Uchwycić niezauważalne - fotografia ultraszybka - praktyczny poradnik

Strona 1

Za pioniera fotografii ultraszybkiej uznaje się już Eadwearda Muybridge’a, który w 1878 roku otrzymał od ówczesnego gubernatora Kalifornii nietypowe zadanie: ustalić raz na zawsze, czy koń pędzący galopem w jakimkolwiek momencie biegu ma wszystkie nogi oderwane od ziemi i udokumentować na zdjęciach, jak taki moment (jeśli ma miejsce) rzeczywiście wygląda. Był to temat popularnego w owym czasie sporu quasi-naukowego i przy wykorzystaniu pomysłowej techniki polegającej na ustawieniu wzdłuż toru wyścigowego szeregu aparatów fotograficznych wyzwalanych przez zerwanie rozciągniętych tuż nad ziemią cienkich nici końskim kopytem, miano otrzymać odpowiedź. Efektem tego eksperymentu było nie tylko rozwiązanie wieloletniego sporu pomiędzy pasjonatami wyścigów konnych oraz malarzami, ale również odkrycie, że aparat fotograficzny jest w stanie uchwycić obrazy trwające zbyt krótko, aby człowiek mógł je zobaczyć na własne oczy. Przy okazji też podłożone zostały podwaliny dla innego wielkiego wynalazku przełomu XIX i XX wieku, czyli kina – ale to już inna historia.
 

W dzisiejszych czasach zdjęcia wykonane z czasem naświetlania rzędu setnych części sekundy nie uznaje się za fotografię ultrakrótką. Jednak w schyłkowym okresie XIX wieku był to przełom – obraz fotograficzny pozwalający dostrzec to, co umyka naszym własnym oczom. Tak właśnie narodziła się sama idea leżąca u podstaw ultraszybkiej fotografii. (Fot. Eadweard Muybridge)

Pierwsze zdjęcie lecącego pocisku wykonane zostało przez austriackiego fizyka Petera Salchera już osiem lat później, a technika, której w tym celu użyto znalazła zastosowanie m.in. w eksperymentach Ernsta Macha związanych z poruszaniem się obiektów przy prędkościach naddźwiękowych. Prawdziwa fotografia ultraszybka jest natomiast dziełem człowieka-legendy – Harolda Edgertona, doktora i wykładowcy inżynierii elektrycznej na prestiżowej uczelni MIT. Nie ma w tym stwierdzeniu wiele przesady, ponieważ praktycznie wszystko, co zostało dokonane w tym zakresie jest w jakiś sposób dziełem jego lub osób rozwijających jego pomysły. Sam Edgerton na przestrzeni prawie 90 lat swojego życia fotografował wszystko, co ulotne i z tego powodu niezauważalne – od podrywających się do lotu gołębi, po wybuchy jądrowe.

[kn_advert]

Migawka nie zawsze bywa skutecznym przyrządem

Dla mniej doświadczonego fotoamatora cała sprawa wydaje się być bardzo prosta – wystarczy wycelować i w odpowiednim momencie wyzwolić migawkę, a czas naświetlania rzędu 1/4000 lub 1/8000 sekundy załatwi całą resztę. Jeśli tylko zgramy się w czasie w wystąpieniem zjawiska, to wszystko pójdzie dobrze, prawda? Niestety nieprawda. Przede wszystkim pojawia się problem opóźnienia występującego pomiędzy momentem naciśnięcia spustu migawki a jej faktycznego otwarcia (tzw. shutter lag), który jednak dałoby się jeszcze wyeliminować dając impuls do wykonania zdjęcia z odpowiednim wyprzedzeniem. Wymagałoby to jednak znacznej precyzji, jako że czas trwania tego opóźnienia liczy się w milisekundach i jest on charakterystyczny dla każdego modelu aparatu.
 

