Полноспектральная фотография

Полная фотография старой усадьбы в Монтане.

Ортофотоплан полного спектра с географической привязкой (RGB+NIR), полученный с помощью БПЛА

Полноспектральная фотография — это разновидность мультиспектральной визуализации , которую энтузиасты фотографии определяют как получение с помощью потребительских камер полного, широкого спектра полосы пропускания пленки или сенсора фотокамеры . На практике специализированная пленка широкополосного/полноспектрального диапазона улавливает видимый и ближний инфракрасный свет, обычно называемый « VNIR ».

Модифицированные цифровые камеры могут обнаруживать часть ультрафиолетового , всего видимого и большую часть ближнего инфракрасного спектра, поскольку большинство датчиков цифрового изображения чувствительны в диапазоне от 350 до 1000 нм. Стандартная цифровая камера содержит инфракрасный фильтр с горячим зеркалом , который блокирует большую часть инфракрасного излучения и немного ультрафиолетового излучения, которое в противном случае было бы обнаружено датчиком, что сужает допустимый диапазон примерно с 400 до 700 нм. Замена горячего зеркала или фильтра, блокирующего инфракрасное излучение, на фильтр, пропускающий инфракрасное излучение, или фильтр, пропускающий широкий спектр, позволяет камере обнаруживать свет более широкого спектра с большей чувствительностью. Без горячего зеркала красные, зеленые и синие (или голубые, желтые и пурпурные) элементы матрицы цветных фильтров , расположенные над сенсорными элементами, пропускают различное количество ультрафиолетового и инфракрасного излучения, которое может быть записано в любом из красных, зеленых или инфракрасных лучей. синие каналы в зависимости от конкретного используемого датчика и красителей, используемых в фильтре Байера. Переоборудованную полноспектральную камеру можно использовать для ультрафиолетовая фотография или инфракрасная фотография с соответствующими фильтрами.

Полноспектральная фотография используется в художественной фотографии , геологии , криминалистике и правоохранительной деятельности, а также в некоторых случаях заявлено об использовании в охоте за привидениями .

История

Фотография полного спектра уходит корнями в спектральную визуализацию , как мультиспектральную , так и гиперспектральную , которая началась еще в конце 1950-х и начале 1960-х годов как средство геологического и военного дистанционного зондирования . Широкополосная панхроматическая пленка доступна в различных формах с 1920-х годов, когда некоторая чувствительность к УФ- и ИК-излучению сохранялась в коммерчески доступных эмульсиях. Самые ранние цветные пленки иногда включали более широкую цветовую полосу, чем современные коммерческие фотоэмульсии , и их можно было узнать по более красноватым или ограниченным цветовым тонам ранних цветных отпечатков (не путать с выцветанием печати).

В конце 1990-х годов фотографы-энтузиасты начали снимать в инфракрасном диапазоне с помощью цифровых камер, что требовало либо длительной выдержки, либо удаления внутреннего горячего зеркала . Большинство из них заменили горячее зеркало инфракрасным фильтром той же оптической толщины (для сохранения фокуса) и пропускают только инфракрасный свет для достижения результатов, видимых с инфракрасной черно-белой пленкой. Примерно в 2000 году инженер-электронооптик Дэвид Тведе, уже занимавшийся VNIR и дистанционным зондированием в инфракрасном диапазоне, отважился заняться искусством полноспектральной фотографии, используя модифицированную цифровую камеру для исследования более широких спектральных изображений и разработки с ее помощью художественного стиля. Примерно в 2003 году фотографы-криминалисты, использующие специальные камеры для конкретных целей, начали модифицировать имеющиеся в продаже цифровые камеры , чтобы приобрести менее дорогие инструменты. Полноспектральная фотография используется энтузиастами охоты за привидениями , хотя никаких утверждений о фактической фотографировании психических явлений с помощью полноспектральной или инфракрасной фотографии не было подтверждено.

Сегодня есть несколько мест, которые модифицируют цифровые камеры для передачи широкого спектра света для получения полноспектральных изображений. Некоторые зеркальные камеры, такие как Fujifilm FinePix IS Pro, специально разработаны для использования в полном спектре и реагируют примерно в диапазоне от 1000 нм (ИК) до 380 нм (УФ).

Основы

Сравнение изображений, полученных с разными спектральными откликами.

Цифровые датчики и фотопленки могут быть изготовлены для регистрации невидимого ультрафиолетового (УФ) и инфракрасного (ИК) излучения. В каждом случае обычно требуется специальное оборудование: переоборудованные цифровые фотоаппараты, специальные фильтры, линзы с высокой светосилой и т. д. Например, большинство фотообъективов сделаны из стекла и отфильтровывают большую часть ультрафиолетового света. Вместо этого необходимо использовать дорогие линзы из кварца. Инфракрасные пленки можно снимать стандартными камерами с использованием инфракрасных фильтров, хотя фокусировка должна компенсировать инфракрасную точку фокуса.

