[科普中國]-水下攝影機(jī)

水下攝影機(jī)（underwater movie camera），采用高質(zhì)量電纜為視頻傳輸控制線，外加控制箱，放線絞車等輔助控制設(shè)備組成的水下攝像系統(tǒng)。主要應(yīng)用于石油、深水探測，水下作業(yè)，海洋漁業(yè)等水下領(lǐng)域。

照明水下攝影師會面臨的主要問題有，拍攝物顏色和對比度的損失。較長波長的陽光（如紅色或橙色）被周圍的水分迅速吸收，所以即使是肉眼看，也都呈現(xiàn)藍(lán)綠色。顏色的損失程度與光線垂直、水平穿過都有關(guān)，因此對從照相機(jī)看較遠(yuǎn)也出現(xiàn)無色和模糊。這種效應(yīng)發(fā)生在明顯的清澈的水中，例如熱帶珊瑚礁周圍的水。1

水下攝影師通過結(jié)合兩種技術(shù)來解決這個問題。首先是讓攝像機(jī)盡可能靠近拍攝對象，盡量減少水平的色彩損失。許多嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃聰z影師認(rèn)為拍攝距離超過約一米是不能接受的。第二種技術(shù)是使用閃光燈恢復(fù)色彩損失的深度，通過提供全光譜可見光照射到整個曝光中，從而彌補(bǔ)顏色。

另一個環(huán)境影響是能見度范圍。水很少清澈，溶解和懸浮的物質(zhì)可以通過光的吸收和散射來降低能見度。

設(shè)備有些相機(jī)是為水下使用而制造的，包括現(xiàn)代防水?dāng)?shù)碼相機(jī)。1963年的尼康為水下使用而設(shè)計的第一個水陸兩用相機(jī)是卡里普索。用于干式作業(yè)的照相機(jī)也可以在水下工作，由附加的外殼保護(hù)，這些附加的外殼是用于點(diǎn)對點(diǎn)照相機(jī)，具有全曝光控制的小型照相機(jī)和單鏡頭反光照相機(jī)（SLR）。大多數(shù)這種外殼是相機(jī)專用的。材料范圍從相對便宜的塑料到高價鋁。外殼允許有多種選擇：用戶可以選擇特定于其日常“陸地”攝像機(jī)的外殼，并使用任何鏡頭。水下攝影師通常使用廣角鏡頭或微距鏡頭，這兩者都可以實(shí)現(xiàn)近距離對焦，因此與被攝體的距離更短，這減少了散射而帶來的清晰度損失。數(shù)字媒體比標(biāo)準(zhǔn)電影（每卷很少有超過36幀）可以容納更多的鏡頭。這給數(shù)碼相機(jī)帶來了好處，因?yàn)樵谒赂鼡Q膠片是不切實(shí)際的。

水下外殼有控制旋鈕和按鈕，可以到達(dá)攝像機(jī)內(nèi)部，從而可以使用其大部分正常功能。這些外殼也可能有連接器來連接外部閃光燈。一些基本的外殼允許在相機(jī)上使用閃光燈，但是板載閃光燈可能不夠強(qiáng)大或不適合放置在水下使用。更先進(jìn)的外殼可以通過光纖電纜重新定向板載閃光燈發(fā)射從屬閃光燈，或者物理防止使用閃光燈。外殼由硅膠或其他彈性體O型圈防水在關(guān)鍵的關(guān)節(jié)以及控制主軸和按鈕通過殼體的位置。高端外殼可能會在許多關(guān)鍵按鈕和主軸上使用雙重O型環(huán)，以減少泄漏的風(fēng)險，從而損壞攝像機(jī)中的電子元件。有些相機(jī)本質(zhì)上是防水的，或潛水深度較淺;當(dāng)這些在潛水器殼體內(nèi)時，小泄漏的后果一般不嚴(yán)重。2

在使用攝像機(jī)存在光學(xué)問題。由于折射，通過玻璃端口的圖像將被扭曲，尤其是廣角鏡頭。一個圓頂形或魚眼端口糾正這種失真。大多數(shù)制造商為他們的外殼制造這些圓頂端口，通常將其設(shè)計成與特定鏡頭一起使用以使其效果最大化。Nikonos系列允許使用被設(shè)計為水下使用的水接觸光學(xué)鏡頭，在空氣中使用時無法正確對焦。一些數(shù)碼相機(jī)也存在問題，這些數(shù)碼相機(jī)內(nèi)置的鏡頭不夠?qū)?為了解決這個問題，除了圓頂端口之外，還有用輔助光學(xué)元件制成的外殼，使之更加明顯視角更寬。有些外殼使用濕式耦合鏡頭，這些鏡頭擰在鏡頭端口的外面，增加了視野;這些鏡頭可以在水下添加或移除，允許在同一個潛水中進(jìn)行微距拍攝和廣角拍攝。