Nawet najlepiej zsynchronizowane wyzwolenie migawki aparatu z fotografowanym wydarzeniem nie umożliwiłoby wykonania tego zdjęcia. Zjawisko shutter lag występujące w większym lub mniejszym stopniu we wszystkich aparatach fotograficznych sprawiłoby, że na zdjęciu wykonanym w momencie wystrzału lecący z prędkością 400 m/s rewolwerowy pocisk znalazłby się już poza kadrem. (Fot. Niels Noordhoek / lic. Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported)

Drugie ograniczenie jest już nie do przejścia, ponieważ wiąże się ze sposobem działania migawki mechanicznej: zarówno jej otwieranie, jak i zamykanie ma przy bardzo krótkich czasach naświetlania charakter stopniowy. I tak w najpopularniejszych obecnie migawkach szczelinowych przy czasach krótszych od 1/180-1/320 sekundy (dokładny czas zależy od modelu aparatu – jest to wartość będąca jednocześnie najkrótszym czasem synchronizacji z błyskiem) element światłoczuły aparatu odsłaniany jest stopniowo – linijka po linijce. Jeżeli więc interesujące nas zjawisko przebiega naprawdę szybko, to nawet przy intensywnym oświetleniu sceny posłużenie się samym czasem naświetlania nic nam nie da.

Pojawić się też może w takiej sytuacji problem zbyt małego natężenia światła, którego na własnej skórze doświadczył już E. Muybridge gdy przyszło mu fotografować biegnącego konia. Choć bowiem światłoczułość nowoczesnych matryc cyfrowych, a nawet stosowanych w minionych dziesięcioleciach klisz negatywowych umożliwia prawidłowe naświetlenie tak krótko eksponowanego zdjęcia bez większych problemów, to sam pionier wykonując swoje zdjęcie u progu czwartego kwartału XIX wieku nie miał do dyspozycji takich luksusów. Zdjęcia wykonywał na płytach szklanych wymagających znacznie dłuższego naświetlania. Dla Muybridge’a było to poważne ograniczenie, które przełamał układając wzdłuż toru wyścigowego wielkie płachty białej tkaniny pełniące rolę ekranów odbijających światło oraz eksperymentując z emulsjami fotograficznymi o większej czułości. Jak pokazała historia, opłaciło się.
 

Istnieją zjawiska, do uwiecznienia których konieczne było opracowanie specjalnych aparatów. Fotografia przedstawiająca pierwszą milisekundę eksplozji nuklearnej na poligonie testowym powstała przy użyciu kamery rapatronicznej naświetlającej klatkę w czasie 10 nanosekund. (Fot. U.S. Air Force 1352nd Photographic Group)

Nie znaczy to jednak, że sprawa jest zupełnie przegrana. Wręcz przeciwnie – jakoś przecież trzeba sobie radzić w sytuacjach, gdy najpopularniejsza i najbardziej upowszechniona technika zamrażania ruchu za pomocą błysku flesza (opisana w następnym rozdziale) jest niemożliwa do zastosowania np. z uwagi na rozmiary fotografowanego obiektu lub dużą odległość od niego. Wtedy przydają się rozmaite wynalazki, takie jak choćby kamera rapatroniczna (wynaleziona zresztą przez samego Edgertona w celu fotografowania pierwszych milisekund wybuchów nuklearnych). W niej rolę migawki pełni układ składający się z dwóch filtrów polaryzacyjnych i umieszczonego między nimi tzw. rotatora Faradaya, który sterowany polem magnetycznym o odpowiednim natężeniu jest w stanie otworzyć się dla światła na bardzo krótki okres czasu – nawet do 10 nanosekund, czyli na 1 stumilionową część sekundy.

