СТЕРЕОФОТОГРАФИЯ

          Стереофотография имеет несомненную ценность для научных исследований. Особенно возрос интерес у исследователей к этой области фотографии в связи с изобретением сканирующего электронного микроскопа, в котором объект можно наблюдать только косвенным путем, т. е. либо в виде двумерного изображения на просмотровом экране, либо в виде фотографического изображения (отпечатка). Стереосъемка позволяет наблюдать объект объемно и точно определить пространственные соотношения между исследуемыми объектами. Существующее предубеждение против использования стереофотографии для научных публикаций до некоторой степени объясняется непониманием, а может быть, и незнанием основных положений стереофотографии и практических способов рассматривания стереоснимков.

          В данном разделе мы попытаемся кратко изложить основы стереофотографии и наиболее простые способы рассматривания стереопар. При этом предполагается, что фотографируется неподвижный объект, так как в этом случае не требуется сложного стереофотографического оборудования, и съемка может быть осуществлена либо одной фотокамерой (последовательные одиночные экспозиции), либо двумя фотокамерами, расстояние между которыми можно менять.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СТЕРЕОФОТОГРАФИИ

          Естественно, что в пределах одного раздела книги невозможно достаточно подробно осветить такую обширную область фотографии, как стереофотография. Поэтому основное внимание здесь уделяется только тем факторам, которые могут оказаться практически полезными. Нам представляется, что материал, изложенный в данном разделе, поможет читателю освоить простые способы стереосъемки, позволяющие получать качественные стереоизобра-жения, которые точно передают рельефные очертания объекта, и понять, каким образом части объекта могут перекрывать и подчеркивать друг друга.

Базовое расстояние.

          Основой стереофотографии является изготовление двух подобных, но не идентичных фотоизображений, полученных с двух точек съемки относительно объекта. Действительное расстояние между точками съемки называется базовым расстоянием или базисом фотосъемки; величина его определяется тем, как должен выглядеть объект на стереоизображении. В идеальном случае оси фотокамеры и объективов в этих двух положениях (точках) должны быть параллельны, хотя некоторая степень “установки ног носками внутрь”, если она не чрезмерна, может дать положительный эффект (при работе со сканирующим электронным микроскопом это является правилом, а не исключением из-за присущих оборудованию ограничений). Избыточная сходимость осей объективов приводит к заметному изменению масштаба вдоль горизонтали изображения; на парных снимках это изменение происходит в противоположных направлениях. В данном разделе рассматривается только случай с параллельными осями.

          В нормальной стереофотографии базис фотосъемки должен быть приблизительно равен расстоянию между центрами зрачков человеческого глаза, т.е. ~ 65 мм (хотя у некоторых людей это расстояние может быть и большим и меньшим; у автора, например, оно равно 75 мм). При стереосъемке удаленных объектов для получения достаточной степени стереоэффекта требуется чрезмерно (ненормально) большой базис фотосъемки. Напротив, при фотографировании крупным планом с близкого расстояния и макросъемке, когда объектив должен быть придвинут к довольно маленькому объекту съемки необычно близко, требуется чрезмерно (ненормально) малый узкий базис фотосъемки.

N/D=B/d

N  - нормальное расстояние между глазами

D - кажущееся расстояние до снимаемого объекта

B - базис фотосъемки

d - расстояние между объективом и объектом

          Как видно из формулы, чтобы определить любую неизвестную переменную величину при трех известных, надо перемножить расположенные по диагонали два известных члена пропорции и разделить полученное произведение на третью известную величину. Это дает значение неизвестной переменной, т.е.

                                                          B = (N x d) / D

          Следует иметь в виду, что все четыре расстояния, входящие в это простое пропорциональное соотношение, должны быть даны в одних и тех же единицах измерения.

          При работе в лаборатории величины N, D и d обычно известны, и, следовательно, можно рассчитать величину базиса фотосъемки В. Так, если N=65 мм, (/=2000 мм и D должно быть 1000 мм, то величина базиса фотосъемки составляет 130 мм.

