Физика в примерах и задачах

Кондратьев Александр Сергеевич

Более того, в телескоп звёзды можно увидеть даже днём. Это объясняется тем, что звезда в телескопе кажется более яркой, в то время как фон остаётся таким же, поскольку любой участок неба представляет собой протяжённый источник света.

10. Перспектива на фотоснимке.

Как нужно рассматривать фотографию, чтобы получить правильное пространственное впечатление с неискажённой перспективой?

Наличие у фотоаппарата определённой глубины резкости позволяет на одном плоском фотоснимке получить отчётливое изображение предметов, находящихся на разных расстояниях от объектива. Плоские изображения пространственно протяжённых предметов всегда передают определённую геометрическую перспективу, т.е. определённое соотношение между размером и расположением предметов, находящихся

на различном удалении от фотоаппарата.

Рис. 10.1. Получение правильной перспективы при рассматривании фотоснимка

При формировании плоского изображения на фотопластинке объектив осуществляет центральную проекцию предметов (рис. 10.1а). Центр такой проекции O находится в середине объектива, поскольку проходящие через центр линзы лучи не отклоняются. В результате изображение более удалённого предмета A будет иметь на фотоснимке меньший размер, чем изображение такого же по размеру, но более близкого предмета B.

Обычно при фотографировании пластинка находится почти в фокальной плоскости объектива. Для получения правильного пространственного представления при рассматривании фотоснимка нужно, чтобы видимые глазом угловые размеры изображений предметов были бы такими же, как и при непосредственном наблюдении этих предметов. Если рассматривать фотоснимок, помещая глаз точно в ту же точку, где был расположен объектив, это условие будет выполнено: из рис. 10.1б ясно, что мы будем видеть предметы на изображении под такими же углами, как и при непосредственном их наблюдении из той точки, где находился объектив фотоаппарата при съёмке.

Итак, смотреть на снимок следует одним глазом, помещая его на расстоянии, равном фокусному расстоянию объектива. Тогда фотография будет производить естественное пространственное впечатление. При фокусных расстояниях 25 см и более это легко осуществить, У распространённых малоформатных фотокамер фокусное расстояние значительно меньше и составляет обычно около 5 см. В этом случае при рассматривании слайдов следует воспользоваться лупой (диаскопом), тогда и здесь сохранится правильное расстояние между глазом и изображением. При рассматривании n-кратно увеличенных по сравнению с негативом фотоснимков для сохранения естественной перспективы расстояние между глазом и снимком должно быть в n раз больше фокусного расстояния объектива. В большой аудитории, например в кинозале, это условие выполняется лишь для немногих мест.

При рассматривании одним глазом с неправильного расстояния фотография даёт пространственное впечатление, но с искажённой перспективой. При слишком близком расстоянии глубина снимка будет казаться уменьшённой, а при слишком большом - увеличенной. Это искажение перспективы поясняет рис. 10.2. Во всех трёх случаях с разных расстояний рассматривается один и тот же снимок, поэтому положение любых точек изображения, например точек A' и B', соответствующих вершинам фонарей, одинаково, Рис. 10.2а соответствует правильному положению глаза и, следовательно, неискажённой перспективе. При рассматривании снимка с меньшего расстояния (рис. 10.2б) дистанция между фонарями кажется уменьшённой. При рассматривании с большего расстояния (рис. 10.2в) картина кажется растянутой в глубину.

Рис. 10.2. Искажение перспективы при неправильном положении глаза

Искажение продольной перспективы особенно бросается в глаза при наблюдении в зрительную трубу или бинокль. Хотя в бинокль мы видим объёмное изображение, в глубину все предметы и расстояния кажутся нам укороченными. Объектив зрительной трубы создаёт в фокальной плоскости действительное изображение, которое затем рассматривается глазом через окуляр. Окуляр при этом действует как лупа, позволяя приблизить глаз к изображению и тем самым увеличивая угол зрения. Но увеличение угла зрения, как видно из рис. 10.2б, приводит к кажущемуся уменьшению глубины. Видеть в трубу неискажённую перспективу можно только тогда, когда труба не изменяет угол зрения. Но это соответствует увеличению, равному единице. Если зрительная труба даёт увеличение, то искажение перспективы неизбежно.

Ещё большее впечатление производит обратный опыт. Если смотреть в бинокль или трубу, направив на предмет не объектив, а окуляр, то протяжённость предмета в глубину нам кажется забавно увеличенной.

11. Положение диафрагмы и перспектива.

В фотоаппаратах диафрагма помещается обычно между линзами объектива. Что изменится на фотоснимках, если диафрагму помещать на разных расстояниях в промежутке между объективом и фотопластинкой? Рассмотреть случай макросъёмки, когда изображения предметов получаются почти в натуральную величину.

Прежде всего обратим внимание на то, что для получения изображения в натуральную величину фотоаппарат должен давать возможность делать расстояние между объективом и фотопластинкой равным удвоенному фокусному расстоянию F. Тогда, помещая предметы перед фотоаппаратом на расстояниях порядка 2F, мы получим на фотопластинке их резкое изображение. При этом, как мы видели в задаче 8, глубина резкости будет тем больше, чем меньше диаметр отверстия в диафрагме. К такому выводу мы пришли, считая, что изображению точки соответствует место наибольшего сужения светового пучка, причём это сужение определяется дифракционными эффектами.

Рис. 11.1. Пучки лучей, формирующих изображение в камере-обскуре

Это представление о формировании изображений является общепринятым. Однако отнюдь не всегда изображения, хорошо воспринимаемые нашим глазом, тождественны очень резким изображениям. Вспомним хотя бы о том, что очень часто совершенно отчётливой воспринимается картина, нарисованная художником крупными грубыми мазками. То же относится и к получению изображений в некоторых оптических устройствах, например в камере-обскуре (рис. 11.1). В ней изображением светящейся точки является пятно, образованное хотя и узким, но расходящимся пучком. Таким образом, качество изображения пространственной картины на плоском фотоснимке определяется не только глубиной резкости, обусловленной дифракционными явлениями, но и указанной психологической особенностью нашего зрения. Поэтому в дальнейшем мы будем считать, что при достаточно сильном диафрагмировании получаются хорошие изображения находящихся на разных расстояниях предметов и в том случае, когда фотопластинка не совпадает с положением их изображения, построенного по законам геометрической оптики (рис. 11.2а).

Рис. 11.2. Перспектива на фотоснимке определяется положением ограничивающей световые пучки диафрагмы: а– неискажённая перспектива; б– перспектива на снимке исчезает, когда диафрагма находится в фокусе; в– перспектива обращённая, когда диафрагма удалена от объектива на расстояние больше фокусного

Теперь можно разобраться в том, как будет влиять на характер получаемых фотоснимков положение диафрагмы с малым отверстием, выделяющей узкие пучки, необходимые для формирования чётких изображений. В том случае, когда диафрагма расположена вблизи объектива (например, между его линзами), все формирующие плоское изображение узкие пучки света пересекаются в объективе (рис. 11.2а). В результате на снимке изображение близких к объективу предметов B будет крупнее, чем изображение таких же предметов A, но расположенных дальше. Фотография будет давать правильное пространственное впечатление о неискажённой перспективой, т.е. предметы на фотографии будут видны под теми же углами, что и при непосредственном наблюдении с места фотографирования. Разумеется, так будет только в том случае, когда мы рассматриваем снимок правильно, т.е., как было показано в предыдущей задаче, одним глазом с расстояния, равного расстоянию от объектива до пластинки при фотографировании.