Flesz

Zakładam jednak, że większość z Was nie ma zamiaru wykonywać zdjęć 20-metrowej kuli ognia powstałych w trakcie pierwszej milisekundy od eksplozji bomby atomowej, lecz woli się skupić na nieco bardziej przyziemnych (lecz ciągle fascynujących) zjawiskach. W takiej sytuacji wystarczy zwykła lampa błyskowa oraz efekt stroboskopowy wykorzystany po raz pierwszy w fotografii ultraszybkiej przez (a jakże!) Harolda Edgertona. Na czym polega taka technika? To proste: wyobraźmy sobie aparat i fotografowaną scenę (niech będzie to na przykład pękający na czyjejś głowie balon z wodą) umieszczone w studiu. Jeżeli wykonamy zdjęcie aparatem przy nawet bardzo silnym świetle ciągłym, to na skutek niezwykle szybkiego przebiegu wydarzenia, uzyskamy obraz dość mocno rozmyty i przedstawiający generalnie wszystkie fazy trwania zdarzenia jednocześnie – od początku do końca trwania ekspozycji. Im dłuższe naświetlanie, tym silniejsze rozmycie.
 

Choć zdjęcie pękającego balonu z wodą wykonanego w czasie 1/1250 sekundy wygląda efektownie, to bliższe przyjrzenie się mu zdradza obecność rozmyć wywołanych zbyt długą ekspozycją, przesuwem szczeliny migawki i prawdopodobnie minimalnym szarpnięciem aparatu wywołanym ruchem lustra. (Fot. Umberto Salvagnin)

Jeżeli teraz zmniejszymy natężenie światła w studiu, ustawimy czułość ISO w aparacie na bardzo niską i do tego przymkniemy silnie przysłonę aparatu, to wówczas nawet naświetlając klatkę przez wiele sekund nie uda nam się uchwycić nie tylko interesującego nas zjawiska, ale i samego studia – zdjęcia będzie czarne. To oczywiste, prawda? Ekspozycja zdjęcia będzie po prostu stanowczo za niska w stosunku do warunków oświetleniowych sceny.

Co jednak stanie się, jeśli podczas takiego naświetlania dokładnie w kluczowym momencie fotografowanego wydarzenia odpalimy lampę błyskową? Otóż na zdjęciu zostanie uwiecznione całe wydarzenie – ostre, wyraźne, zatrzymane w czasie i prawidłowo naświetlone (jeśli oczywiście błysk miał odpowiednią moc). Wszystko przez to, że błysk lampy błyskowej trwa bardzo krótko – w zależności od modelu lampy najczęściej jest to 1/1000 sekundy – a w takim czasie nawet bardzo szybko zmieniająca się scena zostanie naświetlona poprawnie.
 

Tim Tadder zasłynął jako autor "wodnych peruk"  – serii zdjęć mężczyzn i kobiet, na głowach których rozpryskujące się balony z wodą tworzyły niezwykle efektowne "fryzury". Niezwykła ostrość zdjęć uzyskana została m.in. dzięki odpowiedniemu wykorzystaniu światła błyskowego. (Fot. Tim Taddler)

Jest to właśnie główny element efektu stroboskopowego, który tak często możemy obserwować podczas rozmaitych imprez koncertowych i dyskotek, kiedy to serie emitowanych przez odpowiednie urządzenie jasnych błysków sprawia, że falujący i podskakujący wokół tłum postrzegamy jako serię nieruchomych sylwetek i obrazów. W taki sam sposób "widzi" też nasz aparat. Innym dużym plusem takiej właśnie techniki wykonywania zdjęcia jest brak zjawiska opóźnienia. Lampa błyskowa jest urządzeniem elektronicznym – impuls elektryczny pojawiający się po naciśnięciu odpowiedniego przycisku powoduje wyzwolenie błysku bez żadnego opóźnienia (a raczej z opóźnieniem tak małym, że w praktyce pomijalnym)

Strona 2

Tak więc, jak widać czynnikiem sprawczym w fotografii ultraszybkiej jest najczęściej światło – a konkretnie impuls świetlny padający na fotografowaną scenę tak krótko, że po prostu zamrażający ją w czasie. Wiedząc to praktycznie każdy jest w stanie wykonać udane zdjęcie w rodzaju takich, jakie wszyscy znamy z bogatej twórczości H. Edgertona – nawet jeśli  nie znaliśmy wcześniej nazwiska ich twórcy. Aby jednak taki kadr był czymś więcej, niż tylko dziełem szczęśliwego przypadku, będziemy musieli pokonać jeszcze kilka trudności technicznych, o których sobie zaraz powiemy.