          Правильный подсчет базового расстояния В требует понимания природы фактора D — кажущегося расстояния до объекта съемки. В нормальной стереофотографии все расстояния и размеры должны восприниматься так же, как они воспринимаются невооруженным глазом. Это означает, что величина D должна быть равна расстоянию между объективом и объектом съемки г/и, следовательно, величины В и N тоже будут равны. Иначе обстоит дело в тех случаях, когда делаются сильно увеличенные снимки, т.е. когда расстояние между объективом и объектом существенно уменьшено. Если учесть, что увеличенное изображение будет выглядеть на фотоснимке подобно увеличенной в размерах модели объекта, то можно считать, что кажущееся расстояние D до снимаемого объекта будет почти равно нормальному расстоянию при визуальном рассматривании модели. Поэтому для всех случаев стереосъемки, когда объектив фотокамеры расположен к объекту ближе, чем нормальное расстояние (как это бывает при фотографировании крупным планом с близкого расстояния и в макрофотографии), приемлемым значением величины D будет ~400 мм.

Выравнивание

          Для того чтобы стереопару можно было рассматривать без особых трудностей, оба изображения и на оригинальной фотографии и на смонтированных фотоотпечатках должны быть соосны. Если стереопара представляет собой два последовательных изображения, выполненных одной и той же фотокамерой (или двумя несвязанными между собой фотокамерами), то оборудование должно быть установлено так, чтобы имелась общая горизонтальная база, перпендикулярная осям объективов. Если это условие не выполняется, то верхние и нижние части изображений будут смещены, или два изображения будут иметь угловое отклонение от соосности (рис. 1). Тогда правильно соотноситься между собой будут только части объекта, расположенные в центре изображения, и, следовательно, в тех частях каждого из изображений, которые не включаются в границы другого изображения, стереоэффекта наблюдаться не будет.

Рис. 1

          Смещение стереопары. а — вертикальное смещение; б — угловое смещение.

          Оба фотоотпечатка должны быть смонтированы (или по крайней мере тщательно разложены) так, чтобы сохранить эту единую горизонтальную ось. Если два изображения стерео-пары сфотографированы с правильным расположением осей, а при рассматривании несколько смещены один относительного другого (один несколько выше другого или под углом друг к другу), то зрительно слить эти изображения трудно. Некоторые люди настолько управляют своим зрением, что подобные небольшие ошибки в соосности не мешают им правильно воспринимать изображение объекта, однако, к сожалению, такой способностью обладают далеко не все.

          Важным фактором, связанным с расположением осей по одной линии, является правильное размещение двух изображений справа или слева. Сущность стереофотографии состоит в том, что оси объективов, используемых для получения двух изображений, составляющих стереопару (независимо от того, экспонированы ли они одновременно или последовательно), разнесены вправо и влево по аналогии с человеческими глазами. Для того чтобы получить правильное впечатление о пространственных соотношениях, два фотоотпечатка должны быть смонтированы с правильным порядком расположения слева направо. Если они расположены в обратном порядке, то впечатление глубины также будет казаться обратным: более близкие части объекта будут казаться расположенными далеко, а более удаленные части — более близко. На фотографиях привычных объектов такая ошибка немедленно станет очевидной, но в научной практике есть множество объектов, для которых эффекты рельефа не столь легко ощутимы, и именно для них стереоскопическое впечатление глубины наиболее важно. Поэтому при размещении изображений надо быть очень внимательным.

          Если при рассматривании фотографий перед монтажом вдруг обнаруживается, что неизвестно, какая из них сделана с объективом в правом положении, а какая с объективом в левом положении, то не все еще потеряно, если точно известно, каким должно быть общее очертание снимаемого объекта — выпуклым или вогнутым. Следует только помнить, что правый глаз будет больше видеть вокруг правой части объекта чем левый, и наоборот. Тогда тщательное изучение двух фотографий поможет выявить признаки для правильного их размещения. В противном случае стереосъемку придется повторить, помечая принадлежность изображений по расположению.

СПОСОБЫ СТЕРЕОСЪЕМКИ

          Наиболее простой способ стереосъемки состоит в выполнении последовательных экспозиций, в промежутке между которыми фотокамера или объект перемещаются так, чтобы получить требуемый базис фотосъемки. При работе со стереокамерой необходимо строго следовать инструкции.

Случайные стереоснимки

          Приемлемый зрительно-объемный эффект можно получить при рассматривании любых двух подобных, но не идентичных фотографий одного и того же объекта. Так, например, если небольшой неподвижный объект снимается с постоянным увеличением ручной фотокамерой крупным планом с использованием вспышки, то вполне вероятно, что вы будете располагать материалом для получения стереопары. Дело в том, что при съемке с рук в нормальной фотографии со вспышкой крупным планом практически гарантировано, что никакие два изображения не будут получены при совершенно одинаковом положении оси объектива. Следовательно, существует реальная возможность получить объемный эффект, смонтировав два подобных вида с правильным расположением по оси слева направо (принадлежность снимков к соответствующей стороне, естественно, предварительно определена изучением изображений так. как это указывалось ранее). Очевидно, что в этом случае нет необходимости ни в определении базиса фотосъемки, ни общей горизонтальной основы или угловых смещений, которые бы точно совпадали.

