Основная статья здесь">

Приложение 1. Свет, цвет, баланс белого.

Фотография в переводе с древнегреческого - это рисование светом (фотос - свет, графа - рисую, пишу). Свет является самым важным фактором при создании фотографии. Что есть свет? С физической точки зрения светом принято называть электромагнитное излучение с длиной волны примерно от 380 до 740 нм. Это тот диапазон, в котором глаз может воспринимать электромагнитные волны. Каждому цвету соответствует определенная длина волны. Свет с наибольшей длиной волны мы воспринимаем как красный, а с наименьшей - как фиолетовый. Волны за пределами этого диапазона называются ультрафиолетовыми и инфракрасными.

Основными проявлениями цвета являются: цвет источника света и цвет отраженного света. Существует также отфильтрованный цвет, который мы видим после прохождения света через объект. Термин "цвет источника света" относится к свету, излучаемому объектами, такими как солнце или искусственное освещение - цвета, которые мы видим, определяются составляющими длин волн, содержащихся в свете от объекта. У несамосветящихся объектов мы видим цвет при отражении света определенной длины волны от поверхности объекта. Здесь цветность определяется совокупностью длин волн, отраженных от объекта и поглощенных им. Например, яблоко имеет красный цвет потому, что его поверхность отражает только те волны, которые создают визуальный эффект красного цвета и поглощает остальную часть светового спектра. Белый цвет является составным (еще из школьного курса физики мы знаем про эксперимент Исаака Ньютона). Белые предметы способны отражать наибольшее количество световых волн различной длины, комбинация которых создает цвет, воспринимаемый человеческим глазом как белый. Ну а если предмет вовсе не способен отражать световые волны, а только поглощает их, он имеет черный цвет.

Цвет источников света может быть определен и посредством такой характеристики как цветовая температура. Выражаясь научно, это "эффективная величина, равная температуре абсолютно черного тела, при которой отношение энергетических яркостей для двух длин волн его спектра равно отношению этих же величин для спектра исследуемого источника света". Или, говоря более простым языком, цветовая температура источника освещения - это температура, до которой необходимо нагреть абсолютно черное тело, чтобы оно стало излучать свет данного оттенка. Цветовая температура измеряется в градусах Кельвина от 1200К для красного цвета до 18000К для фиолетового. "Теплые" источники освещения, например, свеча (1800К) или лампа накаливания (3000К), имеют низкую температуру, а "холодные", как летнее голубое небо (11000К) - высокую. При изменении спектрального состава падающего света, т.е. при изменении условий освещения предмета, изменится и отражаемый им свет. Объект съемки, при том или ином освещении, может иметь разный цвет или оттенок.

Ситуация усугубляется разницей человеческого и аппаратного восприятия. Одна из особенностей нашего зрения состоит в способности к цветовой адаптации, благодаря которой видимый цвет объекта остается постоянным или претерпевает лишь незначительные изменения оттенка, несмотря на изменение спектрального состава падающего на него света. См. Приложение 2. Напротив, фотографические системы регистрируют цвета "беспристрастно", т.е. так, как сцена и объекты освещены в момент съемки. Для того, чтобы привести цвета на фотоснимке в соответствие со зрительным восприятием запечатленной сцены, в цифровой камере применяется функция "Баланс белого" (White balance (WB)). Она основывается на принципе: если на полученном фотоизображении эталонный белый объект (например, лист бумаги) будет выглядеть таковым, значит, и все остальные цвета тоже переданы корректно. Балансировка белого заключается в нахождении такой цветовой температуры, чтобы белый эталон на фотографии не имел посторонних цветных оттенков.

Фотография скалярий, проявленная в трех вариантах с разными цветовыми температурами: слева 4000К, в центре 5500К, справа 9000К. Фото Grange.