[kn_advert]

Szybciej, jeszcze szybciej

Oczywiście zdarzają się też sytuacje, w których trwający 1/1000 sekundy błysk to nadal za dużo. Co wtedy? Przede wszystkim można zainwestować w lepsze studyjne lampy błyskowe emitujące krótsze impulsy świetlne – trwające np. 1/2100 sekundy. Warto też mieć podstawową wiedzę na temat sprzętu, którym dysponujemy – zwłaszcza tego, że im mniejszą moc błysku ustawimy, tym krócej będzie on trwał. Różnica nie jest wielka, ale w wielu sytuacjach może się okazać kluczowa.
 

Typowa ksenonowa lampa błyskowa emituje impulsy świetlne o czasie trwania od 1/800 do 1/2000 sekundy. Dokładna wartość w tym zakresie zależy od modelu lampy i ustawionej mocy błysku – im mniej, tym błysk krótszy. Przy obiektach przemieszczających się bardzo szybko, takich jak pocisk z pistoletu (prędkość wylotowa 200-400 m/s) ma to niebagatelne znaczenie. Wystarczy natomiast w zupełności do uwiecznienia pięknych rozprysków kropel wody. (Fot. fRandi-Shooters)

Co jednak, jeśli potrzebujemy naprawdę krótkich błysków? Wówczas przychodzą nam z pomocą specjalne lampy – tzw. air-gap flash, emitujące impulsy świetlne trwające ułamki mikrosekund, a jednocześnie na tyle mocne, aby zapewnić prawidłową ekspozycję zdjęcia. Co to takiego? Są to lampy wyładowcze zasilane bardzo wysokim napięciem (zazwyczaj ok. 20 tys. woltów), dzięki któremu pomiędzy dwiema elektrodami umieszczonymi w szklanej rurce w pewnej odległości od siebie następuje wyładowanie o bardzo dużej mocy i krótkim czasie trwania.

Wysokonapięciowe lampy wyładowcze produkowane na potrzeby fotografii ultrakrótkiej mają wiele ciekawych funkcji dodatkowych. Może być to np. automatyczny wyzwalacz z mikrofonem o regulowanej czułości reagującym na dźwięki – np. plusk wody, czy huk wystrzału. Innym takim elementem jest klasyczna fotocela – tu jednak wykorzystywana do wyzwalania błysku laserem. Często też w takich lampach można zaprogramować opóźnienie pomiędzy impulsem wyzwalającym a faktycznym błyskiem, dzięki czemu np. pocisk, który ma za zadanie przebić owoc będzie miał czas opuścić lufę i dotrzeć tam, gdzie chcemy go mieć w momencie oświetlenia sceny.
 

Lampa błyskowa EG&G Microflash 549 do fotografii ultraszybkiej według projektu samego H. Edgertona. Obecnie dostępna wyłącznie w obiegu wtórnym za astronomiczne kwoty (ok. 8 tysięcy dolarów). Na szczęście istnieje tańszy i bardziej nowoczesny odpowiednik.

Historycznie najsławniejszą lampą tego typu była produkowana na przestrzeni ponad dwudziestu lat EG&G Microflash 549, która jednak w latach 80. XX wieku została wycofana z taśm produkcyjnych. Istnieje jednak jej bardzo udany następca – SPOT Flash firmy Prism Science Works. Wady? Lampy ta ze względu na specyficzne zastosowanie są produkowane wyłącznie na zamówienie – nie jest to więc tani sprzęt, ale jeśli ktoś szuka sposobu na niebanalne ulokowanie kilku tysięcy dolarów, to ma ku temu dobrą okazję.

