает он следующим образом.

Падающий на него линейно поляризованный свет претерпевает двойное лучепреломление. На выходе из фильтра получается два луча, линейно поляризованных в перпендикулярных плоскостях. Разность фаз между ними составляет четверть длины волны, в результате суммарный вектор плоскости поляризации меняет направление по кругу.

Таким образом, наружным линейным поляризатором при съемке устраняются блики, а внутренняя поверхность фильтра делает свет как бы неполяризованным, что обеспечивает работу автоматики камеры независимо от положения фильтра. Различий в способах практического применения линейного и циркулярного поляризационных светофильтров нет.

В последнее время в связи с распространением автоматических фотоаппаратов с прилавков магазинов исчезли классические линейные поляризационные светофильтры. А ведь разницы в качестве изображения, создаваемого линейным и циркулярным светофильтрами, нет. Различие присутствует только в цене — циркулярные примерно вдвое дороже.

Конечно, удобно, когда TTL-система фотокамеры работает всегда. Но, как правило, если при съемке есть время на установку поляризационного фильтра и поиск его положения на объективе, то пара секунд для того, чтобы в ручном режиме навести фотоаппарат на резкость и измерить экспозицию, всегда найдется.

Хочется отметить еще один удачный маркетинговый ход. Отличий в применении поляризационного светофильтра на пленочной и цифровой камере никаких нет. При этом «радует» появление в каталогах фирм поляризационных светофильтров с надписью на оправе «Digital». Естественно, по более высокой цене.

Несколько экзотических поляризационных светофильтров выделяется из общего ряда. Tiffen Low Light Polarizer в два раза светлее обычного поляризационного фильтра. При его установке на объектив фотокамеры требуется увеличить экспозицию всего на 2/3 ступени. Степень поляризации у него слабее обычного, поэтому полностью погасить блики не получится, удастся только слегка понизить их яркость.

Другой фильтр — Tiffen Warm Polarizer — имеет теплый оттенок. Он представляет собой комбинацию поляризационного светофильтра и конверсионного 81В. При съемке с дневным светом он дополнительно понизит цветовую температуру с 5500 К до 5000 К. Теплый цветовой баланс часто используется фотографами. Обращаемые фотопленки с небольшим сдвигом цветовой температуры, подсветка золотистыми отражателями, так же как и этот фильтр, обеспечивают более приятную передачу цвета кожи при портретной съемке.

Эффект, создаваемый этими фильтрами, достаточно легко воссоздать на фотографии обычными средствами или с помощью обработки в графическом редакторе. Ослабление поляризованного света фильтром Tiffen Low Light Polarizer можно получить, подобрав угол поворота обычного поляризационного светофильтра. Достоинство первого остается только в его малой кратности. Эффект от применения фильтра Tiffen Warm Polarizer также просто смоделировать на компьютере. Например, достаточно лишь изменить цветовой баланс при конвертации RAW-файла.

Следует отметить, что компания Tiffen известна на рынке, в первую очередь, как производитель светофильтров для профессионального кинематографа. Только некоторые образцы ее продукции со временем начинают выпускаться в фотографическом формате. Эти светофильтры окажутся более востребованы кино- и видеооператорами, чем фотографами.

Решающим является экономический фактор — кинооператоры обычно сами не приобретают фильтры, а заказывают необходимое для съемки данного кадра оборудование за счет бюджета картины. В случае недостаточной освещенности при кино- и видеосъемке фильтр Low Light Polarizer будет иметь неоценимые достоинства. Ведь в кино невозможно регулировать экспозицию увеличением выдержки.

Аренда одного фильтра Tiffen Warm Polarizer выгоднее, чем отдельный заказ поляризатора и конверсионного фильтра, не говоря уже о возможном кашетировании кадра при установке на объектив такого «бутерброда».

Отдельного внимания заслуживают цветные поляризационные светофильтры фирмы Cokin. (К сожалению, достать для сравнения аналогичные светофильтры других производителей не удалось.) Они не устраняют блики, а позволяют при повороте фильтра менять их цвет.

Собственный цвет этих светофильтров очень насыщенный. Например, с определением цвета фильтра Cokin P171 не справился даже колорметр Minolta IIIF. Однако цифровые фотокамеры Nikon D70 и Canon EOS-20D смогли взять баланс через эти фильтры без проблем. Для съемки на пленку потребовалось бы установить на объектив камеры дополнительно еще несколько компенсационных светофильтров, что привело бы к сильному увеличению экспозиции и снижению резкости. Можно при съемке оставить естественный баланс камеры, но тогда все изображение окрасится в цвет фильтра, что подойдет не для каждого сюжета.

Цветные поляризационные светофильтры Cokin также более востребованы в кино- и видеопроизводстве, чем в фотографии. В статичном изображении окрашенность блика легко получить, установив светофильтр на осветительный прибор. При пейзажной съемке эти фильтры окрашивают весь поляризованный свет, который присутствует не только на небе, но и в отражении от наземных объектов. В результате эффект от этого фильтра сопоставим с применением обычного цветного фильтра. В кино- и видеосъемке поворотом фильтра можно изменить цветность бликов внутри одного плана и тем самым создать требуемое настроение.

Чаще всего используются фильтры Cokin Р162 и Р163. Их эффект не бьет по глазам зрителя, но позволяет придать бликам холодный или теплый оттенок. Фильтры Cokin 170-й серии слишком цветные. Довольно трудно сюжетно обосновать, почему отражение вдруг позеленело или покраснело. Однако комбинация этих фильтров с обычным «поляроидом» создает светофильтр переменной цветности. Например, фильтр Cokin Р171, установленный на объектив совместно с линейным поляризационным светофильтром, превращается в переменный конверсионный светофильтр.

