Пятна на фотографиях
Дараселия Анастасия, ученица 10 ФМ класса
МОУ «Лицей города Троицка»
Научный руководитель:
, учитель физики
Практически каждый фотограф, будь то любитель или профессионал, сталкивался с ситуацией, когда на фотографии обнаруживаются непонятные пятна, чаще округлой формы. Иногда эти пятна имеют кольцевую структуру. Профессионалы чаще всего пытаются почистить матрицу, а любители рассуждают о «Шарах Праны», «плазмоидах» и других мистических явлениях.
Рис. 1. «Шары Праны» на фотографии из статьи Эрнста Мулдашева [1]. | Даже беглый поиск в Интернете показывает, что есть здравомыслящая часть фотографического сообщества, которая считает, что пятна появляются на фотографиях из-за присутствия в воздухе мелких частиц. При этом чаще всего явлением, ответственным за пятна называют дифракцию света. Такая гипотеза обсуждается в работе, представленной на Турнире Юных Физиков в 2009 г. (СУНЦ). |
Другая гипотеза, которой придерживается и автор данной работы, - это нерезкое изображение частиц, не попавших в «фокус» камеры, освещенных светом вспышки. Скорей всего в различных случаях проявляются различные явления.
Выдвинута гипотеза, что пятна на фотографиях возникают в условиях недостаточного освещения из - за отражения света от вспышки мелкими объектами, находящимися на расстоянии ближе, чем объект фотографирования, в результате чего изображение этих предметов на матрице оказывается нерезким.
Для выяснения истинности гипотезы проведены серии снимков различными фотоаппаратами от «мыльниц» до зеркального фотоаппарата.
Для ознакомления с явлением проведены серии съемки частиц муки на фоне и при фокусировке на шкаф с известными размерами с помощью двух фотоаппаратов (SONY и NIKON). При съемке вторым фотоаппаратом получены достаточно крупные пятна с равномерной освещенностью. Известные параметры съемки (размер шкафа и расстояние до шкафа) позволили определить фокусные расстояния линзы фотоаппаратов для каждого снимка. В результате был сделан вывод о зависимости размеров пятен от фокусного расстояния (в зеркальном фотоаппарате. NIKON фокусное расстояние более, чем в 5 раз больше).
Выполнена серия снимков с различным зумом, т. е. различным фокусным расстоянием. Для фотоаппарата SONY Cyber-shot получена зависимость фокусного расстояния от величины зума (в этом фотоаппарате она отображается на экране). Полученная зависимость является прямой пропорциональностью. Принято решение в дальнейшем использовать для непрофессиональных фотоаппаратов съемку с максимальным зумом для получения максимального эффекта.
В приближении геометрической оптики выведено выражение для размера пятна в случае точечного объекта, находящегося «не в фокусе» фотоаппарата. Полученные выражения показывают, что размер пятна от точечного источника прямо пропорционален фокусному расстоянию. Неизвестный параметр в зависимости - диаметр диафрагмы.
Поскольку для образования пятен существенны расстояния как до объекта, на который производится фокусирование фотоаппарата, так и до точечных объектов (пыли), проведены серии экспериментов при различных расстояниях до шкафа и до объектов, находящиеся «не в фокусе» (пыли). Эти объекты моделировались с помощью частиц муки (точечные объекты), а также пшена и гороха (неточечные объекты).
Зависимость размеров пятен от расстояния фокусировки при одном и том же расстоянии до точечных объектов качественно подтвердила выведенную теоретически закономерность. Сделан вывод о том, что более крупные пятна получаются при большом расстоянии до объекта, на котором производится автоматическая фокусировка.
Получена зависимость размеров пятен от частиц муки от фокусного расстояния. Также рассчитаны расстояния от объектива до матрицы и до мнимого изображения «пыли», с помощью подгонки теоретических значений к экспериментальной зависимости оценен диаметр диафрагмы. Полученное значение около 3 мм вполне соответствует внешнему виду объектива фотоаппарата.
Для неточечных объектов получены размеры пятен, совпадающих с экспериментально полученными из теории.
На снимках с достаточно крупными пятнами наблюдается структура: центральное яркое или темное пятно. В некоторых случая обнаружены пятна с более сложной кольцевой структурой. В предположении, что структура получается в результате дифракции света на мелких объектах размером сравнимым с первой или второй зоной Френеля получена оценка размеров частиц, которая согласуется с условиями эксперимента. Для более точной оценки условий дифракции требуются дополнительные исследования.
