Раньше в арсенале фотографов помимо камеры и объективов присутствовало большое количество стеклянных фильтров: цветовые, конверсионные, диффузные, ИК, УФ, поляризационные и др. С развитием цифровых фотокамер, активным использованием форматов RAW и мощных средств обработки изображений (PhotoShop) всё чаще приходится слышать, что любой эффект можно воссоздать на компьютере. На самом деле практически все фильтры, за исключением цветовых и конверсионных, позволяют создать эффекты, труднодостижимые в пакетах программной обработки. Хотя многие эффекты достаточно узко специализированы, существует фильтр, который должен быть рекомендован каждому. Это поляризатор.

Физика работы поляризатора. Свет – это электромагнитная волна, а значит характеризуется величинами электрической и магнитной напряжённости, вектора которых постоянно перемещаются во времени и имеют параметры фазы (угла) и амплитуды. Естественный свет не поляризован, т.е. вектор электрической напряжённости волны света движется в произвольном направлении. Но если мы на пути света поставим линейный поляризатор, через него пройдёт только часть волны, вектор напряжённости которой будет колебаться в одной плоскости – плоскости поляризации. Далее если поставить ещё один поляризатор с плоскостью поляризации, перпендикулярной плоскости поляризации первого поляризатора, то свет полностью затухнет и через второй поляризатор не пройдёт ничего.

Рис1. Эффект поляризации света

Для чего нужен поляризатор. Поляризаторы так бы и остались бесполезными для фотографии стёклами, если бы не эффект поляризации, возникающий при отражении света от диэлектрических (т.е. неметаллических) поверхностей. В таком случае роль первого поляризатора играет сама поверхность, а второго – поляризатор, накрученный на объектив камеры. Отражённый поток загасится поляризатором, а неотражённый пройдёт сквозь фильтр, получив при этом линейную поляризацию (Рис.2). Проще говоря, поляризатор убирает отражения от неметаллических поверхностей: пластика, кожи, воды, дерева, эмалей и проч.

Рис.2 Схема, поясняющая подавление отражений поляризатором

Поляризаторы в фотографии.

Применительно к фотографии, поляризаторы представляют собой стеклянные фильтры с возможностью вращения стекла. Внутренняя резьба устанавливается жёстко на объектив, а стекло вращается с помощью подвижной оправы. Иногда на оправе ставят мини ручку для удобства вращения. Вращая поляризатор, мы вращаем плоскость поляризации, тем самым усиливая или ослабляя эффект подавления отражения.

Рис.3 Поляризационный фильтр

В линейных (linear) поляризаторах прошедший свет (вектора напряжённостей) колеблется в одной плоскости (плоскости поляризации). Помимо них существуют и круговые поляризаторы (circular, C-PL), которые представляют собой тот же линейный поляризатор плюс расположенную позади четвертьволновую пластинку, которая превращает линейную поляризацию в круговую (т.е. закручивает вектора напряжённостей)
Линейные поляризаторы НЕ рекомендуется использовать с автофокусными зеркальными камерами. В таких камерах после отражения от зеркала (или пентапризмы) свет разделяется на два потока, один из которых идёт в видоискатель, а другой на датчик автофокуса. При определённом положении плоскости поляризации до датчика автофокуса может дойти сильно ослабленный поток и автофокус будет ошибаться. Как показывает практика, это проявляется достаточно редко. К тому же линейные поляризаторы дешевле, обладают большим эффектом подавления и лучшей разрешающей способностью (за счёт отсутствия дополнительного четвертьволнового слоя). Минусы: они достаточно редки и возможность появления проблем с зеркальными камерами.

Эффекты поляризаторов.

1. Непосредственно эффект подавления отражения от поверхностей.

Поляризатор рекомендуется в следующих сюжетах: съёмка витрин, съёмка через любые стёкла (чтобы убрать паразитные отражения), съёмка неглубоких водоёмов (позволяет улучшить видимость дна). Но т.к. художественная фотография базируется во многом на светотенях, то давить отражения нужно очень аккуратно. Не всегда убирание отражений от воды может улучшить изображение. Например, там, где надо показать кристальную гладь массива воды (озеро, пруд) поляризатор испортит вид. В дождливую погоду использование поляризатора также неоправданно: вряд ли вам понравятся вместо сочной влажной почвы или сверкающего асфальта сухая “пластиковая” поверхность. Достаточно спорно и удаление отражений неба из окон при съёмке городской фотографии. В любом случае надо представлять, что вы хотите получить в итоге, а не давить отражения направо и налево.

Не надо думать, что поляризатор уберёт все блики. Он уберёт блики только в определённой плоскости. В других же - либо ослабит, либо вообще не тронет. Так, если мы будем снимать озеро и рядом стоящий стеклянный дом, то поляризатор может убрать отражения либо с дома, либо с воды, т.к. они расположены в перпендикулярных плоскостях. Кроме этого существует зависимость поляризации от угла отражения. Поэтому водная гладь вблизи фотографа лишится отражения, а вдалеке – нет.

