Введение

Близкоинфракрасная визуализация

Верхний: дерево, сфотографированное в ближнем инфракрасном диапазоне. Нижний: то же дерево в видимой части спектра. В инфракрасной фотографии используемая фотопленка или датчик изображения чувствительны к инфракрасному свету. Используемая часть спектра называется ближним инфракрасным, чтобы отличить его от дальнего инфракрасного, который является областью тепловизионной съемки. Длины волн, используемые для фотографии, находятся в диапазоне примерно от 700 нм до 900 нм. Пленка обычно чувствительна и к видимому свету, поэтому используется инфракрасный фильтр; он пропускает инфракрасный (ИК) свет к камере, но блокирует весь или большую часть видимого спектра света (поэтому фильтр выглядит черным или темно-красным). ("Инфракрасный фильтр" может относиться как к этому типу фильтра, так и к фильтру, который блокирует инфракрасные лучи, но пропускает другие длины волн.) При использовании этих фильтров вместе с инфракрасночувствительной пленкой или датчиками можно получить "внутрикамерные эффекты" – ложные цвета или черно-белые изображения с мечтательным или иногда зловещим видом, известные как "эффект Вуда", который в основном вызван сильным отражением листвы (например, листьев деревьев и травы) подобно тому, как видимый свет отражается от снега. Небольшой вклад вносит флуоресценция хлорофилла, но он незначителен и не является основной причиной яркости на инфракрасных фотографиях. Эффект назван в честь пионера инфракрасной фотографии Роберта В. Вуда, а не в честь древесины, которая не сильно отражает инфракрасные лучи. Другие характеристики инфракрасных фотографий включают очень темное небо и проникновение атмосферной дымки, вызванное уменьшенным рассеянием Рэлея и рассеянием Ми по сравнению с видимым светом. Темное небо, в свою очередь, приводит к меньшему количеству инфракрасного света в тенях и темным отражениям неба от воды, а облака будут отчетливо выделяться. Эти длины волн также проникают в кожу на несколько миллиметров, придавая портретам молочный оттенок, хотя глаза часто выглядят черными.

История

До начала XX века инфракрасная фотография была невозможна, поскольку эмульсии галогенида серебра нечувствительны к длинам волн, превышающим длину волны синего света (и в меньшей степени – зеленого света), без добавления красителя в качестве сенсибилизатора цвета. Первые опубликованные инфракрасные фотографии (в отличие от спектрограмм) появились в февральском номере журнала The Century Magazine и в октябрьском номере журнала Royal Photographic Society Journal в 1910 году для иллюстрации работ Роберта В. Вуда, который открыл необычные эффекты, впоследствии названные его именем. Королевское фотографическое общество (RPS) организовало мероприятия, посвященные столетию этого события в 2010 году. Фотографии Вуда были сделаны на экспериментальной пленке, требовавшей очень длительных выдержек, поэтому большая часть его работ была посвящена пейзажам. В 1911 году Вуд сделал еще одну серию инфракрасных пейзажей в Италии, используя пластины, предоставленные ему К. Э. К. Мисом из компании Wratten & Wainwright. Мис также сделал несколько инфракрасных фотографий в Португалии в 1910 году, которые сейчас хранятся в архивах Kodak. Инфракрасно-чувствительные фотопластинки были разработаны в США во время Первой мировой войны для спектроскопического анализа, а красители, повышающие чувствительность к инфракрасному излучению, исследовались для улучшения проникающей способности в аэрофотосъемке при тумане. После 1930 года новые эмульсии от Kodak и других производителей стали полезны для инфракрасной астрономии. Инфракрасная фотография приобрела популярность среди любителей фотографии в 1930-х годах, когда подходящая пленка поступила в коммерческую продажу. Газета The Times регулярно публиковала пейзажные и аэрофотоснимки, сделанные ее штатными фотографами на инфракрасной пленке Ilford. К 1937 году от пяти производителей, включая Agfa, Kodak и Ilford, было доступно 33 вида инфракрасной пленки. Также существовала инфракрасная кинопленка, которая использовалась для создания эффекта "день за ночь" в кинофильмах. Ярким примером являются псевдоночные воздушные сцены в фильме с Джеймсом Кэгни и Бетт Дэвис "Невеста прибыла COD". Широкое распространение ложноцветной инфракрасной фотографии началось с появлением Kodak Ektachrome Infrared Aero Film и Ektachrome Infrared EIR. Первая версия, известная как Kodacolor Aero Reversal Film, была разработана Кларком и другими сотрудниками Kodak в 1940-х годах для обнаружения камуфляжа. Пленка EIR стала более доступной в формате 35 мм в 1960-х годах, но впоследствии была снята с производства. Инфракрасная фотография стала популярной среди многих исполнителей 1960-х годов благодаря необычным результатам; Джимми Хендрикс, Донован, Фрэнк Заппа и Grateful Dead выпустили альбомы с обложками, созданными с использованием инфракрасной фотографии. Неожиданные цвета и эффекты, которые может создавать инфракрасная пленка, хорошо соответствовали психоделической эстетике, возникшей в конце 1960-х годов. Инфракрасный свет находится между видимой и микроволновой областями электромагнитного спектра. Инфракрасный свет имеет диапазон длин волн, как и видимый свет, который варьируется от красного до фиолетового. "Ближний инфракрасный" свет имеет длину волны, наиболее близкую к видимому свету, а "дальний инфракрасный" – к микроволновой области электромагнитного спектра. Длины волн дальнего инфракрасного излучения сопоставимы с размером булавочной головки, а длины волн ближнего инфракрасного излучения – с размером клеток или микроскопическими частицами.

