Fotografia în domeniul spectral infraroşu

Înregistrarea fotograficã a imaginilor produse de radiatiile infrarosii prezintã o deosebitã importantã pentru stiintã si tehnicã. Ea stã, de asemenea, la baza obtinerii unor fotografii cu tonuri si culori de o neobisnuitã frumusete.
Ca si în cazul activitãtii fotografice în domeniul ultraviolet al spectrului radiatiilor electromagnetice, atât în cazul fotografiei IR conventionale cât si al celei digitale este obligatorie folosirea filtrelor optice selective. Acestea au menirea sã blocheze accesul spre senzor ( film sau CCD) a radiatiilor care pot altera efectul radiatiilor IR si sã permitã doar trecerea acestora din urmã. Fotografia in IR este unul dintre numeroasele exemple de obligativitate a folosirii filtrelor optice în cadrul fotografiei digitale. Niciun program de post procesare nu poate simula efectul filtrului selectiv.

Radiaţiile infraroşii

Situate în dreapta spectrului vizibil în sensul cresterii mãrimii lungimilor de undã radiatiile infrarosii ocupã un domeniu cuprins între sute si zeci de mii de nanometri.
Pentru fotografia IR este util un domeniu restrâns, cuprins între 700 si 1200 nm, numit infrarosu apropiat, regãsit în literatura de specialitate sub denumirea de NIR – Near Infrared (Fig 1)

Fig 1 Reprezentare schematicã a spectrului optic (uv-vizibil-IR)

Proprietãtile radiaţiilor IR

Efectele fotografice ale subiectelor “iluminate IR” si în consecintã aplicatiile tehnico stiintifice si frumusetea stranie ale acestora, se datoreazã unei anumite proprietãti a radiatiilor din aceastã zonã spectralã si a unui fenomen extrem de interesant cu aplicatii practice de neimaginat.

  • Proprietatea mentionatã mai sus constã în dimensiunile relativ mari ale lungimilor de undã λ ale radiatiilor IR
  • Fenomenul se numeste Efectul Wood
  • Lungimile de undã mari conferã radiatiilor IR proprietatea de a nu suferi fenomenul de difuzie (scattering) la trecerea prin atmosferã. In consecintã fotografiile ( clasice sau digitale ) obtinute de la mare înãltime sau, dimpotrivã, continând imagini ale astrilor, sunt caracterizate de o claritate extem de ridicatã, de unde si aplicatiile fotografiei IR în fotografia aerianã, astromonicã etc.
  • Efectul Wood are consecinte majore, decisive, în aspectul si interpretarea imaginilor fotografice în IR si de aceea el trebuie obligatoriu mentionat când se discutã problemele fotografiei din acest domeniu spectral. El se referã la o anumitã proprietate a clorofilei.

Astfel, plantele sunt verzi pentru cã ele contin clorofilã care reflectã radiatiile verzi. Spre desoebire de majoritatea substantelor verzi, clorofila nu absoarbe lumina rosie ci, dimpotrivã o reflectã sau o transmite împreunã cu radiatiile infrarosii.

Componente necesare fotografiei IR

Pentru acest domeniiu de activitate sunt necesare douã componente ( evident, în afara aparatului de fotografiat) :

  • Un element sensibil la IR
  • Un filtru care sã permitã trecerea numai a radiatiilor IR, în detrimentul radiatiilor vizibile si ultraviolete.

În cazul fotografiei conventionale se folosesc filme sensibile la radiatiile IR, de regulã negative pentru viitoarele imagini IR alb/negru si reversibile pentru color
În cazul fotografiei digitale se profitã de faptul cã senzorii obisnuiti CCD,CMOS sunt “din start” sensibili la IR ceea ce conferã un avantaj real pentru fotografia digitalã în comparatie cu cea clasicã.