Надо помнить, что отражения нельзя убрать с металлических предметов. Так что бессмысленно пытаться фотографировать зеркало: зеркальный слой представлен тонкой металлической плёнкой. А вот с машины убрать отражения можно: металлический каркас покрыт краской.

2. Увеличение контраста неба.

Проходя через атмосферу, солнечный свет частично рассеивается и переотражается на капельках воды. Визуально небо покрывается чуть белёсой дымкой. Из-за недостатка динамического диапазона фотоаппаратов, небо на фото выбеливается. Этот эффект получил название “молочного неба”. Т.к. поляризатор убирает отражения от воды, то возможно убрать дымку и устранить неприятный эффект. Небо становится заметно темнее. Если на фоне такого неба ещё и находятся отдельные облака, то визуально контраст изображения заметно увеличивается (Рис.4).

В данном случае поляризатор проявляет себя как градиентный фильтр. Но существует минус, исходящий всё из той же зависимости угла отражения света. Полученное затемнение неба будет неравномерно. При съёмке панорам или широкоугольных изображений, на небе будет отчётливо видно тёмное синее пятно, постепенно ослабевающее по направлению к Солнцу. Максимальное затенение будет в участках, расположенных сбоку (на 90 градусов) от Солнца. По направлению на Солнце или против Солнца эффекта затенения вообще не будет.

3. Общее увеличение контраста.

По той же причине подавления отражений от микрокапелек воды можно достичь увеличения контраста изображения, избавившись от голубоватой пелены. Например, это заметно в увеличении насыщенности зелёного цвета листвы растений.

Посмотреть увеличенное изображение 1620х1220

Рис.4 Эффекты поляризатора. Сверху - увеличение контраста неба, снизу - подавление отражений и увеличения насыщенности листвы зелёным цветом. Фотографии справа и слева сделаны с поляризатором, но при разных положениях плоскости поляризации, поэтому экспозиция на правой и левой половинах одинаковая.

4. Общее затемнение изображения.

Т.к. поляризатор отсекает часть неполяризованного света, происходит общее затенение картинки примерно на 2 стопа (- 2 eV). Зачастую это рассматривается как минус поляризаторов. Их применение удобно в солнечную погоду. Вечером или в помещении применение поляризаторов практически невозможно без штатива.

Так что один поляризатор эквивалентен нейтральному фильтру с затенением на 2 стопа.
Но если на один поляризатор мы накрутим ещё один обязательно линейный поляризатор, вращая его можно получить нейтральный фильтр переменной плотности. Давить поток можно вплоть до нуля (в случае когда плоскости поляризации двух фильтров расположены взаимно перпендикулярно). Вы можете легко убедиться в этом, вращая один поляризатор перед любым ЖК-дисплеем (монитором, телефоном и даже монохромными часами). Минимальное же ослабление будет составлять 4 стопа (- 4 eV). Нейтральные фильтры полезны при съёмке днём с большими выдержками (например, движущейся воды).

5. Эффект, возникающий на ПВХ плёнках.

Попробуйте навести поляризатор на ПВХ плёнку или прозрачный пластик. Вы увидите разноцветные разводы, получающиеся вследствие неравномерного преломления света в материале.

6. Поглощение ультрафиолетового (УФ) излучения.

Ультрафиолетовое излучение не видно глазом, но на матрицу фотоаппарата оно оказывает паразитное воздействие (на изображении может появляться белая пелена). В любом случае поляризатор давит какую-то часть УФ-излучения и в целом выступает как защитный фильтр.

Выбор поляризатора.

Качественный поляризатор должен отвечать следующим критериям:

1. Обеспечивать хорошую степень ослабления отражений и приблизительно равномерную степень ослабления в зависимости от длины волны света.

2. Не оказывать существенного влияния на разрешение получаемого изображения. Для этого могут накладывать многослойное просветление.

Рис. 5 Оценка разрешающей способности на мире. Справа - с поляризатором, слева - без.

3. Не вносить цветовых поправок в изображение. Фильтр должен быть нейтральным.

В качественных фильтрах для цифровых камер некоторые производители ставят маркировку DGH (Digital High Grade). Это значит, что фильтр имеет многослойное просветление и хорошо давит вредное УФ излучение.

Существуют также цветовые поляризаторы. С помощью них можно изменять отдельные цвета изображения. Пример эффектов обычной и цветовой поляризации можно увидеть на следующем видеоролике:

Test.avi (1.3Мб)
Эффекты поляризаторов: взаимное затенение и цветовая поляризация.

Полезные ссылки:

1. Тест 21 поляризатора http://www.foto-video.ru/tech/test/polar
2. Статья про поляризаторы http://photo-element.ru/book/filters/polars/polars.html

http://aspmaster.livejournal.com