Настраивать баланс белого можно следующими способами:

- автоматический баланс белого (AWB). Камера устанавливает баланс белого самостоятельно в соответствии с произведенными ею замерами и внутренними алгоритмами. Посредством деления изображения на множество небольших сегментов сначала производится оценка источника света, а затем автоматически осуществляется необходимый спектральный сдвиг в соответствии с типом источника света. Каждый производитель применяет свои собственные наборы алгоритмов, а потому каждая модель имеет свою собственную систему баланса белого;

- предустановленный баланс белого (в фотоаппарате запрограммированы режимы "tungsten", "daylight", "cloudy", "shadow", "fluorescent" (обычно 2-3 варианта), "flash");

- пользовательская настройка баланса белого (фотограф вручную устанавливает цветовую температуру в градусах Кельвина);

- баланс белого по образцу или, как его еще называют, "по белому листу" (а также серой карте или с помощью эксподиска), т.е. камере указывается эталон нейтрального цвета.

Имеется также функция тонкой подстройки цветового оттенка баланса белого со сдвигом оттенка по шкалам "янтарный-синий" и "зеленый-красный". Очень убедительно эта функция реализована в фотокамере Nikon D300:

Экран тонкой подстройки баланса белого фотокамеры Nikon D300

Хороший наглядный способ подбора WB - по экранчику в режиме Live View, если функционал камеры дает такую возможность, и экранчик адекватно воспроизводит цвета:

Установка баланса белого в режиме Live View. Фотокамера Olympus E-3

В некоторых цифровых фотоаппаратах также предлагается функция брекетинга баланса белого, позволяющая запечатлеть сцену в нескольких вариантах с разными цветовыми температурами и потом выбрать лучший. А использование формата RAW предоставляет еще большие возможности: баланс белого может быть настроен или откорректирован при "проявке" снимков в специальной программе-конверторе на компьютере. Но тут возникает другая проблема. Если фотосъемка велась на выезде и оригинала нет перед глазами, то подчас довольно трудно вспомнить, какими были реальные цвета. Здесь может помочь использование эталона нейтрального цвета и инструмента "пипетка" в RAW-конверторе.

Окно RAW-конвертора Adobe Lightroom. Баланс белого устанавливается по эталону с помощью инструмента "пипетка"

А вот как операция выглядит в RAW-конверторе Olympus Studio. Обратите также внимание, как различается цветопередача "родного" и стороннего RAW-конверторов

В ходе фотосъемки в хозяйстве Lariol в качестве эталона использовался скомканный лист белой бумаги (фото сверху). На самом деле далеко не каждый сорт бумаги обладает нейтрально белым оттенком. Поэтому для получения наиболее точного результата лучше всего применять кодаковскую серую карту. Но поскольку при погружении в аквариум она может размокнуть и испортиться, а филигранная точность WB, как при портретной съемке, в аквафотосъемке не требуется, лист бумаги вместо дорогостоящего фирменного аксессуара вполне подойдет.

И еще. Следует учитывать, что свет, проходя через воду, изменяет свой спектральный состав. Самое большое снижение интенсивности у красного света. Она уменьшается примерно наполовину уже на глубине 30 см. А зелено-желтый и голубой свет хорошо проникают сквозь воду. Наименьшее снижение интенсивности у голубого света - всего на 1% на глубине 1 м. Также небольшой цветовой оттенок воде могут придавать растворенные в ней вещества и отражающие свет мельчайшие взвешенные частицы. Поэтому при одинаковом освещении цвет в аквариуме и на воздухе, а также в аквариуме на разной глубине может отличаться.

Приложение 2. Цвет и его видение человеком и фотоаппаратом

В литературе существует множество определений цвета. Но большинство из них сходится в том, что цвет - это субъективная качественная характеристика электромагнитного излучения видимого диапазона (от 380 до 740 нм), определяемая на основании возникающего физиологического зрительного ощущения. Цвет появляется за счет взаимодействия источников света, объектов и зрительной системы человека. Он не существует в реальности, а "присваивается" человеческим сознанием объектам в процессе их зрительного восприятия. Однако одновременное рассматривание одних и тех же объектов несколькими наблюдателями с нормальным цветовым зрением и в одинаковых условиях рассматривания позволяет установить однозначное соответствие между спектральным составом сравниваемых излучений и вызываемыми ими цветовыми ощущениями. На этом основаны цветовые измерения (колориметрия). Но хотя такое соответствие однозначно, оно не взаимно-однозначно: одинаковые цветовые ощущения могут вызывать потоки излучений различного спектрального состава. Кроме того однозначность достигается лишь в стандартизованных условиях наблюдения, освещения и т.п. Иными словами восприятие цвета человеком гораздо сложнее и богаче колориметрического цветового многообразия.