Инфракрасный фокус

Большинство мануальных 35-мм зеркальных и среднеформатных зеркальных объективов имеют красную точку, линию или ромб, часто с красной буквой "R", называемую инфракрасной индексной меткой, которую можно использовать для достижения точной фокусировки в инфракрасном диапазоне; у многих объективов с автофокусом этой метки больше нет. Когда однообъективная зеркальная камера (ЗРК) оснащена фильтром, непрозрачным для видимого света, зеркальная система становится бесполезной как для кадрирования, так и для фокусировки – необходимо скомпоновать кадр без фильтра, а затем установить его. Для этого требуется штатив, чтобы избежать изменения композиции. Четкие инфракрасные фотографии можно получить с использованием штатива, узкой диафрагмы (например, f/8) и медленной выдержки без компенсации фокусировки, однако более открытые диафрагмы, такие как f/2.8, могут давать резкие снимки только в том случае, если объектив тщательно перефокусирован на инфракрасную индексную метку, и только если эта метка соответствует используемому фильтру и пленке. Дифракционные эффекты внутри камеры сильнее в инфракрасном диапазоне, поэтому чрезмерное закрытие диафрагмы может фактически снизить резкость. Большинство апохроматических объективов ("APO") не имеют инфракрасной индексной метки и не требуют перефокусировки для инфракрасного спектра, поскольку они уже оптически скорректированы для ближнего инфракрасного диапазона. Катадиоптрические объективы часто не требуют этой настройки, поскольку их зеркальные элементы не подвержены хроматической аберрации, а общая аберрация, соответственно, меньше. Однако катадиоптрические объективы, конечно, все еще содержат линзы, которые обладают диспергирующими свойствами. Зум-объективы могут рассеивать больше света через свои более сложные оптические системы, чем объективы с фиксированным фокусным расстоянием; например, инфракрасная фотография, сделанная с помощью 50-мм объектива с фиксированным фокусным расстоянием, может иметь больший контраст, чем то же изображение, снятое на 50 мм с зум-объективом 28–80 мм. Некоторые производители объективов, такие как Leica, никогда не наносили на свои объективы инфракрасные индексные метки. Это связано с тем, что любая индексная метка действительна только для конкретной комбинации ИК-фильтра и пленки и может привести к ошибкам пользователя. Даже при использовании объективов с индексными метками рекомендуется проводить тестирование фокусировки, поскольку может существовать значительная разница между индексной меткой и плоскостью резкости.

Камеры с пленкой

Многие обычные камеры могут использоваться для инфракрасной фотографии, где под инфракрасным светом понимается свет с длиной волны, лишь незначительно превышающей длину волны видимого света. Фотографирование более длинных волн обычно называют термографией и для него требуется специальное оборудование. При некотором терпении и находчивости можно использовать большинство пленочных камер. Однако некоторые камеры 1990-х годов, работающие с 35-мм пленкой, оснащены инфракрасными датчиками перфорационных отверстий, которые могут засвечивать инфракрасную пленку (в их инструкциях может быть предупреждение об этом). Другие пленочные камеры не являются полностью непроницаемыми для инфракрасного света.