使用微距鏡頭時，由折射引起的失真不成問題，因此通常使用簡單的平面玻璃端口。折射增加了微距鏡頭的放大倍數(shù)，這可以試圖捕捉非常小的主題。

水下閃光使用閃光燈通常被認(rèn)為是水下攝影最困難的方面。對于水下閃光燈的正確使用存在一些誤解，特別是涉及到廣角攝影。一般來說，閃光燈應(yīng)該用來補(bǔ)充整體曝光，并恢復(fù)丟失的顏色，而不是作為主要光源。在諸如洞穴內(nèi)部或沉船的情況下，廣角圖像可以100%閃光，但這種情況相當(dāng)少見。通常，攝影師試圖在可用的陽光之間創(chuàng)造美學(xué)平衡和閃光燈。深、黑或低能見度的環(huán)境可以使這種平衡更加困難。許多現(xiàn)代相機(jī)已經(jīng)通過各種自動曝光模式和使用透鏡（TTL）測光簡化了這個過程。由于用戶可以即時查看照片并進(jìn)行調(diào)整，因此數(shù)碼相機(jī)的使用日益增多，大幅度降低了水下閃光的適應(yīng)曲線。

當(dāng)它在水中穿行時，顏色被吸收，所以越深，紅色，橙色和黃色的顏色就越少。閃光燈取代了這種顏色。它也有助于提供陰影和紋理，是創(chuàng)造力的寶貴工具。3

另外一個復(fù)雜的現(xiàn)象是反向散射現(xiàn)象，閃光反射掉水中的微?；蚋∮紊?。即使看起來清澈的水中含有大量的這種微粒，即使肉眼不容易看到。避免后向散射的最佳方法是將閃光燈從相機(jī)鏡頭的軸線上移開。理想情況下，這意味著閃光燈不會直接在鏡頭前面點(diǎn)亮水分，但仍然會撞擊到主體。使用各種鉸接臂和附件系統(tǒng)使非相機(jī)閃光燈更容易操作。

使用微距鏡頭時，攝影師更可能使用100%閃光燈進(jìn)行曝光。拍攝對象通常非常接近鏡頭，可用的陽光通常是不夠的。4

有一些嘗試完全避免使用閃光燈，但這些大多都失敗了。在淺水中，使用自定義白平衡可以在不使用頻閃的情況下提供出色的色彩。從理論上講，人們可以使用彩色濾光片來克服藍(lán)綠偏移，但是這可能是有問題的。移位量隨著深度和濁度而變化，并且對比度仍然會有明顯的損失。許多數(shù)碼相機(jī)的設(shè)置將提供色彩平衡，但這可能會導(dǎo)致其他問題。例如，向光譜的“溫暖”部分偏移的圖像可以產(chǎn)生呈現(xiàn)灰色，紫色或粉紅色的背景水，并且看起來不自然。在一些高端數(shù)碼相機(jī)上使用濾鏡和原始圖像格式功能進(jìn)行了一些成功的實(shí)驗(yàn)，可以在數(shù)字暗室中進(jìn)行更細(xì)致的操作。這種方法可能總是被限制在較淺的深度，而顏色的損失則不那么極端。盡管如此，對于諸如不能用閃光燈有效點(diǎn)亮的沉船等大型物體也是有效的。

在向上剪影，光線以及鯨魚和海豚等大型物體拍攝對象時，水下自然光攝影可以很美麗。

雖然數(shù)碼相機(jī)已經(jīng)徹底改變了水下成像的許多方面，但閃光燈不可能完全被消除。從美學(xué)的角度來看，閃光強(qiáng)調(diào)主題，并有助于從藍(lán)色的背景，特別是在更深的水中分開。最終，顏色和對比度的損失是一個普遍的光學(xué)問題，不能總是在諸如Photoshop之類的軟件中進(jìn)行調(diào)整。