Нормированные спектральные чувствительности S-, М- и L-колбочек. М. Фершильд

Люди улавливают световые волны с помощью глаз. По общему устройству человеческий глаз похож на фотокамеру: хрусталик = объектив, сетчатка = цифровая матрица или светочувствительный слой фотопленки, где происходит формирование изображения объекта. Сетчатка глаза имеет два вида светочувствительных клеток-фоторецепторов - колбочки и палочки, которые при освещении преобразуют световые сигналы. Причем, палочки действуют в основном при слабом освещении и предоставляют информацию о яркости, а колбочки, эффективно действующие только при достаточно ярком свете, позволяют глазу различать цвета. Большинство людей имеют цветовые рецепторы трех типов, именуемые L-, М- и S-колбочками (цветовая модель LMS). Названия даны в соответствии с длинноволновой (long-wavelength), средневолновой (middle-wavelength) и коротковолновой (short-wavelength) чувствительностями колбочек. Иногда их называют синими (или фиолетовыми), зелеными и красными колбочками, что не вполне корректно. Спектральные чувствительности трех типов колбочек накладываются друг на друга. Их сочетания дают нам всю палитру видимых цветов. При одновременном довольно сильном возбуждении всех трех рецепторов возникает ощущение белого, а при слабом возбуждении - серого цвета. При отсутствии возбуждения всех трех рецепторов создается ощущение черного цвета.

Одинаковые цветовые ощущения могут быть вызваны светом различного спектрального состава. Рисунок проиллюстрирует данный тезис на примере зеленого цвета:

Три варианта спектрального состава света визуально воспринимаются одинаково – как зеленый цвет. Френкель, Шадрин

В цифровой фотокамере для фиксации цвета используется также три основных цвета: красный, зеленый и синий. Но RGB-триада, хотя и способна воспроизвести почти любой цвет, видимый человеком, отличается по спектральной чувствительности.

Еще одно принципиальное отличие нашего зрительного восприятия окружающего мира, от того как его видит фотокамера, заключается в широкой приспосабливаемости зрения к изменению освещенности объектов. Эта способность называется хроматической (или цветовой) адаптацией. Аналогия - баланс белого в фотокамере. Но у камеры возможности адаптироваться куда более скромные, что сильнее всего проявляется в отношении сцен, освещенных источниками света разных цветовых температур. Наряду с хроматической адаптацией человеческому зрению присущи также темновая и световая адаптация, механизм которых в целом аналогичен автоматическому контролю экспозиции в фотокамере.

Пример хроматической адаптации. На 30 секунд зафиксируйте взгляд на черной точке между голубой и желтой областями, а затем переведите взгляд на белую точку в центре нижнего изображения. Обратите внимание на то, что после адаптации нижнее изображение начинает восприниматься однородным. М. Фершильд, Kodak Photo Sampler PhotoCD

Механизмы хроматической адаптации можно разделить на "сенсорные" (определяемые изменением чувствительности рецепторов глаза) и "когнитивные" (являющиеся результатом взаимодействия связки глаз-мозг). Классический пример хроматической адаптации - рассматривание белого объекта при разных вариантах освещения. Например, листа бумаги при дневном освещении, люминесцентном свете или лампах накаливания. Дневной свет содержит относительно большее количество коротковолновой энергии, а свет ламп накаливания характеризуется преобладанием длинноволновой энергии, однако в целом бумага воспринимается белой под всеми этими источниками. Работа сенсорного механизма здесь состоит в том, что под дневным светом снижается чувствительность S-колбочек, а при свете ламп накаливания - L-колбочек.

