Świat w skali makro — fotograficzna wycieczka

Mam tą przyjemność, że jednym z moich zainteresowań jest makrofotografia. Świat, na który nie zwracamy zazwyczaj uwagi, jest niezwykłym miejscem, istniejącym tuż obok dobrze widocznych przedmiotów codziennego użytku. Skala makro pozwala dojrzeć wiele ciekawych szczegółów, które zazwyczaj nie są widoczne gołym okiem lub nie zwracamy na nie uwagi z powodu ich niewielkich rozmiarów. Zapytacie pewnie, po co nam jest potrzeba oglądania powiększonych fragmentów zwykłych przedmiotów. Zazwyczaj są dwa powody - pierwszy to chęć poznania wyglądu maleńkich elementów, których szczegóły nie są zauważalne dla naszego oka, a możliwość ich zobaczenia daje nam pojęcie o złożoności, precyzji i postępu technologicznego. Drugim powodem jest chęć pokazania i napawania się widokiem artystycznie ułożonej kompozycji, która niejednokrotnie zachwyca swoim pięknem. Tak, technika nie tylko bywa użyteczna, ale i może być piękna. Oczywiście wszystko zależy od fotografa, który będzie potrafił pokazać to piękno. Ale makro to nie tylko technika, to w zasadzie wszystko co nas otacza. Zarówno rośliny, owady czy świat nieożywiony ma do pokazania swoje oblicze.

Teoretyczna teoria

Jak określić obszar makrofotografii? Musimy tutaj sięgnąć do terminu, który ma swoje korzenie w fotografii analogowej. Terminem tym jest "skala odwzorowania", która to mówi nam jak duży jest zarejestrowany obraz rzeczywisty na klatce kliszy fotograficznej. Jeżeli obraz rzeczywisty jest pomniejszony, a taka sytuacja ma miejsce przy standardowym obiektywie 50mm, gdzie skala odwzorowania wynosi w okolicach 1:8 (dla klatki 35mm). Czyli przykładowo obiekt o wielkości 8cm w rzeczywistości, będzie miał 1cm na klatce kliszy fotograficznej. Abyśmy mogli mówić o fotografii makro, to skala powinna wynosić przynajmniej 1:1, czyli zarejestrowany obiekt będzie miał taki sam wymiar jak w rzeczywistości. Skala o wartości x:1, oznacza, że rzeczywisty obiekt będzie x razy większy niż w rzeczywistości np. 2:1.

Sprawa komplikuje się w przypadku fotografii cyfrowej, ponieważ mamy różne wielkości matryc, czyli odpowiednika kliszy. W aparatach z pełną klatką (35mm), szerokość klatki wynosi 36mm, natomiast w cyfrowych aparatach kompaktowych popularne są matryce o wielkości np. 1/3.2" (wymiary innych wielkości matryc ). Taka wielkość matrycy ma szerokość 6,17mm i z kompaktowym obiektywem pozwalają na osiągnięcie skali ok 1:3 w trybie makro. Nie zagłębiając się w szczegóły teoretyczne, nawet tryby "super macro" nie osiągają 1:1.

Jednak coś tu jest nie tak... Takie analogiczne przeliczanie dla niewielkich matryc, nie daje oczekiwanego wyniku. W związku z małym rozmiarem fizycznym sensora i odpowiednio mniejszą ogniskową oraz różną ilością pikseli rejestrujących obraz, mamy tutaj sporo czynników wpływających na końcowy efekt. Aby móc porównywać różne układy optyczne pracujące z różnej wielkości matrycami, wprowadzono pojęcie ekwiwalentu ogniskowej. Obliczany jest on dla obiektywów w porównaniu do aparatów w formacie 35mm. Wynikiem jest wartość ogniskowej (dla pełnej klatki), która będzie dawała taki sam kąt widzenia jak ten przy zastosowaniu układu z mniejszą matrycą. Dla naszych potrzeb, musimy jeszcze wyznaczyć taki ekwiwalent, ale odnoszący się do wielkości fizycznej sensora.Ta wiedza przyda nam się, aby oszacować naszą skalę odwzorowania.

