Měsíc ve fotografii a atmosférický seeing, část 2.

V první části článku o fotografování Měsíce, jste se seznámili s hlavními úskalími, která je třeba při zpracování tohoto tématu překonávat. V této druhé části se podrobně dozvíte o nejvážnější překážce při nočním, ale i denním krajinářském fotografování, totiž o všudypřítomném atmosférickém seeingu, který má na svědomí mnoho nevyvedených snímků, i když se zdá být v daném okamžiku vše perfektní a vy se těšíte na úžasné fotografie. Nastíníme si, jak se tomuto „fenoménu“ částečně vyhnout a nebudou chybět ani fotografie a praktická videoukázka.

PENGUINI NA LUNÁRNÍM PLESE
více info o vzniku panoramatu 9893 x 5609 pix

...dokončení 1. části článku...

CO JE TO ATMOSFÉRICKÝ SEEING

Vraťme se ale k Měsíci. Fáze vyhovující našemu záměru nastane jen párkrát za kalendářní měsíc. Připočteme-li výskyt mohutné oblačnosti a další důvody znemožňující fotografování, případně nevyplnění podmínek (sníh, námraza, specifická oblačnost) důležitých pro uskutečnění naší vize, zjistíme, že mnoho příležitostí do roka nezbývá. Tím to ovšem nekončí. Na scénu přichází tzv. atmosférický seeing (AS), podle kvality je označován pěti stupni, římsky I - V. Oč jde?

Vzduch mezi objektivem a snímanou scénou není homogenní, ale "pracuje". Jednotlivé vzduchové masy se v důsledku svých rozdílných teplot pohybují, a to vodorovně i vertikálně. Jak to funguje? Teplota vzduchu s nadmořskou výškou klesá. Zatímco suchý vzduch se s každým kilometrem výšky ochladí o 9,8 °C, u vlhkého je míra chladnutí proměnlivá od 3,9 °C do 7,2 °C (chladnutím dochází ke kondenzaci vodních par, čímž se uvolňuje tepelná energie). Pokud se vzduchová masa ohřeje od zemského povrchu, zvětší svůj objem a dojde ke snížení její hustoty oproti okolní atmosféře. Vzduch působením vztlakové síly začne vertikálně stoupat a na jeho místo se začne podsouvat okolní chladnější, což představuje horizontální pohyb. Stoupající vzduchová masa se začne zvolna ochlazovat a ve chvíli nastolení rovnováhy (vyrovnání teplot), by se měl vertikální pohyb zastavit. Pohyb je ovšem ovlivněn mnoha dalšími faktory, jako např. pohybová setrvačnost, proměnlivé chladnutí v závislosti na vlhkosti či fluktuace rosného bodu s měnící se výškou (při stejné vlhkosti +/- cca 2°C).

Řekli jsme si, že pohyb vzduchových mas je ovlivněn mnoha faktory a zastihnout atmosféru v klidu (stabilní), je poměrně vzácné. Rozdíl hustoty dvou vzduchových mas na jejich rozhraní s sebou přináší změnu indexu lomu světla, což způsobuje ohýbání světelných paprsků, tedy jemný "pohyb" obrazu nebo-li seeingový pohyb obrazu (foto č. 11, 16). Tento jev známe jako tzv. tetelení/mihotání vzduchu a setkáme se s ním např. když pozorujeme objekt na velkou vzdálenost skrze vzduch nad teplými povrchy (silnice, poušť). Mnohdy není jev dostatečně silný a okem pozorovatelný, přesto se nám může na fotografii projevit. Delší teleobjektivy s užším úhlem záběru, vytvoří jakýsi úzký průzor atmosférou, který se v konečném důsledku promítne na stejně velkou plochu, jako obraz generovaný širokoúhlým objektivem snímající mnohem širší záběr. Optické vady vzniklé v atmosféře se zvětší a fotografii ovlivní již v pozorovatelné míře.