          Подобный способ получения “случайных” стереофотографий надо иметь в виду, когда необходимость в стереоизображении возникнет после окончания фотографических работ. Хотя предполагаемое передвижение объекта мешает стереосъемке, однако иногда оно является столь незначительным, что практически объект остается неподвижным достаточно долго, и это позволяет сделать быстрые снимки с интервалами всего в несколько секунд.

Нормальные стереоснимки

          Изготовление нормальных стереоснимков лабораторных объектов весьма несложно. Для этого выполняются две фотографии при правильном расположении осей и с базисом фотосъемки, равным нормальному расстоянию между глазами человека, т. е. ~ 65 мм. Расстояние между объективом и объектом выбирается от 400 мм до значения, которое позволяет использовать наличное пространство.

Стереосъемка при фотографировании крупным планом

          При фотографировании крупным планом, когда объект удален от объектива менее чем на 400 мм, а увеличение изображения ненамного превышает 1^х, можно использовать данные, приведенные в таблице.

Стереосъемка в макрофотографии

          В макрофотографии с использованием крупноформатных фотопленок (или при получении негативов больших размеров фотографированием через микроскоп) часто более удобно и целесообразно перемещать объект съемки, а не фотокамеру в соответствии с базисом фотосъемки. При этом необходимо выполнять следующие требования.

          Одно из них состоит в том, чтобы размеры используемой фотопленки были несколько больше, чем требуемый формат изображения (предполагается, что негатив будет отпечатан контактным способом, если фотосъемка не производится на фотоматериал типа Polaroid Land). Ориентировочно практически удобный наименьший стандартный размер фотоматериала Polaroid Land — это 82 х 108 мм. Использование черно-белых и цветных отпечатков на материале типа Polaroid позволяет сразу проверить качество полученного стереоэффекта.

          Для получения первого изображения следует скомпоновать требуемую 65-мм ширину объекта съемки на одной стороне от центра экрана видоискателя фотокамеры и затем произвести экспонирование. Второе изображение выполняется на другом листе фотопленки, причем объект на нем сдвинут к противоположной стороне, что легко проконтролировать на экране видоискателя.

          Другое требование, которое необходимо выполнять при монтаже отпечатков для просмотра, заключается в том, что полученные отпечатки монтируются в обратном порядке: изображение, которое при экспонировании находилось слева, помещается справа, и наоборот. Такой порядок расположения отпечатков обусловлен тем, что при смещении объекта от оси объектива влево фотокамера “видела” его так, как видел бы его правый глаз, и наоборот. Если это требование не выполняется, то эффект рельефа будет противоположным нормальному, т. е. выпуклые части объекта будут казаться впадинами, а впадины — выпуклостями.

          Значения возможных базисов фотосъемки даны в таблице ниже. Кажущееся расстояние до снимаемого объекта вновь принято равным 400 мм, а расстояние между глазами — 65 мм.

          Глубина резкости в макрофотографии всегда является проблемой из-за дифракции, влияние которой становится значительным при использовании малых относительных отверстий объектива. Автор установил, что при стереомак-росъемке полезно для каждого из снимков ис-

²⁾            При увеличениях много выше 1^х с дальнейшим ростом увеличения расстояние между объектом и объективом изменяется очень мало (рис. 33), поэтому здесь приведены средние значения. Они основаны на расчетах для “тонкой линзы”, но пригодны и для рассматриваемого применения.

³⁾            Эти величины-близкое приближение, пригодное для данных целей.

пользовать несколько разную наводку на резкость; если это различие не чрезмерно, то оно приводит к расширению кажущейся глубины резкости, не ухудшая стереоэффекта глубины. Человеческий глаз легко приспосабливается к возникающим при этом небольшим различиям в увеличении.