Filtre

Filtrele cele mai cunoscute pânã în prezent pentru aplicatii în fotgrafie IR sunt Hoya R72 si Kodak Wratten 25, 29, 70 89B, 88A, 87, 87B si 87C. Ele se deosebesc prin zona spectralã absorbitã, curbele lor de transmisie/absorbtie fiind redate în Fig 2.

Fig 2 Curbe de transmisie ale filtrelor Wratten folosite în fotografia IR

Recent firma Cokin a pus în circulatie un filtru IR special numit COKIN 007 obtenabil în 4 formate A,P, Z-PRO si X-PRO. Folosirea filtrului Cokin prezintã în raport cu celelalte, avantajul cã este parte a sistemului creativ Cokin cu ale sale cunoscute port filtre. Astfel filtrul 007 poate fi montat pe oricare aparat cu orice fel de obiectiv folosind fie portfiltrul clasic cu inele si filet, fie cel magnetic fie cel “a semelle” (cu talpã).

Surse de radiaţii IR

Sursele de radiatii IR pentru fotografia din domeniu sunt

  • Soarele
  • Lãmpile cu incandescentã si flash-urile

Fotografia clasicã (cu film) IR vs fotografia digitalã IR

Pentru fotografia în IR mult mai abordabilã este cea digitalã unde nu este nevoie decât de un filtru întrucât senzorul este implicit sensibil la IR. Problema care se pune este cea a aplicatiilor. În cazul imaginilor alb-negru situatia este egalã, imaginile apar la fel de clare, favorabile captãrilor aeriene si cu redarea luminoasã a plantelor verzi ( care reflectã, prin clorofila lor radiatiile IR, apârînd astfel luminoase, albe ). In cazul colorului, însã, în timp ce imaginile digitale care prezintã oarecari valori estetice, dar care nu au niciun fel de utilitate practicã, fotografia IR color pe film are aplicatii extraordinare mai ales în fotografia tehnico stiintificã de peisaj. Din acest motiv, articolul de fatã se mãrgineste la film, cu comentarea fotografiei conventionale IR a-n (si color, urmând ca tehnica de captare a imaginii, comunã celor douã sisteme li tehnica de postprocesare a imaginii specificã variantei IR digitale, sã fie tratate într-un articol viitor.

FOTOGRAFIA IR CONVENŢIONALÃ (cu film, clasicã sau argenticã)

De la bun început trebuie retinut cã între fotografia alb/negru si cea color în IR existã diferente, nu numai în ceea ce priveste aspectul imaginii finale, ci si în ceea ce priveste tehnologia de lucru.
Astfel în alb-negru se lucreazã în sistemul negativ – pozitiv, la fotografiere se retin cu ajutorul unui filtru selectiv IR ( gen Cokin 007 ) majoritatea radiatiilor vizibile, imaginea fiind în conecintã formatã practic din radiatiile apartinând infrarosului apropiat NIR. Se foloseste un film special sensibil la IR gen Kodak infrared high speed film. In imagine frunzisul ( care reflectã infrarosiile apare în tonuri foarte deschise, cerul si apa nemitãtor si respectiv absorbantã de IR apar negre.( Fig 3 )

Fig 3. Imagine tipicã IR alb-negru preluatã dintr-un articol dpreview al d-lui Peter iNova Creative Director Metavision, cãruia îi multumim.

In color se lucreazã pe film reversibil, la fotografiere sunt retinute de obicei cu un filtru galben Wratten 12 numai radiatiile albastre, iar imaginea este formatã în consecintã atât de radiatiile IR cât si de cele vizibile, verzi si rosii. In plus filmul color este astfel conceput si construit âncât verdele subiectului original ( cu exceptia plantelor verzi care prezintã Efectul Wood sã fie redat prin albastru, rosul prin verde iar radiatiile infrarosii prin rosu. Se formeazã a asa numitã imagine în culori false. Pomii, pajistile continând clorofilã reflectã IR si apar rosii. Cerul a cãrei componentã albastrã a fost retinutã de filtrul galben mai are o componentã verde ( cerul este de regulã nu albastru pur ci albastru verde sau azuriu ) care este redatã prin albastru. Deci în fotografiile IR în culori false cerul apare albastru. ( Fig 4 )

Fig 4 Imagine IR în culori false ( Multumiri d-lui Chris M, Germania )

Aceastã redare falsã a culorilor permite punerea în evidentã a unor diferente în reflexia sau transmisia IR de cãtre zone ale subiectului care vizual apar ca fiind similare. Astfel de diferentieri servesc la diagnosticarea unor situatii în studiile, de exemplu, de supraveghere aerianã a pãdurilor.