0:48:34 hod. (foto č.11a) 0:50:35 hod. (foto č.11b) 0:50:53 hod. (foto č.11c) 0:53:40 hod. (foto č.11d) 0:53:48 hod. (foto č.11e)

Chronologická mozaika výše (5x foto č.11a-e) představuje 100% výřezy z 5 fotografií pořízených v rozpětí pouhých 5 minut během jediného "měsíčního" focení 3.2.2012 před jednou hodinou ranní a při teplotě -17 °C (foto č. 11c, 14). Klimatické podmínky byly slibné, avšak proměnlivé, jak názorně ukazují výřezy. Třetí v prvé řadě je nejpovedenější z celé série, zatímco na ostatních je patrný různý vliv AS. Jak vidno, bylo možné pořídit snímky zcela nevyhovující až bídné.

služba YouTube video výrazně změnšila (na 43% crop)
75% crop (720 x 540) lze videt zde

Video výše je cca 43% crop FullHD video záznamu Měsíce pořízeného 22.5.2011 v Suľovských skalách před čtvrtou hodinou ranní. Atmosférický seeing nebyl špatný, ale zažil jsem lepší. Video uvádím pro demonstraci tří věcí.

1. Náchylnost na stabilitu fotografické soustavy - rozhýbání Měsíce na začátku jsem ponechal záměrně. Vzniklo v důsledku velmi jemného stisku tlačítka videozáznamu. Pro představu, stejné rozhýbání fotografické soustavy s nasazeným širokoúhlým objektivem 14 mm (EQ35, FF) by se projevilo na pouhých 2 pixlech obrazu (z 5616).
2. I přes relativně slušný AS je viditelné plavání/mihotání obrazu, nebo-li seeingový pohyb (a teď si představme, že přes tento "rosol" fotíme).
3. Při výrazném vyplnění FF políčka je patrné, jak Měsíc po obloze "metelí" vlivem rotace Země.

---

JAK ATMOSFÉRICKÉMU SEEINGU (AS) ČELIT

V krajině, kde se může nekvalitní AS také neblaze projevit, toho moc nezmůžeme (viz závěr článku). Ovšem s Měsícem je to částečně jiné, protože ho lze fotografovat z různých stanovišť. Jak jsme si naznačili dříve, AS ovlivní fotografii v závislosti na užitém ohnisku. Následující stať platí pro ohnisko 1000 mm a výš, i když tuto hranici nelze zevšeobecnit. Podíváme-li se na hvězdnou oblohu a pouhým okem vidíme mihotání hvězd, pak ani nemá cenu vyrážet. Naopak klidné hvězdy slibují nadějný výsledek.

• Rozhodně vyrazíme mimo město, které vyzařuje mnoho tepla stoupajícího vzhůru a unášeného větrem. Pokud se nám dostane do záběru, zkáza je jistá. O to více to platí v zimě.
• Rovnou zapomeňme na focení z balkónu či v pohodlí otevřeného okna, ze kterého se valí o 40 stupňů teplejší vzduch.
• Snažme se o nejkratší expoziční čas. Je vhodné počkat na chvíli, kdy je Měsíc vysoko na obloze a to ze dvou důvodů. Jednak fotíme přes slabší vrstvu atmosféry a Měsíc je svítivější, což dovoluje exponovat kratším expozičním časem. Již jsme zmínili, že vlivem tetelení vzduchu se snímaný obraz vlní-pohybuje-mihotá. Kratší expozice částečně omezí rozmazání Měsíce vlivem seeingového pohybu obrazu. Někdy použijeme konvertor, který sníží efektivní světelnost někam okolo 1:5.6 - 1:11 a exp. čas ještě prodlouží. Osobně u dlouhých ohnisek používám čas kolem 1/25 sec. Delší expoziční časy již mohou Měsíc na políčku rozmazat vlivem zemské rotace.
• Nespoléhejme na vyšší ISO, pro které zde není mnoho prostoru. Měsíc je sám o sobě nekontrastní a s vyšším ISO roste šum, který nám ve finále nedovolí dostatečné zvýšení kontrastu. Také ztrácíme dynamiku.

