Понятие и назначение макрофотографии

Раздел четвертый СУДЕБНАЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ФОТОГРАФИЯ

 

Глава 16. Макрофотография

 

Изучение небольших предметов – следов, фрагментов документов производится по увеличенным фотоизображениям. Неодинаковые по размерам детали объекта фотографический процесс передает с различной степенью точности. Крупные детали при съемке существенным изменениям не подвергаются, а мелкие из-за рассеяния света в фотослое и его зернистой структуры претерпевают искажения как по форме, так и по размерам. Например, детали в виде прямоугольника на изображении приобретают форму овала и могут существенно расширяться. В результате элементы изображения, близко расположенные друг к другу, сливаются, а контраст между деталью и фоном снижается. Ухудшается передача деталей и на фотоснимках, получаемых с большими увеличениями при проекционной печати.

Потеря деталей тем вероятнее, чем меньше их величина. Предельные размеры, при которых они могут быть точно воспроизведены фотографическим процессом, зависят от условий съемки: применяемого освещения, свойств фотоматериала и режима его обработки. Вместе с тем, при использовании методов макро- и микрофотографии, а при работе с документами – и репродукционной фотографии искажения формы и размеров мелких элементов объекта не наблюдается даже на изображениях, получаемых при больших увеличениях. Эти методы имеют свои специфические объекты, аппаратуру, приемы съемки. Они позволяют регистрировать и тиражировать информацию, сравнивать и сопоставлять детали, не воспринимаемые глазом, при трасологических, баллистических и других криминалистических исследованиях.

Макрофотографический и микрофотографический методы позволяют получать достаточно большие увеличения. Однако беспредельное его повышение при съемке также приводит к потере важных для экспертного исследования особенностей: сначала крупных, а затем более мелких. С ростом увеличения детали на изображении укрупняются: часть их выходит за пределы кадра, и в конечном итоге выявляется структура материала, из которого изготовлен объект.

Для ряда объектов судебных экспертиз, например, следов пальцев рук, практикой выработаны определенные условия макросъемки. Для фотографирования других предметов и следов подбирают такие увеличения, которые обеспечивали бы и необходимое разрешение деталей, не приводя к их потере, и не способствовали бы появлению на изображении структуры материала.

 

Понятие и назначение макрофотографии

 

При изучении объектов, их отличительных свойств возникает необходимость получения изображения мелких деталей с достаточным для визуального наблюдения увеличением. Такого рода задачу выполняет макрофотография.

Одним из критериев, выделяющих макрофотографию в самостоятельный фотографический метод, является более крупный, чем при обычной съемке, масштаб изображения. При обычной съемке фотоаппаратами общего назначения максимальный масштаб изображения на негативе составляет величину 1:10. При микросъемке увеличение достигает 20 крат и более. При макросъемке масштаб изображения лежит в пределах от 1:10 до 20:1.

Масштаб изображения не является определяющим фактором отличия макрофотографии от микрофотографии. Так, изображение, полученное в масштабе более 20:1 с помощью фотографических объективов, однозначно выполнено макрофотографическим методом. А изображение в таких же масштабах, полученное с помощью оптической системы микроскопа, изготовлено микрофотографическим методом.

Репродукционная съемка также предполагает изменение масштаба изображения. Однако между этими видами съемки существует различие. Репродуцирование предназначено для съемки плоских объектов, а макрофотография – объемных. Различие в свойствах объектов существенно изменяет методику фотографирования.

Макрофотография – это специальный метод исследовательской съемки, который позволяет получать изображение мелких объемных объектов в более крупном, чем при обычной съемке, масштабе. Она предназначена для передачи на снимке таких деталей, которые наблюдаются невооруженным глазом.

Макросъемка применяется в различных областях производственной и научной деятельности человека – в биологии, геологии, металловедении, текстильном производстве, археологии, этнографии, криминалистике и др.

В деятельности криминалиста макрофотография находит применение, начиная с фиксации мелких предметов-вещественных доказательств при производстве следственных действий, и кончая исследовательской работой при производстве экспертиз.

В экспертной практике макросъемка применяется при исследовании трасологических объектов, холодного и огнестрельного оружия, техническом исследовании документов и в ряде других случаев. Она, как правило, является составной частью таких методов исследования, как репродукционная, контрастирующая, ультрафиолетовая, инфракрасная фотография. Широкое использование метода объясняется его высокой эффективностью, возможностью выявления совокупности взаимосвязанных деталей строения исследуемых объектов, проведения сравнительного исследования по увеличенным изображениям, что, в конечном счете, позволяет сделать вывод о тождестве или различии объектов.

Масштаб изображения. Макросъемка производится в натуральную величину либо с уменьшением или увеличением масштаба изображения. От величины масштаба, прежде всего, зависит резкость изображения и разрешение деталей.

Под масштабом понимают величину, показывающую, во сколько раз изменились линейные размеры изображения по отношению к линейным размерам объекта. Обычно его выражают отношением линейных размеров изображения (ℓ) и объекта (L):

.