Черно-белая инфракрасная пленка

Черно-белые инфракрасные негативные пленки чувствительны к длинам волн в диапазоне 700–900 нм в ближнем инфракрасном спектре, и большинство из них также обладают чувствительностью к длинам волн синего света. Заметный эффект гало или свечение, часто наблюдаемый в светлых участках инфракрасных фотографий, является артефактом черно-белой негативной пленки Kodak High Speed Infrared (HIE), а не артефактом инфракрасного света. Это свечение или расплывание вызвано отсутствием антигаляционного слоя на обратной стороне пленки Kodak HIE, что приводит к рассеянию или расплыванию вокруг светлых участков, которые обычно поглощаются антигаляционным слоем в обычных пленках. Большинство черно-белых инфракрасных художественных, пейзажных и свадебных фотографий создаются с использованием оранжевых (15 или 21), красных (23, 25 или 29) или визуально непрозрачных (72) фильтров перед объективом для блокировки синего видимого света при экспозиции. Назначение фильтров в черно-белой инфракрасной фотографии – блокировать синие длины волн и пропускать инфракрасные. Без фильтров инфракрасные негативные пленки выглядят очень похоже на обычные негативные пленки, поскольку синяя чувствительность снижает контраст и фактически нейтрализует инфракрасный эффект пленки. Некоторые фотографы используют оранжевые или красные фильтры, чтобы небольшое количество синих длин волн достигало пленки, тем самым снижая контраст. Очень темно-красные (29) фильтры блокируют почти весь синий свет, а визуально непрозрачные (70, 89b, 87c, 72) фильтры блокируют весь синий и видимый красный свет, в результате чего получается более чистая инфракрасная фотография с более выраженным контрастом. Определенные пленки, чувствительные к инфракрасному излучению, такие как Kodak HIE, необходимо загружать и выгружать только в полной темноте. Инфракрасные черно-белые пленки требуют специальных сроков проявки, но обычно проявляются с использованием стандартных проявителей и химикатов для черно-белой пленки (например, D 76). Пленка Kodak HIE имеет полиэфирную основу, которая очень стабильна, но чрезвычайно легко царапается, поэтому при обращении с Kodak HIE в процессе проявки и печати/сканирования необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы избежать повреждения пленки. Пленка Kodak HIE была чувствительна к 900 нм. По состоянию на 2 ноября 2007 года компания "KODAK" предварительно объявила о прекращении производства инфракрасной 35-мм пленки HIE, объяснив это тем, что "спрос на эти продукты значительно снизился в последние годы, и дальнейшее производство нецелесообразно из-за небольшого объема, возраста составов продуктов и сложности задействованных процессов". На момент публикации этого уведомления HIE Infrared 135 36 была доступна по цене около 12,00 долларов США за рулон в магазинах почтовой торговли США. Вероятно, самым большим препятствием для инфракрасной пленки является растущая сложность приобретения пленок, чувствительных к инфракрасному излучению. С 2020 года прекращение производства Kodak HIE и Efke IR820 сузило выбор черно-белой инфракрасной пленки до Rollei Infrared 400, которая стала единственной инфракрасной пленкой на рынке с хорошей чувствительностью выше 750 нм; пленка Rollei действительно простирается за пределы 750 нм, но чувствительность к инфракрасному излучению очень быстро падает.