MĚSÍC 19.12.2010, 1:36, -18 °C Kožová hora (foto č.12) PLNÉ ROZLIŠENÍ (zoomify) + info o fotografii

MĚSÍC 22.5.2011, 3:31, 9 °C Súľov, Slovensko (foto č.13) více info o vzniku fotografie

MĚSÍC 3.2.2012, 0:50, -17 °C Kožová hora (foto č.14) více info o vzniku fotografie

Po dobu několika let jsem podstupoval bezpočet pokusů o zachycení Měsíce, a to v průběhu celého roku. Jednoznačně se mi osvědčily zimní měsíce, kdy je vzduch i u zemského povrchu chladný a nedochází přes den k jeho výraznému ohřevu. Musíme jen více dbát na odstup od lokálních tepelných zdrojů (viz výše). Pokud nebudou v noci podmínky zcela vhodné, mohou se zlepšit k ránu, kdy se přebytečný teplý vzduch více zchladí a atmosféra uklidní. Já využil nejideálnější podmínky po dosti dlouhé době až 19. prosince 2010 po půl druhé v noci na Kožové hoře se západním prouděním (foto č.12, v plném rozlišení). Měsíc sice nebyl v příznivé fázi, ale stávající klimatické podmínky slibovaly opravdu skvostné výsledky. Od té doby jsem pokus při lepší měsíční fázi opakoval mnohokrát a zmíněnému stavu z 19.12.2010 (foto č.12) jsem se přiblížil (nedosáhl) pouze dvakrát: Súľov 22.5.2011 (foto č.13) a Kožová hora 3.2.2012 (foto č.14).

EXIF K SOUBORU VPRAVO (aktivní letní čas) (obr. č.15a)

100% CROP ŠPATNÝ ATMOSFÉRICKÝ SEEING KLÍNOVEC, KRUŠNÉ HORY 11. listopad 2011, 5:58 hod. (foto č.15b)

Za pozornost jistě stojí i odstrašující ukázka naprosto "masakrujícího" atmosférického seeingu (obr. 15a, foto č.15b). Fotografie byla pořízena při ambiciózním výjezdu na vrcholky Krušných hor, ze kterých koukal jen Klínovec a Fichtelberg. Zbytek byl pohřben v husté a týden trvající inverzi. Chtěl jsem vytvořit 3-řadé čtvercové 220-MPix panorama se "žhavou koulí" v podobě Měsíce v úplňku nad všudypřítomnou inverzí rozprostírající se těsně před divákem. Měsíc by tvořil přibližně 1/7 políčka. Jak už to bývá, záměr se nekonal. Naprosto nevídaný AS zhatil plány. Jediným pozitivem byla dokumentační fotografie této zkázy. O dva dny později jsem se do Krušných hor vrátil, a to když na sklonku předchozího dne inverze klesla do 800 m n.m. a na příští ráno přichystala bílou nádheru v podobě námrazy.

Měsíc byl snímán v 5:58 během astronomického soumraku necelé 2 hodiny před svým západem a 15° nad horizontem. Snímek ukazuje, jak bídného AS nad obzorem lze dosáhnout. Fotografie je zcela nepoužitelná a její bídnost je zřetelná i z malé webové náhledovky.

---

ELIMINACE ŠPATNÉHO ATMOSFÉRICKÉHO SEEINGU

Možná někoho napadá otázka, zda vedle způsobů výše zmíněných (optimální volba doby a místa snímání), lze vliv špatného AS nějak anulovat či zmírnit na úrovni zpracovatelské. K eliminaci AS existuje metoda skvrnkové interferometrie. Zjednodušeně ji lze popsat, že objekt je mnohočetně nasnímán velmi krátkým časem, během kterého nedojde vlivem seeingového pohybu obrazu k jeho rozmazání. Na každém snímku je objekt (či jeho část) zobrazen sice ostře, ale pokaždé mírně posunut v porovnání s předchozím snímkem. Jednotlivé snímky jsou poté zcentrovány a sečteny.