分割圖像另一種被認(rèn)為是水下攝影的一部分的形式是上/下或分割的圖像，其構(gòu)成包括大致一半以上的表面和半個水下的兩個焦點(diǎn)。傳統(tǒng)技術(shù)的先驅(qū)之一是國家地理攝影師David Doubilet，他用它來捕捉場景上下的場景。拆分圖像在娛樂性水肺潛水雜志中很受歡迎，通常顯示潛水員在船下游泳，或在背景中看到海岸線的淺珊瑚礁。

上/下拍攝提出了一些超出大多數(shù)水下照相機(jī)系統(tǒng)范圍的技術(shù)挑戰(zhàn)。通常使用超廣角鏡頭，類似于日常水下攝影中使用的方式。但是，圖像的上述水部分的曝光值通常比水下部分更高（更亮）。水下部分也存在折射問題，以及它如何影響與空氣部分有關(guān)的整體焦點(diǎn)。有專門的分割濾鏡設(shè)計來補(bǔ)償這兩個問題，以及在整個圖像上創(chuàng)建均勻曝光的技術(shù)。

然而，專業(yè)攝影師經(jīng)常使用非常廣泛的或魚眼鏡頭，提供了廣泛的景深- 和一個非常小的光圈更深入的景深;這是為了讓人接受的清晰的焦點(diǎn)，既在附近的水下主題和更遙遠(yuǎn)的水上的元素。外部閃光燈也可以在低水平的環(huán)境下非常有用，以平衡光線：克服水上和水下元件的亮度差異。

David Doubilet在尼康公司的采訪中解釋了他的技術(shù)?！澳阈枰褂肈-SLR和一個超廣角或魚眼鏡頭和一個復(fù)雜的房屋，有一個圓頂，而不是一個平坦的港口，水下圖像放大了25%，圓頂會糾正，技術(shù)需要一個小的f / stop-f / 16或更小的景深，再加上一個能夠近距離聚焦的鏡頭;你總是關(guān)注水線以下的物體，還必須平衡光線。一個輕的底部白色的沙子是最好的，或者是一個水下光線的物體，我會把閃光燈放在下面，然后點(diǎn)亮底部，然后曝光頂部，如果你拍攝ISO 400，你會有很多曝光的頂部，閃光燈將照顧底部。當(dāng)然，

數(shù)字暗房技術(shù)也可以用來將兩幅圖像“合并”在一起，形成一個超/低的鏡頭。

技能和培訓(xùn)由于水下攝影經(jīng)常在潛水時進(jìn)行，因此，潛水?dāng)z影師必須具備足夠的技能，以保持合理安全的活動。良好的潛水技術(shù)也提高了圖像的質(zhì)量，因?yàn)楹Ｑ笊锊惶赡鼙黄届o的潛水員嚇跑，環(huán)境不太可能被損壞或受到干擾。有可能遇到惡劣的條件，如大潮，潮汐或能見度低。水下攝影師通常盡量避免這些情況。水下潛水培訓(xùn)提供者提供課程，以幫助提高潛水員的潛水技巧和水下攝影技能。5

時間表1856年 -威廉·湯普森（William Thompson）用安裝在桿子上的相機(jī)拍攝了第一批水下圖片。

1893年 -Louis Boutan在Banyuls-sur-Mer拍攝水下照片，同時使用地面提供的安全帽潛水裝備潛水。他還利用電磁鐵開發(fā)了一種水下閃光和深水遙控。

1914年 -約翰·歐內(nèi)斯特·威廉姆森在巴哈馬拍攝了第一部水下電影。

1926年 -威廉·哈?。╓illiam Harding）朗利和查爾斯·馬丁（Charles Martin）用鎂閃光燈拍攝了第一張水下彩色照片。

1940年 -布魯斯·莫澤特開始在佛羅里達(dá)州的銀泉市拍攝照片

1957年 -CALYPSO-PHOT相機(jī)由Jean de Wouters設(shè)計，由Jacques-Yves Cousteau推廣。它于1963年在澳大利亞首次發(fā)行，最高可拍攝1/1000秒的快門速度。類似的版本稍后被產(chǎn)生尼康作為Nikonos，最大1/500秒的快門速度和成為最暢銷的水下攝像機(jī)系列。

1961年 -圣地亞哥水下攝影協(xié)會成立，是最早致力于推進(jìn)水下攝影的組織之一。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王強(qiáng) - 副教授 - 西南大學(xué)