Иллюстрация процесса хроматической адаптации как независимой регулировки чувствительности трех видов колбочкек. М. Фершильд

Однако сенсорные механизмы имеют свои пределы. Хрестоматийный пример: купленное в магазине платье на поверку оказывается совсем не того оттенка из-за разницы освещения в магазине и дома. Поэтому для достижения максимальной цветовой адаптации сенсорные механизмы дополняются когнитивными механизмами (т.е. зрительской интерпретацией цвета). К наиболее существенным когнитивным механизмам относятся:

- цветовая память (или эффект принадлежности цвета) - закрепление в человеческом сознании устойчивого представлении об определенном цвете как неотъемлемом признаке привычных объектов наблюдения. К примеру: большинство людей помнят типичный цвет зеленой травы. Любопытно, что цветовая память зачастую искажена в отношении конкретных объектов: все та же зеленая трава и синее небо, как правило, помнятся более насыщенными, чем в реальности (эффект memory colors);

- когнитивное обесцвечивание осветителя относится к способности наблюдателя автоматически интерпретировать условия освещения и воспринимать цвета объектов после ментальной нивелировки цвета источника освещения.

Таким образом, как только объекты оказываются распознанными, механизмы цветовой памяти и когнитивного обесцвечивания осветителя могут присвоить им соответствующий цвет. Но все это срабатывает лишь с хорошо известными предметами в привычных (в широком смысле) условиях наблюдения. В противном случае цветовые ощущения становятся неуверенными или ошибочными.

"Зеленая поверхность,- пишет Харви Шиффман в книге "Ощущение и восприятие",- воспринимается одинаково независимо от того, каким светом она освещается,- электрическим или люминесцентным, а это значит, что в данном случае имеет место константность цветовосприятия. Но если смотреть на ту же зеленую поверхность через "искусственный зрачок" - крошечное отверстие в непрозрачном картоне, через которое не видно ничего, кроме этой зеленой поверхности,- выяснится, что ее цвет зависит от спектрального состава падающего света: при люминесцентном свете она будет казаться сине-зеленой, а при электрическом - желто-зеленой. При подобных ограниченных возможностях зрительного восприятия константность цветовосприятия исчезает".

Марк Фершильд в своей книге "Модели цветового восприятия" делится наблюдением: "Соседский дом был выкрашен в светло-желтый цвет, парадная дверь на нем тоже была светло-желтой. Как-то поздним вечером дверь вдруг стала казаться... синей. Синяя дверь в желтом доме?- любопытно... Однако стоило присмотреться, как дверь вновь приобрела привычный желтый цвет. Весь дом был освещен интенсивно-желтым закатным солнцем, и только маленькая, едва заметная кирпичная стенка отбрасывала тень на дверь, которая оказалась освещенной только светом неба (прямые солнечные лучи на нее не попадали) и, следовательно, воспринималась синее, чем остальная часть здания. В первый момент сцена интерпретировалась как равномерно освещенные желтый дом с синей дверью. Однако, как только стало понятно, что освещение неравномерно и что дверь фактически освещена синим светом, так сразу ее восприятие сменилось с синего на желтое". Изменение в цветовом восприятии двери было полностью основано на когнитивной интерпретации освещения, и с того момента, как фактическое освещение стало понятным, ощущение уже не могло вернуться назад.

Очень интересный пример - это попытки воспроизведения космонавтами цвета так называемых космических зорь. Их описания сильно отличались одно от другого и от цвета, зафиксированного фотокамерами. Аквариум — это, конечно, не космос, но освещение в нем тоже иногда бывает очень необычным.

Нужно также понимать, что несмотря на принятый комиссией CIE термин "стандартный наблюдатель", на котором строится современная колориметрия, восприятие цветов у разных людей может не совпадать со "стандартом" - от небольших отклонений в пределах физиологической нормы до существенных аномалий цветового зрения. Поэтому возможна ситуация, когда два наблюдателя в полностью одинаковых условиях будут видеть цвета по-разному из-за того, что различается их цветовое зрение. Если же горить об объектах и сценах, ранее увиденных и запечатленных на фотографиях, то тут достаточно большую силу имеет эффект memory colors, т.е. цвета не как они есть, а какими мы их запомнили. Это выражается, например, в том, что зеленый цвет растительности хочется видеть на фотографиях более сочным, а голубой цвет неба - более ярким, чем в реальности. Тот же эффект может иметь место и в отношении объектов аквариумной фотосъемки.