Z této metody můžeme vyjít a lehce ji modifikujeme pro náš účel k pořízení dobré a ostré fotografie Měsíce i za špatného AS. Zhotovíme proto několik stovek snímků, kdy získáme dokonale ostře vykreslený Měsíc. Ovšem vždy jen různou část na různém snímku. Pak zdrojové fotky zcentrujeme na sebe pomocí panovacího SW a získáme soubor se stejným počtem vrstev s přesným krytím. Teď už jen zbývá z každé vrstvy pro danou část Měsíce vybrat ten nejostřejší segment, což můžeme provést ručně a pracně nebo k tomu určeným softwarem (bohatě postačí focus-stackovací programy). Metodu jsem částečně testoval a funguje. V praxi mi ovšem přijde efektivnější i dobrodružnější počkat si na správnou noc. :-)

Je velmi důležité nezapomenout na vytemperování objektivu, pokud budeme fotografovat v extrémně nízkých teplotách. Objektiv může být z domova, auta nebo tepelně izolovaného batohu poměrně zahřátý. Při následném ochlazení o 30—40 °C různé části objektivu významně "pracují". V praxi to vypadá tak, že zaostříme na Měsíc a po pár minutách z něho máme v hledáčku jen divný světlý flek. Po ochlazení celé soustavy na okolní teplotu již zaostření "drží".

Pro jistotu připomínám nutnost pevného stativu s robustní hlavou, která spolehlivě udrží několik kilogramů vážící fotografickou soustavu a kabelovou spoušť. V neposlední řadě teplé oblečení a boty. Chlad umí práci a čekání v zimě hodně znepříjemnit, což VŽDY vyústí v odbytí celého fotografování a následný neúspěch.

---

ATMOSFÉRICKÝ SEEING V KRAJINĚ

Naposled si povíme o vlivu AS na krajinářskou fotografii, kde umí nemile překvapit. Vysvětlili jsme si jeho podstatu, tak proč by tomu při snímání krajiny silnějším teleobjektivem na vzdálenost řádově kilometrů mělo být za nepříznivých podmínek jinak? Obvykle již 400mm objektiv nám při neklidné atmosféře znemožní pořízení ostrého snímku na vzdálenost několik kilometrů.

Světelné paprsky se průchodem z jedné vzduchové masy do druhé velmi "zaklikatí". Představme si přímou linii v obraze, například sloup elektrického vedení. Tato linie je tvořena mnoha body, které k nám letí do objektivu (jedná se o světlo odražené, ale pro zjednodušení to nechme takto). Během letu se body průchodem nestabilní atmosférou natolik "roztancují" různými směry, že na fotografii již nevytvoří rovnou linii, ale spíše nepravidelně zprohýbanou vlnovku. Pokud expozice bude trvat déle (řádově desetiny sekundy místo setin), pak se body v důsledku svého "kmitání" natolik "zamíchají", že výsledná linie bude sice méně vlnitá, ale o to více rozostřená. Pokud silně fouká, většinou můžeme na fotografování teleobjektivy od 300 mm a výš v klidu zapomenout. Bohužel nejen když fouká, protože příroda umí překvapit a jako fotografové bychom to měli očekávat. Jednoho rána nedaleko Šumavy jsem se ocitnul v situaci, kdy i 200mm ohnisko bylo na vzdálenost přibližně 1 km nepoužitelné. Níže se podívejme na několik příkladů včetně podmínek, za jakých vznikly.