Из этого отношения видно, что при съемке с уменьшением значение масштаба меньше единицы, а при съемке с увеличением – больше единицы. Съемка в натуральную величину предполагает масштаб, равный единице (М=1:4, М=4:1, М=1:1). Часто масштаб выражают через знаменатель масштаба:

.

 

Особенности макросъемки

 

Макросъемка производится объективами общего или специального назначения в условиях, отличающихся от обычной съемки. Например, при обычной съемке на изображении можно передать предметы, расположенные в пространстве от бесконечности до 0,5-0,55 м. Этот предел, составляющий 10-15 фокусных расстояний, обусловлен конструктивными особенностями применяемой фотографической оптики, невозможностью сфокусировать изображение ближе расположенных объектов. В случае приближения объекта к фотокамере его изображение неизбежно удаляется от фокальной плоскости объектива, от плоскости расположения светочувствительного материала.

На рис. 94 показаны случаи размещения изображения при расположении объекта на расстоянии более двух фокусов от объектива, на расстоянии двух фокусов и между двумя фокусами и фокусом объектива. При этом для обеспечения резкости необходимо в плоскости расположения изображения помещать и светочувствительный материал, что трудно осуществимо, особенно при использовании малоформатных фотокамер. Возможен и иной путь – от корпуса фотокамеры удаляют объектив, оставляя изображение в плоскости расположения фотоматериала (см. рис. 95).

 

 

Основной особенностью макросъемки является значительное выдвижение объектива, при котором можно размещать объект на расстояниях меньших, чем при обычной съемке. При этом, однако, снижается освещенность в плоскости изображения, уменьшается глубина резко изображаемого пространства, изменяется коррекция объектива.

Взаимосвязь между фокусным расстоянием объектива и расстояниями от объектива до предмета, от объектива до изображения при построении оптического изображения дает формула тонкой линзы:

 

,

где a – расстояние от объектива до предмета,

b – расстояние от объектива до изображения,

ƒ – фокусное расстояние объектива.

 

Умножая это выражение на а или b и учитывая, что , а , получаем главные закономерности макросъемки – формулы сопряженных расстоянийа и b, показывающие взаимосвязь основных ее параметров:

,

.

Расстояние а – расстояние от объектива до предмета в макрофотографии – называется предметным расстоянием, а расстояние b – расстояние от объектива до изображения – растяжением меха камеры.

Определив значение масштаба из этих выражений:

,

можно сформулировать следующие закономерности макросъемки:

– чем больше растяжение меха камеры, тем больше масштаб изображения. Поэтому для макросъемки целесообразно использовать фотокамеры, у которых растяжение меха камеры в 3-4 раза превышает фокусное расстояние объектива;

– чем меньше фокусное расстояние объектива, тем больше масштаб изображения. Следовательно, для получения изображений объектов в интервале масштабов от 1:10 до 20:1 необходимы объективы с различными фокусными расстояниями;

– с увеличением масштаба изображения предметное расстояние уменьшается.

При макросъемке малоформатными камерами не представляется возможным точно установить растяжение меха для получения заданного масштаба. В этом случае определяют выдвижение объектива (Δƒ), которое составляет величину (b – ƒ) и равно:

.

Изменение освещенности при макросъемке. Известно, что светосила объектива при фотосъемке объектов, расположенных в бесконечности, выражается отношением:

.

При макросъемке в крупных масштабах изображение формируется не в фокальной плоскости объектива, а в плоскости, находящейся на сопряженном расстоянии, равном растяжению меха фотокамеры. Соответственно изменяется и освещенность изображения, так как светосила в этом случае составляет значение, равное:

.

Уменьшение освещенности при макросъемке влечет за собой увеличение выдержки в десятки и сотни раз. По сравнению с исходной, ее величину определяют по справочным таблицам, рассчитывают по формулам. Коэффициент увеличения выдержки составляет величину:

,

а выдержка соответственно величину, равную:

,

где t_ο – исходная выдержка.

 

Если масштаб съемки неизвестен, то расчет выдержки производят по следующей формуле:

.

Изменение коррекции объективов. Объективы общего назначения скорректированы для съемки объектов, находящихся в бесконечности, поскольку наименьшие погрешности у оптических систем для лучей, распространяющихся параллельно оптической оси. Поэтому эти объективы дают наиболее качественные изображения при предметных расстояниях не менее 10-15 фокусных расстояний. Уменьшение предметного расстояния с увеличением масштаба влечет за собой возрастание погрешностей оптической системы (объектива). В связи с этим выпускаются специальные объективы – макроанастигматы, скорректированные для съемки в крупных масштабах.

Фотографические объективы общего назначения также могут быть использованы для макросъемки в масштабах 1:1 и более, если их диафрагмировать до значений 8-11. При меньших значениях диафрагм из-за дифракционных явлений качество изображения ухудшается, падает разрешение деталей. Погрешности оптических систем у несимметричных и полусимметричных объективов можно еще более снизить, поворачивая их при съемке фронтальной линзой внутрь фотокамеры.

Таблица 12