          Стереофотографии можно делать через окуляры разделяющего микроскопа, в котором используются сдвоенные объективы, применяя специальные промышленного изготовления фотокамеры. Однако при стереосъемке невозможно управлять глубиной резкости, и в некоторых таких микроскопах оптика, вполне пригодная для визуального наблюдения, имеет недостаточно высокое качество для фотографических целей. Используя другие способы, можно получить значительно лучшие результаты. В любом случае для стереосъемки нельзя использовать бинокулярные исследовательские микроскопы, так как они снабжены только одним объективом.

Преувеличенный стереоэффект

          Для облегчения анализа фотографируемых объектов, имеющих низкий рельеф, или сходных структур, расположенных близко друг к другу, или перекрывающихся структур желательно получить преувеличенный стереоэффект глубины. Это достигается за счет использования большего базиса фотосъемки, чем тот, который обычно рекомендуется использовать в подобных условиях.

СПОСОБЫ РАССМАТРИВАНИЯ СТЕРЕОИЗОБРАЖЕНИЯ

          Из различных способов рассматривания сте-реопар и существующих для этого устройств в данном разделе описываются только самые простые. Базис фотосъемки на оригинальной фотографии должен,-как правило, соответствовать указанным выше нормам. Однако при расположении отпечатков для просмотра указанное соответствие не является обязательным, если только оно не предусмотрено методом наблюдения. Компактные просмотровые устройства, действующие по тому же принципу, что и хорошо известный стереоскоп, требуют, чтобы межцентровое расстояние, а следовательно, и максимальная ширина фотоотпечатка составляли 65 мм. Но некоторые устройства и способы позволяют видеть отпечатки больших размеров.

Оптические устройства для рассматривания стереопар         

Просмотровое устройство для стереопар с юстировкой под межцентровое расстояние глаз наблюдателя.

Способ наблюдения несмонтированных стереоотпечатков или цветных слайдов через бумажные трубки.

Типичное устройство для рассматривания стереопар показано на рис. 36. Такие приспособления выпускаются промышленностью, они вполне удовлетворительны и недороги. Ширина отпечатка составляет 65 мм, а его длина может быть любой в пределах разумного.

          Для просмотра более крупных фотографий (шириной до 240 мм) используются более сложные просмотровые устройства, предназначенные первоначально для расшифровки аэрофотоснимков.

Рассматривание стереопар через трубки

          Очевидно, самым простым и самым дешевым устройством для рассматривания стереопар больших или малых размеров (без ограничения по форматам и практически пригодным для просмотра столь малых стереопар, как 35-мм цветные слайды) является пара бумажных или картонных трубок диаметром ~40 мм и длиной ~П5 мм. Для этой цели годятся трубки от рулонов туалетной бумаги.

          При таком способе отпечатки располагаются на одной линии с соблюдением параллельности осей и затем рассматриваются через трубки, которые выполняют роль бинокля. Положение трубок следует отрегулировать таким образом, чтобы каждый глаз наблюдал только один соответствующий ему отпечаток стереопары. Это позволяет зрительно совместить два изображения и получить полный стереоэффект глубины изображения.

Непосредственное (визуальное) рассматривание стереопар

          После некоторой практики большинство людей могут визуально совмещать стереопару без использования каких-либо просмотровых устройств. Естественно, что такой способ не накладывает никаких ограничений на размеры отпечатка.

          После того как вы разложили или смонтировали отпечатки с правильным расположением осей, посмотрите “через” них, фокусируя глаза на бесконечность. В таком положении изображения находятся не в фокусе, но оси глаз параллельны, и вы должны увидеть третье несфокусированное изображение, которое появится между двумя изображениями стереопары. Сложность приема заключается в фокусировке глаз наблюдателя на этом центральном изображении, не сводя их в одну точку, как это делается при нормальной фокусировке. В противном случае центральное изображение немедленно исчезнет и окажется, что вы смотрите на один из отпечатков стереопары. При фокусировании на центральное изображение без сходимости наблюдается стереоэффект со всей глубиной рельефа, различимой при любом другом способе рассматривания стереопар.

          Для некоторых людей визуальное рассматривание стереопар является привычным делом и не вызывает особых затруднений. Однако для других такой способ получения стереоэффекта оказывается неприемлемым. Что касается автора, то он, как правило, пользуется именно этим способом, хотя в некоторых случаях использует и вариант с трубками, приставив согнутые пальцы в виде бинокля к глазам. После того как эффект глубины изображения достигнут, можно опустить руки и рассматривать стереопару сколь угодно долго без потери стереоэффекта и без особого напряжения глаз.