Obě dvě ukázky níže jsou fotografovány ze stejného místa, ve stejnou dobu a stejnou fototechnikou. Čím se liší, je především způsob průhledu atmosférou. Výsledné fotografie se technickou kvalitou velmi liší, ačkoliv u žádné z nich není dokonalá, což demonstrují NEDOOSTŘOVANÉ 100% výřezy níže pod ukázkami. Výsledky ukazují, jak nelze generalizovat nevhodnost atmosférických podmínek. Relevantní rozdíly obou expozic mající vliv na technickou kvalitu jsou vytučněny níže pod náhledy. Polehčující okolností jsou krátké expoziční časy 1/400 a 1/500 s. Fouká-li vítr, neopomeňme na nutnost stínit před větrem celou fotografickou soustavu, například deštníkem. U delších ohnisek je to nevyhnutelnou nutností. I tak tomu bylo v případě těchto fotografií. Žádný stativ tuto funkci nezastane !!! Disponuje-li náš fotoaparát živým náhledem (LiveView) s možností vyzoomování obrazu na 100 %, můžeme s nasazeným teleobjektivem účinky větru pozorovat. Případně LiveView využít k vyčíhnutí klidového momentu k exponování.   REMÍZKY MEZI HORNÍ ROKYTNICÍ A KONČINAMI složené panorama 10.142 x 5.533 pix, 400 mm (foto č.16a) WAWEL, SNĚŽNÉ JÁMY jednotlivý snímek 5616 x 3744 pix, 400 mm (foto č.17a) foceno z Kotle, 1435 m n.m., teplota -2 °C, vítr • směr JZ, k Horní Rokytnici, 650 m n.m. -19 °C • vzdálenost remízků 7,3 km • 30.12.2011, 10:38 hod. • Canon EOS 5DmkII, C 5.6/400 L USM • f/8 @ 1/400 sec., ISO 100 • • foceno z Kotle, 1435 mnm, tepl. -2 °C, vítr • směr SV, Sněžné jámy, 1483 mnm -2 °C • vzdálenost stavby 3 km • 30.12.2011, 10:46 hod. • Canon EOS 5DmkII, C 5.6/400 L USM • f/8 @ 1/500 sec., ISO 100 Zásadní příčina silné obrazové degradace je fotografování na velkou vzdálenost směrem do nížiny (o 800 metrů níže), kde bylo o téměř 20 stupňů chladněji. Světelné paprsky procházely neklidnými vzduchovými vrstvami. Zaměřme se na 100% výřez níže, zejména na "telegrafní" sloupy (a nejen ty). Tvary a nerovnosti nepotřebují komentář. Poloviční vzdálenost, stejná výšková hladina - předpoklady pro lepší výsledky nežli vlevo. S tímto objektivem lze ovšem za ideálních podmínek dosáhnout o řád lepšího výstupu. Zde byl na vině jednoznačně vítr a jím způsobený vzdušný "výfuk" z Labského dolu. 100% výřez ze středové části fotografie výše klikněte na foto (náhled zmenšen) NEDOOSTŘENO (foto č.16b) 100% výřez ze středové části fotografie výše klikněte na foto (náhled zmenšen) NEDOOSTŘENO (foto č.17b)

Jako poslední se podívejme na demonstrační fotografii pořízenou objektivem 2.8/200 L USM a z pohledu podmínek "vražedným" expozičním časem 1/13 sec. Ten umožnil seeingovému pohybu obrazu se plně uplatnit. Toho rána panovalo úplné bezvětří.

• vlevo - celkový záběr (foto č.18a)
• uprostřed - 100% výřez, ostřeno na levý smrk v popředí, vzdálený 100 metrů (foto č.18b)
• vpravo - 100% výřez, ostřeno na zadní les, vzdálený pouhých 1200 metrů(foto č.18c)

Na prostředním výřezu bylo ostřeno na blízký smrk, zatímco zadní les (12x dále) je proto rozostřen. Klíčový moment nalezneme na pravém výřezu, kde jsme ostřili sice na zadní les, ale ten je zde rozmazaný stejnou měrou. Proč? Seeingový pohyb obrazu v důsledku tetelícího se vzduchu les též rozostřil. Toho rána bylo bezvětří a za přední loukou bylo mělké údolí plné mlhy, do které se opíralo slunce. Máme-li na fotoaparátu k dispozici funkci živého náhledu (LiveView) s možností 100% vyzoomování, potom jsou nevhodné podmínky tohoto druhu pro zamýšlený snímek vždy patrné. Chvění vzduchu bylo v tomto případě pozorovatelné již pouhým okem.

Šumava (foto č.18a)

100% výřez z levého kraje ostřeno na přední smrk vzdálenost 100 m (foto č.18b)

100% výřez z levéhofotografie ostřeno na zadní les vzdálenost 1200 m (foto č.18c)

Na závěr úsměvné zakončení

Abychom se rozloučili nad tématem Měsíce. Jaký má smysl pořizování portrétní fotografie Měsíce? V konkurenci orbitálních dalekohledů máme nulovou šanci uspět. Jde jen o příjemně strávený pocit při honbě za dobrými podmínkami, což může každého bavit různě dlouho :-) Rozhodně je to ale v mnoha ohledech dobrý trénink ........