Będziemy do tego potrzebowali porównania rozdzielczości matrycy z rozdzielczością kliszy filmowej, w której odpowiednikiem piksela jest tzw. ziarno. Rozdzielczość kliszy osiąga do 3000dpi (punktów na cal). Można więc obliczyć ilość linii na milimetr, dzieląc rozdzielczość podaną w dpi przez cal, czyli 25.4mm:

    3000
 ---------- = 118.1 linii / mm
    25.4

Teraz wystarczy przemnożyć ilość linii przez szerokość klatki. Tak więc klatka analogowa o szerokości 36mm, będzie posiadała około 4250 punktów. Zatem można przyjąć, że matryca w aparacie cyfrowym o takiej rozdzielczości poziomej, będzie odpowiednikiem pełnej klatki analogowej. Tylko jak tu teraz wykorzystać tą informację do oszacowania skali odwzorowania? Mój pomysł to wyliczenie proporcjonalnie wielkości klatki, jaka musiałaby być, dla rozdzielczości sensora w aparacie. Jeżeli przyjmiemy, że 4250 punktów ma klatka o szerokości 36mm, to ile miałaby dla rozdzielczości 2592 (dla Canona PowerShot A610). Z proporcji wychodzi nam:

    2592*36
  ----------  = 21.96 mm
     4250

Zaokrąglając będzie to 22mm, ale to nie wszystko. Musimy jeszcze poznać wymiar fotografowanego obiektu, zarejestrowanego na matrycy. Do tego celu wykonałem prostą "linijkę", którą wydrukowałem, a następnie sfotografowałem możliwe jak najbliżej, gdzie jeszcze można złapać ostrość:

W tym przypadku udało się sfotografować obszar o szerokości 22mm (odległość ok. 1cm, tryb makro). Wychodzi nam z tego skala odwzorowania 1:1, dla teoretycznej wielkości klatki o szerokości 22mm.

Niestety, aby uzyskać taką skalę, musimy zbliżyć obiektyw na bardzo niewielkie odległości, co skutecznie uniemożliwia precyzyjne i wygodne fotografowanie, a dodatkowo zasłaniamy sobie praktycznie całe dostępne światło. Obraz również nie jest pozbawiony wad geometrycznych, co ostatecznie ogranicza użyteczne powiększenie. Na koniec tego akapitu, żeby nie było za prosto - powyższe wywody można trochę "otłuc" o kant, ponieważ trzeba pamiętać o możliwości powiększenia zdjęcia na ekranie monitora. Cyfrowe powiększenie w zależności od rozdzielczości sensora w aparacie, może nam dać obraz kilkudziesięcio krotnie większy (a i nawet ponad 100x), co powoduje pewien subiektywizm w ocenie "zoomu". Dlatego proponuję traktować naszą skalę jako orientacyjny wyznacznik możliwości naszego sprzętu.

Stosując odpowiednie akcesoria fotograficzne, możemy uzyskać dodatkowe powiększenie i zarejestrować obszar o szerokości 11mm na całej matrycy, co da nam skalę 2:1 (dla przykładowego Canona A610). W przypadku aparatów z wymienną optyką, możemy zastosować specjalne obiektywy makro, pierścienie pośrednie lub mieszki, które pozwalają na odsunięcie obiektywu od matrycy i uzyskania dodatkowego powiększenia (zmniejszenie minimalnej odległości od fotografowanego obiektu), co skutkuje wzrostem skali odwzorowania. Jako że dysponuję tylko aparatami z niewymiennym obiektywem, musiałem zastosować inną metodę, a mianowicie dodatkowe układy optyczne dołączane na przodzie obiektywu.