Цветная инфракрасная пленка

Цветные инфракрасные прозрачные пленки основаны на эмульсии, которая, подобно стандартной цветной пленке, содержит не менее трех отдельных светочувствительных слоев. Каждый слой специально сенсибилизирован для получения желаемого цвета. Зерна экспонированного галогенида серебра в этих слоях реагируют с восстановителем, образуя металлические частицы серебра. Это приводит к образованию окисленного проявителя, который взаимодействует с соединениями, называемыми цветообразующими компонентами, в слоях эмульсии, формируя различные цветные красители, соответствующие первоначальной сенсибилизации галогенида серебра для каждого слоя. Поскольку галогениды серебра чувствительны к воздействию за пределами видимого диапазона электромагнитного спектра, на больших длинах волн, их можно легко использовать для получения красителей, соответствующих инфракрасному свету. Без специальной коррекции галогениды серебра чувствительны только к длинам волн короче примерно 450 нм. Обычная цветная пленка имеет слой, формирующий голубой краситель, который экспонируется светом перед наложением слоев, формирующих желтый и пурпурный красители. Поскольку эти слои также чувствительны к синему свету, часто между слоем, формирующим голубой краситель, и слоями, формирующими желтый и пурпурный красители, помещают желтый фильтр. Это позволяет минимизировать нежелательное прохождение длин волн, которые не должны экспонировать последующие слои. Конструкция эмульсионного слоя для обычной цветной пленки достаточно прямолинейна: видимые длины волн соответствуют соответствующим слоям, предназначенным для создания красителей, которые представляют то, как мы воспринимаем эти длины волн как цвета, используя субтрактивный метод. Цветная инфракрасная пленка, напротив, полагается на преобразование. Например, инфракрасное излучение с длинными волнами формирует желтый и пурпурный красители, создавая красный цвет, хотя красный краситель в этом контексте не описывает то, что мы можем видеть как цвет. Кроме того, излучение в красной полосе формирует голубой и желтый красители, создавая зеленый цвет. Излучение в зеленой полосе формирует голубой и пурпурный красители, создавая синий цвет. Синий свет обычно блокируется с помощью желтого фильтра. Это связано с тем, что повышенная чувствительность к коротковолновому излучению, характерная для цветных инфракрасных пленок, делает воздействие синего света нежелательным и не предусмотренным конструкцией эмульсии. Цветные инфракрасные пленки не имеют слоя, предназначенного для формирования синего сенсибилизирующего красителя, и, следовательно, часто не имеют встроенного внутреннего желтого фильтра. Это требует от фотографов использования внешних фильтров "минус синий". Здоровье растительности можно определить по относительной интенсивности отраженного зеленого и инфракрасного света; это проявляется в цветной инфракрасной фотографии как сдвиг от красного (здорового) к пурпурному (нездорового). Ранние цветные инфракрасные пленки проявлялись в старом процессе E 4, но Kodak позже произвела цветную прозрачную пленку, которую можно было проявить в стандартной химии E 6, хотя более точные результаты достигались при проявлении с использованием процесса AR 5. В целом, цветную инфракрасную пленку не нужно перефокусировать на инфракрасную индексную метку на объективе. В 2007 году Kodak объявила о прекращении производства 35-мм версии своей цветной инфракрасной пленки (Ektachrome Professional Infrared/EIR) из-за недостаточного спроса. С 2011 года все форматы цветной инфракрасной пленки были сняты с производства, в частности, Aerochrome 1443 и SO 734. В настоящее время нет цифровой камеры, которая бы напрямую давала такие же результаты, как цветная инфракрасная пленка Kodak, хотя эквивалентные изображения можно получить с помощью полноспектральной инфракрасной цифровой камеры и цветного ИК-хромного фильтра Kolari Vision. Подобный эффект можно достичь, сделав два снимка, один инфракрасный, а другой цветной, и объединив их в постобработке. Также можно использовать желтый (минус синий) фильтр, который дает одно изображение, которое также можно обработать для имитации внешнего вида Ektachrome. Цветные изображения, полученные цифровыми камерами с использованием инфракрасных фильтров, не эквивалентны изображениям, полученным на цветной инфракрасной пленке. Цвета возникают из-за различного количества инфракрасного света, проходящего через цветные фильтры на светочувствительных элементах, дополнительно изменяемого фильтром Байера. Хотя это делает такие изображения непригодными для тех применений, для которых использовалась пленка, например, для дистанционного зондирования здоровья растений, полученная цветовая тональность оказалась популярной в художественном плане. Цветная цифровая инфракрасная фотография, как часть полноспектральной фотографии, набирает популярность. Простота создания мягко окрашенной фотографии с инфракрасными характеристиками вызвала интерес как у любителей, так и у профессионалов.

Доступность

В 2008 году фотограф из Лос-Анджелеса Дин Бенниси начал разрезать и вручную наматывать аэрохромную цветную инфракрасную пленку. Вся существующая сегодня аэрохромная пленка среднего и большого формата была обработана непосредственно в его лаборатории. Популярность инфракрасной фотографии продолжает расти благодаря успеху фотографа Ричарда Мосса и множеству пользователей по всему миру.