Synchronizacja

No i wreszcie najważniejsza i chyba najbardziej nurtująca początkujących pasjonatów ultraszybkiej fotografii kwestia: jak wyzwolić lampę błyskową w odpowiednim momencie? Jak "wstrzelić się" z błyskiem w moment gdy pęka balon, lub gdy pocisk z wiatrówki wbija się w owoc – nie ułamek sekundy wcześniej lub później, ale dokładnie wtedy.
 

Jak zsynchronizować moment wykonania zdjęcia z lotem pocisku karabinowego tak, aby kula lecąca z prędkością 850 m/s została sfotografowana w trakcie rozrywania wzdłuż kartki pocztowej? Zadanie trudne, ale jak widać możliwe... (Fot. Fot. Niels Noordhoek / lic. Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported)

Cóż, zdecydowana większość fotografów na samym początku swojej przygody z technikami stroboskopowymi zaczyna po prostu od tematów, w których przy odpowiednim treningu metodą prób i błędów można osiągnąć bardzo dobre efekty licząc po prostu na swój refleks i nieco szczęścia. Tak między innymi powstaje większość zdjęć z wodą i rozpryskami w roli głównej – wpadające do wody przedmioty, efektowne krople i sporo innych. Niektórym w ten sposób udaje się nawet uwiecznić na zdjęciach pękające balony – z naszej strony szczere wyrazy podziwu.

Jeżeli jednak nie chcemy się męczyć i frustrować przeprowadzając kolejne bezowocne próby, to powinniśmy rozważyć automatyzację całego zadania. Najpowszechniejszą metodą jest zastosowanie urządzenia czułego na hałas, jaki towarzyszy większości godnych sfotografowania sytuacji, do wyzwolenia błysku. Urządzenia takie można stosunkowo niedrogo kupić, lub też – jeśli znamy się choć trochę na elektronice – wykonać samemu. Wyzwalacze takie mogą działać nie tylko na bazie dźwiękowej, ale również świetlnej i np. reagować na krótki, intensywny błysk. Czasem tylko trzeba będzie zapewnić sobie odpowiedni odstęp czasowy pomiędzy wyzwoleniem impulsu a błyskiem, w trakcie którego wszystkie elementy sceny znajdą się w dokładnym miejscu. Urządzenia takie (opóźniacze) to również niezbędny element wyposażenia studia do wykonywania tego typu fotografii.
 

...jeżeli jednak już pokonamy wszystkie trudności konceptualne i techniczne, to wówczas przy użyciu wiatrówki, ciastka i nawet zwykłego aparatu kompaktowego (w tym przypadku Canona PowerShot S3 IS) będziemy mogli uzyskać zdjęcia, których pozazdrości nam niejeden znajomy. (Fot. WannaBEEfarmer Jeff)

Nie zapomnijmy też o wcześniejszych próbach wykonywanych "na sucho" mających na celu ustalenie właściwej kompozycji sceny, rozstawienia lamp i zadbania o inne detale. Oszczędzi nam to później sporo fatygi – gdy np. przed jeszcze jedną próbą (bo wcześniejsza nie była do końca udana) trzeba będzie raz jeszcze posprzątać zalane wodą pomieszczenie.

Na zakończenie

Fotografia ultraszybka to coś dla miłośników wykonywania zdjęć oraz techniki, a w dodatku obdarzonych wyobraźnią dziecka i pomysłowością godną Adama Słodowego. Należy umieć dostrzec w otaczających nas zwyczajnych rzeczach ich ukryte między sekundami piękno i wymyślić, jak je uchwycić na zdjęciu. Następnie trzeba pokonać szereg trudności technicznych pojawiających się przed nami w trakcie realizacji sesji oraz tych, które były nam znane od samego początku. Często konieczne jest przy tym samodzielne skonstruowanie urządzeń, których nie dostaniemy w żadnym sklepie, ponieważ nikt ich nie produkuje. A efektem końcowym tej ciężkiej i piekielnie satysfakcjonującej pracy często bywa jedno zdjęcie – kadr, który wywoła jęk podziwu u każdego, kto tylko na niego spojrzy. Tak więc na co jeszcze czekacie? Do dzieła!