Najprostszym akcesoriem, jest soczewka nasadkowa. Istotnym jej parametrem jest siła wyrażona w dioptriach. Im większa wartość na "+", tym większe zbliżenie osiągniemy. Taka soczewka zmniejsza minimalną odległość z jaką możemy fotografować, aby osiągnąć duże zbliżenie, używa się dużych ogniskowych (zoom). Soczewki możemy łączyć ze sobą, a wypadkowa siła będzie sumą poszczególnych wartości np. połączenie soczewek (+2) oraz (+4) da nam wartość (+6). Niestety te proste elementy optyczne, posiadają wiele wad, w tym aberracje chromatyczne, co powoduje nieostrość obrazu. Bardziej złożona optyka kryje się w konwerterze macro. Generalnie zasada działania jest identyczna, jednak zastosowanie wielu soczewek różnego typu w celu korekcji wspomnianych wad, umożliwia uzyskanie prawie idealnego obrazu. Jak zwykle to bywa jest mały szczegół - cena. Dobry konwerter będzie droższy przynajmniej o rząd wielkości od zwykłych soczewek.

Na powyższych fotografiach możemy zaobserwować różnice w jakości, przy zastosowaniu soczewek i konwertera. Choć różnica jest widoczna, to przy mniejszym powiększeniu możemy się pokusić o wykonanie całkiem znośnego zdjęcia.

Teraz uzbrojeni w dodatkową siłę, możemy sprawdzić nasze powiększenie na wydrukowanej "linijce". Z zarejestrowanego obrazu wynika, że mój Canon A610, osiągną teoretyczną skalę w okolicach 2:1.

Można już zauważyć ciekawe rzeczy na powiększeniu uzyskanym aparatem Canon IXUX 255 HS wraz z konwerterem RAYNOX MSN‑202. Konwerter ma ok. 25 dioptri i można uzyskać ostry obraz w odległości 32mm. Widzimy tutaj, że nasza skala byłaby w okolicach ponad 5:1. Wydruk był dokonany za pomocą drukarki atramentowej z użyciem tylko tuszów kolorowych - widać kropelki na zdjęciu. Od razu można zauważyć jak nierówno "pryska".

Użycie tylko czarnego atramentu na papierze fotograficznym, pozwala dostrzec pojedyncze kropelki i stwierdzić, że brak tu jednolitej kreski - bardzo dobrze to widać na wycinku powiększonego obszaru o szerokości 2.2mm. Zaciekawił was ten świat?

Przygotowania do świata makro

Teraz przejdźmy do praktyki. Będzie nam potrzebny aparat oraz dodatkowe akcesoria w postaci np. soczewek lub konwertera makro. Ja używałem mojego "starego" Canona A610 i pożyczonego IXUSa 255 HS do którego zaadoptowałem tulejkę filtrową od A610.

Tulejkę zamocowałem za pomocą gumek recepturek - idealnie spasowało się z korpusem aparatu. W większości zdjęć wykorzystywałem właśnie taki zestaw ze względu na większe zbliżenie, niestety aparat to typowy automat i bardzo przeszkadza brak trybu manualnego i możliwości wykonania ręcznych nastaw. Aby lepiej kontrolować kadr, przyda się pełna kontrola nad przysłoną, czułością ISO i migawką. Jak się domyślacie, nasze "super makro" - nie jest takie łatwe. W takim układzie z konwerterem okazuje się, że mamy bardzo małą głębię ostrości. Praktycznie ostrość kadru jest w jednym punkcie. Aby tą sytuację poprawić, można się posłużyć przysłoną. Zwiększenie jej wartości, powoduje zmniejszenie otworu przez który wpada światło. Mniejszy otwór powoduje zwiększenie głębi ostrości.

Niestety nie ma nic za darmo - mamy w zamian mniej światła. Musimy fotografować w silnym świetle słonecznym lub porządnym oświetleniu sztucznym. Jeżeli zamontujemy aparat na statywie, to możemy również wydłużyć czas naświetlania i tym samym zrekompensować braki w oświetleniu. Możemy też zwiększyć czułość ISO, jednak trzeba być tutaj ostrożnym, bo zbyt wysoka ujawni niepożądany szum.