Цифровые камеры

Датчики цифровых камер изначально чувствительны к инфракрасному свету, что может мешать нормальной съемке, приводя к сбоям в расчетах автофокуса, размытию изображения (поскольку инфракрасный свет фокусируется иначе, чем видимый) или перенасыщению красного канала. Кроме того, некоторые ткани прозрачны для инфракрасного излучения, что приводит к непредвиденному (как минимум, для производителя) использованию видеокамер. Поэтому для повышения качества изображения и защиты конфиденциальности многие цифровые камеры оснащаются инфракрасными фильтрами. В зависимости от объекта съемки, инфракрасная фотография может быть непрактичной с такими камерами, поскольку выдержки становятся слишком длинными, часто в диапазоне 30 секунд, что вызывает шум и размытие в конечном изображении. Однако для некоторых объектов длительная выдержка не имеет значения, а эффект размытия движения даже может улучшить изображение. Некоторые объективы также могут показывать «горячее пятно» в центре изображения, поскольку их покрытия оптимизированы для видимого света, а не для ИК-излучения. Альтернативный способ инфракрасной фотографии на зеркальных камерах — удалить инфракрасный фильтр перед сенсором и заменить его фильтром, блокирующим видимый свет. Этот фильтр расположен за зеркалом, поэтому камера может использоваться как обычно: ручная съемка, нормальные выдержки, композиция через видоискатель и фокусировка работают как в обычной камере. Экспонометрия работает, но не всегда точно из-за разницы в преломлении видимого и инфракрасного света. После удаления ИК-фильтра многие объективы, ранее демонстрировавшие «горячее пятно», перестают его показывать и становятся полностью пригодными для инфракрасной съемки. Кроме того, поскольку микрофильтры красного, зеленого и синего цветов остаются и пропускают свет не только в своих соответствующих цветах, но и в инфракрасном диапазоне, можно получить усиленный инфракрасный цвет. Поскольку фильтры Байера в большинстве цифровых камер поглощают значительную часть инфракрасного света, эти камеры иногда оказываются недостаточно чувствительными для инфракрасной съемки и могут создавать ложные цвета на изображениях. Альтернативным подходом является использование сенсора Foveon X3, который не имеет поглощающих фильтров. Зеркальный фотоаппарат Sigma SD10 оснащен съемным ИК-фильтром и защитой от пыли, которые можно просто убрать или заменить фильтром глубокого красного цвета или фильтром, полностью блокирующим видимый свет. Sigma SD14 имеет ИК/УФ-фильтр, который можно снять и установить без инструментов. В результате получается очень чувствительная цифровая ИК-камера. Хотя обычно используется фильтр, блокирующий почти весь видимый свет, спектральная чувствительность цифровой камеры без встроенного инфракрасного фильтра позволяет получать различные художественные эффекты с использованием более традиционных фильтров. Например, можно использовать очень темный нейтральный фильтр плотности (например, Hoya ND400), который пропускает очень мало видимого света по сравнению с ближним инфракрасным излучением. Более широкая фильтрация позволяет использовать видоискатель зеркальной камеры и передавать на сенсор больше цветовой информации, не обязательно уменьшая эффект Вуда. Однако более широкая фильтрация, вероятно, снизит другие инфракрасные артефакты, такие как проникновение тумана и затемнение неба. Этот метод имитирует способы, используемые фотографами, работающими с инфракрасной пленкой, где черно-белая инфракрасная пленка часто использовалась с глубоким красным фильтром вместо визуально непрозрачного. Другой распространенный метод с использованием инфракрасных фильтров — обмен синего и красного каналов в программном обеспечении (например, Adobe Photoshop), что сохраняет большую часть характерной «белой листвы», делая небо великолепным синим. Некоторые камеры Sony имели так называемую функцию «Ночная съемка», которая физически перемещала блокирующий фильтр из светового пути, делая камеры очень чувствительными к инфракрасному свету. Вскоре после разработки эта функция была «ограничена» компанией Sony, чтобы затруднить съемку сквозь одежду. Цифровые задники Phase One можно заказать в модифицированной для инфракрасной съемки версии. Камеры дистанционного зондирования и термографические камеры чувствительны к более длинным волнам инфракрасного излучения (см.). Они могут быть мультиспектральными и использовать различные технологии, которые могут отличаться от конструкции обычных камер и фильтров. Камеры, чувствительные к более длинным инфракрасным волнам, включая те, которые используются в инфракрасной астрономии, часто требуют охлаждения для уменьшения тепловых темновых токов в сенсоре (см. Темновой ток (физика)). Более дешевые неохлаждаемые термографические цифровые камеры работают в диапазоне длинных волн инфракрасного излучения (см. Термографическая камера). Эти камеры обычно используются для обследования зданий или профилактического обслуживания, но также могут использоваться в художественных целях, например, для съемки чашки кофе.