Приложение 3. Особенности фотосъемки объектов, освещенных люминесцентными лампами

Люминесцентная лампа - газоразрядный источник света, в котором видимый свет излучается в основном люминофором, который в свою очередь светится под воздействием ультрафиолетового излучения разряда; сам разряд тоже излучает видимый свет, но в значительно меньшей степени.

Корректно определить цветовую температуру по спектру источника для таких ламп невозможно, так как значительная доля излучаемой ими энергии приходится на линейчатую часть спектра в отличие солнечного света и других источников освещения с непрерывным спектром. Люминесцентная лампа как бы пытается имитировать спектр и цветопередачу солнечного света короткими пиками в нескольких участках спектрального диапазона. Способность глаза адаптироваться к таким источникам света невысока, хотя и в этих случаях сознание создает некоторое ощущение белого цвета для соответствующих объектов. Для люминесцентных ламп цветовую температуру определяют условно путем визуального сравнения с образцами. Цветовая температура света люминесцентных ламп не указывает на спектральный состав света лампы. Она показывает как зрительно воспринимается цвет света от данной лампы. Это характеристика связанная именно с восприятием. Цветовая температура люминесцентных ламп может быть практически любой за счет использования тех или иных люминофоров. Причем у двух разных ламп одна и та же цветовая температура может быть получена комбинацией пиков совершенно разной длины волн пропорционально интенсивности, и лампы с одинаковой цветовой температурой могут сильно отличаться друг от дуга по характеру света (теплый-холодный) и цветопередаче. В аквариумистике представлен широкий диапазон цветовых температур ламп - от 1800 (например, Hagen AquaGLO) до 18000 К (Hagen PowerGLO).

Спектр люминесцентной лампы Sylvania DaylightStar

Еще один показатель, о котором мы ранее не упоминали, - это индекс цветопередачи Ra (в терминологии МКО - Color Renderinx Index, либо сокращенно - CRI), который выражается в процентах и принимает значение от 0% до 100%. Его величина характеризует, насколько точно передаются цвета в видимом глазу диапазоне и зависит от полноты спектра излучения источника света и его равномерности. Чем ниже значения CRI(Ra), тем хуже передаются цвета освещаемого объекта. За эталон принят солнечный свет (Ra=100). Ra более 90 (или class 1A) - очень хорошая цветопередача; 80-89 (class 1B ) - хорошая. Объекты, освещенные лампами с Ra менее 80, будут уже ощутимо терять плавные цветовые переходы и приобретать заметный оттенок основной линии излучения (обычно зеленый).

Для фотографа важны обе характеристики: и цветовая температура, и CRI. От цветовой температуры зависит то, какой оттенок будет у фотографии в целом, а от CRI - качество цветопередачи и полнота цветовых оттенков объектов. По бытовым лампам эти показатели можно узнать из цифрового наименования: первая цифра - CRI, вторые две - цветовая температура. Например, OSRAM 965 - это Ra>90 (class 1A) и ЦТ=6500К. Из аквариумных ламп к классу 1А относятся: Hagen T5 LifeGLO II (Ra=98), SERA Tropic sun Royal, JBL Solar Natur, JBL Solar Tropic, к классу 1B - Sylvania DaylightStar, SERA Brilliant daylight, SERA Blue sky Royal. Но есть немало аквариумных ламп с существенно худшими показателями цветопередачи. В особенности это относится к красным и синим лампам. Так, у Sylvania AquaStar CRI равен всего 48. Производители аквариумных ламп нередко замалчивают индекс цветопередачи, ограничиваясь только указанием цветовой температуры. В частности, по хагеновской продукции он известен лишь для вышеупомянутой T5 LifeGLO II. Но можно с большой вероятностью предполагать, если CRI в спецификации лампы не указан, значит Ra<80.