Makro galeria

Tak więc mamy z grubsza wyjaśnione podstawowe zagadnienia. Czas na zabawę z makro światem. Kilka akapitów wcześniej widzieliście wydruk atramentowy w powiększeniu. Mnie ciekawi teraz to co jest po drugiej stronie, czy głowica drukująca. Zobaczmy jak wyglądają dysze w powiększeniu.

Na pierwszym zdjęciu widzimy dla porównania wielkości - szpilkę. Obok widocznych dysz widzimy, że są one ponumerowane - ciekawe.

Skoro jesteśmy w temacie drukarki, to zobaczmy jeszcze raz wydruk. Tym razem w barwach dobrychprogramów. Powiększenie ukazuje strukturę kartki - tak wygląda najtańszy arkusz papieru ksero. Skoro o druku mowa, to zobaczmy jak wyglądają fabryczne oznaczenia na płycie CD. Coś im chyba nie równo wyszło, choć gołym okiem niczego takiego nie dostrzegamy.

Będąc przy płytach, zobaczmy jak wyglądają znaczniki sektorów na płycie DVD‑RAM. Ciekawie to wygląda w miejscu, gdzie znacznik jest tylko częściowo otoczony danymi.

A może sprawdzimy co kryje się pod pokrywką dysku twardego? Co prawda jest to konstrukcja z roku 1994, jednak i tak wygląda fajnie. Niestety nie chciałem otwierać mojego systemowego twardziela :‑) Ten poniżej to WD Caviar o zawrotnej pojemności 425MB. Właściwie to jego fragment z głowicą na pierwszym planie.

Jak już dotykamy obszar związany z pamięcią, to zobaczmy co skrywa w swoim wnętrzu kostka pamięci EPROM. Mam tutaj chip, prawdopodobnie z roku 1985 o pojemności 256 kilko bitów, produkcji ATMEL (27c256-17). Obudowa DIP 28 jeszcze z charakterystycznym okienkiem, które normalnie było zasłonięte naklejką. Jakby oznaczenia z obudowy się starły, to kilka danych mamy wewnątrz. Obszar pamięci mieści się w kostce o wymiarach ok. 5x4mm. Nazwa producenta została napisana czcionką o wysokości ok. 30 mikrometrów (dalej oznaczane przez "um"). Pad do podłączenia wyprowadzeń ma ok. 150um, a "kabelek" jakieś 30um. Dla porównania ludzki włos ma średnicę ok. 50um.

Zobaczmy teraz chip mikrokontrolera Intel 8742 z roku 1982.

Postanowiłem wykonać małą operację i otworzyć brzuch starej, poczciwej karcie SIM. Wnętrze było zatopione w sztywnej, a zarazem elastycznej kropli tworzywa sztucznego. Ostrożnie udało mi się odkleić od niej sam chip o wielkości ok. 3.5x2.3mm. Wygląda dość ciekawie.

A teraz coś z innej beczki. Popatrzmy na fragmenty naszego smartfona. Mamy tutaj spojrzenie na obudowę oraz na matryce wyświetlacza. Czyż nie jest piękna na swój sposób?

Na zakończenie zobaczmy jeszcze coś bardziej "analogowego". Ciekawi was jak zrobiony jest pobłyskujący znak na banknocie 100 zł? To możecie już dokładnie się z nim zapoznać poniżej. Na szczęście ma prawdopodobnie wpływ zostawiony grosik w portfelu, proponuję sprawdzić go dokładnie czy nie ma tam czegoś podejrzanego.

To już wszystko w tej podróży po świecie makro. Mam nadzieję, że było ona ciekawa - przynajmniej dla niektórych. Aha jeszcze byłbym zapomniał, na sam koniec końców mam zagadkę fotograficzną. Co przedstawia poniższa fotografia, wykonana w makrofotograficznym powiększeniu?

Edycja 02.04.15:

Czas na rozwiązanie zagadki. Powyższa fotografia, przedstawia papier ścierny o ziarnie P400 w powiększeniu. Tym razem nie było nagrody, ale może w przyszłości jeszcze zorganizuję taki mikro (MAKRO) konkursik z jakąś symboliczną nagrodą - co Wy na to?