Aplicaţiile fotografiei IR convenţionale

Se alocã un paragraf distinct pentru aplicatiile fotografiei IR pe film deoarece, mai ales in cazul “colorului”, acestea îi sunt specifice si nu îsi au corespondenta în cazul fotografiei digitale.
O bunã parte a aplicatiile fotografiei în IR se bazeazã pe transparenta extraordinarã a atmosferei pentru radiatiile IR datã fiind lungimea lor mare de undã având drept consecintã reducerea la minimum a difuziei de cãtre moleculele de aer. Este cazul fotografiei aeriene pentru observare militarã, întocmirea hãrtilor etc.
Altã categorie de aplicatii, mai spectaculoasã, se bazeazã pe diferentierea elementelor subiectului, dupã cum acestea reflectã transmit sau emit mai mult sau mai putin radiatiile IR. In imaginea alb-negru prezenta radiatiilor IR este semnalatã prin tonuri de gri deschis, ajungându-se la alb, iar în cea color prin nuante de rosu mai mult sau mai. putin saturate.. In consecintã, fotografia IR în exterior, de exemplu, va prezenta urmãtoarele particularitãti:

  • Elementele care contin clorofilã ( frunze, alge, iarbã etc. ) sunt redate prin tonuri de gri deschise, luminoase, chiar prin alb, ca si când ar fi acoperite cu zãpadã ( Fig 3) si prin diferite nuante de rosu în color ( Fig 4 ). Din acest motiv obiectele vopsite în verde, dar netratate sã reflecte puternic radiatiile IR, aflate în zonele naturale, se detaseazã net de acestea fiind redate negre în alb-negru si albastre în color ; soldatii îmbrãcati în uniforme verzi netratate si ascusi în tufisuri vor apãrea în fotografia IR color în culoare albastrã spre deosebire de vegetatia redatã în nuante de rosu !!!!
  • Cerul albastru, care nu emite radiatii IR este redat prin cenusiu închis ( Fig3) în alb.negru si prin albastru în color ( Fig 4.)
  • Suprafetele de apã sunt redate prin zone negre atât în alb-negru cât si în color. Dacã acestea reflectã cerul pot apãrea albastre. ( Fig 5 )

Fig 5 Fotografia IR a unui peisaj în care apa care reflectã cerul apare albastrã

  • Elementele peisajelor îndepãrtate ale cãror detalii apar estompate în fotografia obisnuitã, în cea IR devin extrem de clare. Specialistii nostri în domeniu sustin cã executând o fotografie de pe Casa Presei Libere cu obiectivul orientat cãtre nord se poate obtine în cazul fotografiei IR imaginea muntilor Carpati.

Pentru fotografii amatori si profesionişti, redarea elementelor naturii cu ajutorul fotografiei în IR, în modul ,descris mai sus, poate servi ca bazã de realizare a unor fotografii artistice alb-negru sau color cu valente estetice unice. Dar marele rol pe care âl îndeplineste aceastã tehnicã este acela de studiu si cercetare în stiintã si tehnicã. Posibilitãtile si rezultatele stiintifice ale fotografiei IR care dezvãluie omului o lume stranie si fermecãtoare au fascinat generatii întregi de cercetãtori.
Fotografia pentru scopuri de cercetare se realizeazã de regulã de la înãltime (fotografia aerianã) din avion, elicopter, balon etc, furnizând numeroase informatii despre tinutul studiat. Iatã câteva exemple:

  • Întocmirea hãrtilor, fiind posibilã chiar trasarea cursurilor de apã ascunse în junglã, datoritã faptului cã arborii riverani au altã reflexie în IR decât cei îndepãrtati de cursul apei;
  • Diferentierea foioaselor ( redate prin tonuri de gri sau rosu mai deschise), de conifere ( care apar mai închise )
  • Diferentierea pomilor fructiferi în livezi. În fotografia IR color, de exemplu, pãrul este redat prin rosu, nucul prin brun roscat iar migdalul prin roz;
  • Scoaterea în evidentã a arborilor bolnavi, redati prin verde sau albastru, ( clorofila afectatã nu mai reflectã infrarosul ) fatã de cei sãnãtosi redati prin nuante de rosu ( clorfila se comporã normal fatã de radiatiile IR);
  • Diferentierea zonelor umede (tonuri închise) de cele secetoase (tonuri deschise)
  • Studiul structurii solului, calcarul având, de exemplu o reflexie IR diferitã de cea a sisturilor cristaline;
  • Dferentierea cursurilor de ape limpezi ( tonuri închise ) de cele aluvionare, nãmoloase (tonuri mai deschise)

In cadrul aplicatiilor fotografiei IR în exterior, la nivelul solului, se aminteste studiul comportãrii vietuitoarelor de noapte ( a liliecilor, de exemplu )
În sfârsit iatã doar câteva dintre numeroasele aplicatii ale fotografiei IR în laboratoarele de cercetare:

  • textul unui document care a devenit ilizibil datoriã focului, vechimii, murdãriei supratipãririi, decolorãrii chimice sau stergerii pe cale mecanicã, poate redeveni vizibil prin reproducerea documentului pe film IR. Aceasta, deoarece, în multe cazuri, radiatiile IR “simt” vechiul text, ale cãrui urme, invizibile ochiului, reflectã aceste radiatii altfel decâ\t suportul documentului sau cerneala noului text;
  • în determinarea autenticitãtii tablourilor, fotografia IR ocupã un loc important alãturi de metodele chimicce si de înregistrare fotograficã în ultraviolet sau cu raze Rontgen. Aceasta deoarece pigmentii utilizati în picturã sunt diferentiabili prin modul în care reflectã radiatiile IR, chiar dacã par a avea vizual o culoare identicã. Deci, cu ajutorul fotografiei în IR se poate detecta o picturã acoperitã cu o alta si se poate distinge un original de o coopie;
  • In industria textilã se pot determina proprietãtile calorice ale stofelor folosindu-se urmãtoare procedurã: stofa este plasatã între sursa de radiatii IR si aparatul de fotografiat încãrcat cu material fotosensibil IR. Dacã dupã fotografiere si developare materialul fotosensibil prezintã o înnegrire redusã, aceasta aratã cã materialul textil absoarbe mult radiatiile IR, deci este “cãlduros”. Existã si materiale textile “reci” , deobicei cele alcãtuite în întregime din fibre artificiale. Pentru aceaseta ” fotografia ” în IR prezintã fotograme puternic înnegrite;
  • Studierea organismului diferitelor insecte este posibilã fãrã sacrificarea acestora, prin fotografiere macro în IR deoarece chitina din care este alcãtuit învelisul lor de protectie este complet transparent pentru radiatiile IR.

Particularitãtile si tehnica de lucru în cazul fotografiei IR digitale vor fi tratate într-un articol viitor.

articol realizat de Dan Bistriteanu

Alți fotografi au mai citit și:

1 Comment

  • Wow, un articol foart interesant! Cand am vazut lungimea lui, recunosc ca ma speriat putin insa a meritat cu prisosinta sa il citesc! Dupa cateva randua ma intrebam la ce poate fi folosit acest tip de fotografiere, si apoi , putin mai jos, mi s-a raspuns! O treaba excelenta!

Lasă un comentariu

Your email address will not be published. Required fields are marked *