Любой поляризационный светофильтр требует очень осторожного обращения. Не подвергайте его резким перепадам температуры и давления. При полетах на самолете старайтесь не сдавать оптику и светофильтры в багаж. За счет неравномерного теплового расширения светофильтр может расклеиться и стать непригодным для съемки.

Особое внимание следует обратить на температурный режим хранения. Прямой солнечный свет, нагрев, попадание на фильтр влаги могут привести к выцветанию полимерной пленки. Такой светофильтр приобретает неустранимый красноватый оттенок и требует замены. Кстати, по информации компаний-производителей, средний срок жизни поляризационного светофильтра при частом использовании составляет 5–6 лет. Хотя практика дает более оптимистичные результаты.

Лабораторные испытания
Мы оценивали основные параметры светофильтров, наиболее важные для практического применения.
Степень поляризации света у всех светофильтров одинакова. При перекрещивании осей поляризатора и анализатора достигалось полное гашение светового потока. Исключением стал фильтр Tiffen Low Light Polarizer, у которого снижение яркости бликов составило 2/3 ступени.

Коэффициент пропускания светофильтров измерялся с помощью лабораторного люксметра и эталонного источника света. Зональное пропускание света определялось на длинах волн 460, 550 и 660 нм. Коэффициент пропускания у испытуемых светофильтров колебался от 22 до 36 процентов. Следовательно, при съемке с поляризационными светофильтрами необходимо увеличивать экспозицию на 1,7–2 ступени. Самыми светлыми оказались фильтры B+W MRC Circular Pol, Marumi DHG Cicular PL(D) и ПФ, а самыми темными — Cokin и Heliopan.

Технологически довольно сложно создать абсолютно нейтрально-серый поляризационный светофильтр. Наглядный тому пример — советский светофильтр ПФ, который имеет желто-зеленый цвет. Хотя в те годы выпускался и нейтрально-серый поляризационный фильтр ПФН, но он стоил немного дороже и не пользовался спросом, поскольку качественная цветная фотопленка была редкостью, а при пейзажной съемке на черно-белую фотопленку цвет фильтра ПФ был очень кстати.

Все участники теста имеют небольшой цветовой оттенок, который визуально неразличим, но может оказывать влияние на цвет изображения. У идеально серого светофильтра зональные плотности должны быть одинаковыми.

Другой способ определения цветности светофильтра — это измерение с помощью колорметра. В этом случае цветность фильтра будет выражена в значениях майред (индекс LB), которые показывают сдвиг цветовой температуры, и значениях цветовой компенсации по зелено-пурпурной оси (индекс СС). Чем меньше эти значения, тем меньшую цветность имеет фильтр.

Отклонения цвета у всех испытанных светофильтров лежат в пределах нормы, но самыми ахроматичными можно назвать Cokin Digital Polarizer, Marumi DHG Cicular PL(D) и Soligor DHG Circular Polarizer. Наиболее «цветными» показали себя Heliopan Polfilter Circular, Kenko Pro 1 Digital, Promaster Spectrum 7, Raynox Digital Polarizer и, естественно, Tiffen Warm Polarizer, ПФ и цветные фильтры Cokin.

При съемке цветность обычного поляризационного светофильтра оказывает очень незначительное влияние на цветопередачу. По результатам теста, отклонения цветности светофильтров от нейтрально серого тона гораздо меньше, чем искажения цвета, вносимые разбалансом фотопленки или настройками принтера. При вращении светофильтра за счет устранения отраженного поляризованного света происходит гораздо более сильное изменение оттенков, яркости и насыщенности цвета.

Большинство светофильтров не оказало заметного влияния на резкость изображения. Падения разрешающей способности или не наблюдалось, или составило одну группу миры. Такой разброс укладывается в инструментальную погрешность оборудования. Исключение составили несколько фильтров.

Совсем немного отстали от группы лидеров Soligor DHG Digital Polarizer и Promaster Spectrum 7 — полученный результат можно объяснить тем, что последний фильтр в отличие от конкурентов не новый, а долгое время был в использовании. На фоне остальных отечественный ПФ, увы, совсем не радует…

Интересную картину показали цветные фильтры Cokin. Изображение миры заметно двоилось, а при вращении фильтра в оправе второе изображение описывало круги. Изображение в микроскопе очень напоминает то, что увидел Эразм Бартолинус, когда открыл явление поляризации света.

На двух фильтрах — Cokin Р163 и Cokin Р171 не читалась ни одна, даже самая крупная группа линий миры. Впрочем, и саму миру узнать было довольно трудно. Низкую разрешающую способность этих фильтров, скорее всего, можно объяснить не очень высоким качеством конкретных образцов. Ведь фильтр Cokin P173 имеет похожую плотность и цветность, а разрешение показал достаточно высокое.

Заключение
Производство качественных поляризационных светофильтров — процесс не менее сложный, чем изготовление оптики. Ведь в конструкции обычного линейного поляризационного светофильтра присутствуют четыре поверхности, на которых преломляется свет. А у циркулярного таких поверхностей будет, как минимум, пять.

Качество изготовления стекол, параллельность и чистота поверхностей, надежность склейки, характеристики полимера и просветляющего покрытия — все эти параметры определяют качество поляризационного фильтра. Любое отклонение при производстве приведет к повышенному светорассеянию, появлению астигматизма и уменьшит резкость изображения.

Результаты лабораторных испытаний позволили сделать однозначный вывод — чем фильтр дороже, тем более качественное изображение он дает. Во многом гарантией качества светофильтра является авторитет бренда компании-производителя.

Петр МУДРЕНОВ

Материал опубликован в 4 номере журнала Foto&Video за 2006 год.
Купите электронный номер и/или оформите онлайн-подписку.