Переоборудованная цифровая камера обычно требует, чтобы инфракрасное горячее зеркало было удалено и заменено широкополосным спектрально плоским стеклом с той же длиной оптического пути . Типичные типы используемых стекол включают Schott WG-280 и BK-7, которые пропускают до 90% от примерно 300 нм до 1000 нм. Снимать горячее зеркало утомительно и может потребовать специальных инструментов и чистых помещений.

Когда камера становится чувствительной к полному спектру, можно использовать внешние фильтры для выборочной фильтрации частей УФ, видимого и инфракрасного излучения для достижения различных эффектов. Например, стандартный красный #25a может использоваться для объединения красного и инфракрасного света вместе, создавая особенно яркие двухцветные цветные изображения красноватой природы, за исключением случаев, когда инфракрасный свет сильный и отображается голубым. Другой пример: использование УФ/ИК-фильтров, таких как 18A или U-330, дает двух- или трехцветное изображение, в котором преобладают синий и желтый цвета. Утверждается, что менее распространенные фильтры дают различные цветовые эффекты, начиная от разнообразной пастельной листвы и темно-синего неба и заканчивая сюрреалистическими эффектами неба и земли, хотя цифровая обработка изображений для достижения полного эффекта, вероятно, потребуется . Одной из проблем полноспектральной фотографии, как на пленке, так и в цифровой фотографии, является хроматическая аберрация, создаваемая широкополосной информацией. То есть разные спектры, включая ультрафиолетовый и инфракрасный, будут фокусироваться в разных фокусных точках, создавая размытые изображения и эффекты цветовых границ, в зависимости от используемого фокусного расстояния. Существуют специализированные объективы, такие как Nikon 105mm f4.5 UV-Nikkor, которые предназначены для устранения этой хроматической аберрации.

Важно отметить, что хотя преобразованный датчик камеры способен записывать как в ультрафиолетовом, так и в инфракрасном диапазоне, когда смешанный свет попадает на датчик, при записи будут преобладать более длинные инфракрасные волны. Небольшое количество коротковолнового ультрафиолетового света или его отсутствие может быть зарегистрировано, если не применяется селективная фильтрация, отсекающая часть или весь инфракрасный свет. Длинноволновый инфракрасный свет может также размыть значительную часть видимого света в синих и зеленых областях на фотографии полного спектра. Аналогичным образом, если инфракрасный свет полностью заблокирован, видимый свет может подавить запись ультрафиолетового света. Таким образом, невозможно сделать по-настоящему полноспектральную фотографию.

Фотография полного спектра позволяет добиться различных эффектов и сюрреалистических цветов за счет взаимодействия отражательной способности (УФ, видимого и ИК) природы и искусственных материалов, а также специфического спектрального пропускания красного, зеленого и синего фильтров камеры. Добавление внешних фильтров уменьшит и подчеркнет различные взаимодействия, давая разные эффекты.

Приложения

Искусство

Полноспектральная фотография используется для художественной фотографии и может давать цвета, аналогичные цветной пленке видимого диапазона, но с яркостью и тональностью инфракрасных фотографий . Самый полный спектр искусства — это пейзажи. Также развивается движение за художественную фотографию человека с использованием полноспектральной фотографии, которая запечатлевает реального человека, взаимодействующего с сюрреалистическим пейзажем. Искусство фотографии полного спектра выставлено в галереях Колорадо и Флориды.

Любители науки

Гиперспектральные и большинство мультиспектральных камер дороги и сложны в эксплуатации, требуют компьютерного сбора данных и трудоемкой последующей обработки. Модифицированные цифровые камеры с соответствующей фильтрацией позволяют осуществлять ограниченное спектральное зондирование для геологии / минералогии , сельского хозяйства и океанографии. Большинство потребительских камер сохраняют красные, зеленые и синие микрофильтры, что ограничивает их полезность для научной визуализации.

Криминалистика

В криминалистической визуализации часто используются камеры полного спектра, чтобы выделить невидимые материалы, которые имеют более различную отражательную способность в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазоне. Приложения включают невидимые чернила (УФ и ИК), нарушенную почву (УФ и ИК), остатки огнестрельного оружия (ИК), биологические жидкости (УФ), волокна и т. д. Аналогично криминалистике, камеры полного спектра изучаются для улучшения фотографических свойств. записи археологических находок.

См. также

• Инфракрасная фотография
• Ультрафиолетовая фотография
• Гиперспектральная визуализация
• Мультиспектральная визуализация
• Полный спектр света
• История судебной фотографии
• Полноспектральная камера Fujifilm FinePix IS Pro