Этот снимок, сделанный в январе 2007 г. в аквахозяйстве "СКАТ", запомнился автору, в то время только входившему в мир любительской фотографии, в том числе и сложностью подбора баланса белого. Фото Grange. Камера Canon EOS 30D, объектив Tamron SP 17-50 мм f/2.8 XR Di, проявка в RAW-конверторе DPP

В цифровой фотокамере для съемки объектов, освещенных люминесцентными лампами, предлагаются специальные предустановки "fluorescent" (в современных камерах обычно 2-3 варианта) для разных цветовых температур (у Olympus E-3 это 4000К, 4500К и 6600К), характеризующиеся также особым сдвигом tint'а для компенсации основной линии излучения. Но в реальности применительно к аквафотографии мы сталкиваемся с гораздо большим разнообразием вариантов (как по цветовой температуре, так и по спектру), для которых оптимальный баланс белого приходится подбирать самостоятельно. Это сложно и порождает искушение упрощенных решений. На сайте aquaria2.ru в 2008 г. были опубликованы фоторезультаты тестирования разных комбинаций ламп Hagen. Все снимки там были сделаны с едиными параметрами баланса белого - 6500K. Однако идея, игнорируя эффект цветовой адаптации зрительной системы, использовать некую универсальную настройку, позволяющую фотографировать аквариумы с лампами любого спектра, несмотря на всю свою заманчивость, является иллюзорной. Любое освещение требует индивидуального подхода в настройке баланса белого. Поэтому если с точки зрения сравнения яркостей вышеупомянутый тест имел смысл, то в отношении цветопередачи он скорее вводил пользователей в заблуждение. Ниже приведены результаты сделанной автором тестовой съемки фрагмента фон-пленки на задней стенке аквариума, оснащенного лампами Sylvania Daylightstar (ЦТ=5000К), с различными настройками баланса белого (камера Olympus E-3, штатив, съемка в режиме JPEG+RAW).

Предустановка "fluorescent1" 4000К	Предустановка "fluorescent2" 4500К	Предустановка "fluorescent3" 6600К
ЦТ=5000К	ЦТ=6400К	Правильный цвет фона (результат цветокоррекции)

Ни одна из использованных настроек не дала полного совпадения фотографических и визуальных цветов. Реальность находится где-то между 5000К и "fluorescent2". В итоге, для получения правдивого цвета пришлось обратиться к RAW и произвести коррекцию в конверторе, приняв за основу снимок с цветовой температурой 5000К и сделав небольшой сдвиг тинта вправо (последнее фото). Впрочем того же результата можно было добиться, использовав снимок с предустановкой "fluorescent2" (4500К) и увеличив цветовую температуру. В принципе, корректировку возможно настроить в качестве пользовательской установки и непосредственно в фотокамере.
Еще одной проблемой, с которой может столкнуться фотограф, имея дело с люминесцентными лампами - это вариативность баланса белого в серии кадров. Причиной в том, что цветовая температура такого источника освещения может меняться из-за изменения мощности. В обычных системах освещения, работающих от сети переменного тока (частота 50 Hz), мощность изменяется от максимального значения до нуля 100 раз в секунду вместе с изменением питающего напряжения. Наши глаза не в состоянии заметить эти изменения, поскольку они происходят слишком быстро, а вот фотокамера - способна. Если применяемая выдержка короче, чем период изменения напряжения питания источника света, цвет на фотоснимках может меняться от кадра к кадру. Этого не случается при использовании в системе освещения аквариума электронного балласта, преобразующего сетевое напряжение в высокочастотный переменный ток.

Литература
Артюшин Л.Ф. Цвет (зрительное ощущение). БСЭ.
Вотяков Е. Свет и цвет в изобразительном искусстве. 2000.
Кащавцев С. Цветовая температура.
Мураховский В. Симонович С. Большая книга цифровой фотографии. 2006.
Хант Р.В.Г. Цветовоспроизведение. 2004.
Фершильд М.Д. Модели цветового восприятия. 2004.
Френкель А., Шадрин А. Колориметрическая настройка монитора. Теория и
практика. М., 2005.
Шиффман Х. Ощущение и восприятие. 2003.
Материалы веб-сайтов: dpreview.com, dxomark.com, flickr.com, ixbt.com,
aquaria2.ru, akvilona.ru, arthur.kiev.ua, cichlids.ru, club.foto.ru, ferra.ru,
youzhick.livejournal.com, penta-club.ru, peterlife.ru, realcolor.ru, svetila.ru,
wikipedia.org.

© Grange, 2010