Termowizja w fotografii

Termowizja w fotografii

 

Zobaczyć niewidoczne

 

Świat postrzegamy przez pryzmat naszych zmysłów.  Jednym z nich jest zmysł widzenia. Niestety w odbiorze tego co mówi nam wzrok popełniamy zasadniczy błąd.  Wydaje nam się, że świat jest taki jak go widzimy.  Jednak to, że czegoś nie potrafimy zobaczyć, nie sprawia, że tego nie ma. 

Nasz zmysł wzroku reaguje na bardzo wąski wycinek widma. Nie potrafimy widzieć w nadfiolecie, co potrafią owady. Na promieniowanie podczerwone reagujemy jedynie zmysłem dotyku ale widzą w nim niektóre węże. Rozpoznajemy kolory. Owszem. Nie wiemy jednak, czy wszyscy widzimy kolory tak samo. Czy długość fal elektromagnetycznych o długości odpowiadającej zieleni trawy ja widzę w postaci zieleni identycznej jak Ty, Drogi Czytelniku. Bo prawda jest taka, że to nie oko ale dopiero mózg po otrzymaniu sygnału decyduje o tym jaki kolor trawy widzimy.  Wiemy natomiast, że ten sam kwiat zupełnie inaczej wygląda dla pszczoły a inaczej dla człowieka. Szkoda jednak czasu na dywagacje jak on wygląda “naprawdę”  gdyż zarówno dla nas jak i dla pszczoły ten kwiat naprawdę tak wygląda.

Zastanówmy się raczej czy możliwe jest poszerzenie możliwości naszych zmysłów. Oczywiście, że tak. Każdy wie, że czuły mikrofon da nam możliwość podsłuchania rozmowy dwóch odległych osób, makrofotografia pozwoli dostrzec szczegóły budowy oka ważki a teleobiektyw wyłuska na polanie sarnę, niedostrzegalną gołym okiem.

 Ale nam nie oto chodzi.

Marzy nam się rozszerzenie zakresu fal promieniowania elektromagnetycznego i widzieć w nadfiolecie i podczerwieni. Czy jest to możliwe?

Przynajmniej w zakresie fal dłuższych , czyli w podczerwieni, tak.

Podczerwień w fotografii znana jest od dawna. Jeśli ktoś sam tego nie robił, to przynajmniej widział efekty  w postaci dziwnie, niemal bajkowo wyglądających krajobrazów. Szczególnie atrakcyjnie wygląda na tych zdjęciach zieleń liści oddawana przez emulsję jako biel. Tu sprawa jest prosta zarówno filtry IR /infra red/ jak i błony są powszechnie dostępne.

My jednak porozmawiamy o innym wykorzystaniu tego promieniowania.

Termowizja

Apic/Getty Images

Zacznijmy od  podczerwieni. To fale elektromagnetyczne o długości pomiędzy promieniowaniem widzialnym a falami radiowymi. Tu mała dygresja. Dlaczego nadfiolet i podczerwień? Otóż kiedy Newton po raz pierwszy rozszczepił pryzmatem światło słoneczne widmo , które otrzymał na ścianie ułożone było pionowo. Na górze był fiolet na dole czerwień. Dlatego o promieniowaniu o długości fal krótszych niż światło widzialne mówimy nadfiolet a dłuższych podczerwień. Oczywiście Newton ich nie widział ale one tam były.

 

 Wracając do podczerwieni. Powodem, dla którego łatwiej i sensowniej jest zbudować przyrząd widzący w podczerwieni jest powszechność źródeł tego promieniowania. Inną jego nazwą jest promieniowanie cieplne, gdyż każde ciało o temperaturze wyższej niż zero Kelwinów  je emituje. Każde. Ja, Ty, niedźwiedź, sowa, mysz czy ryś. Drugą bardzo istotną cechą tego promieniowania jest to, że przenika  przez przeszkody przez, które nie przenika promieniowanie widzialne. Człowieka przykrytego siatką maskującą nie zobaczymy wykorzystując nasz wzrok ale zobaczymy w podczerwieni. Dlaczego? Bo zobaczymy jego ciepło, przed pokazaniem, którego bardzo ciężko jest uciec. 

Zwierzęta zmiennocieplne mają zazwyczaj inną temperaturę ciała niż otoczenie w którym się znajdują. Jeśli szukamy jakiegoś zwierzaka aby go sfotografować niejednokrotnie musimy się długo namęczyć. Ptak w trzcinach zlewający się barwą z otoczeniem, lis polarny na śniegu, zastygły w bezruchu ryś przyczajony w kępie traw i krzewów. Sowa siedząca na gałęzi. Wiele zwierząt korzysta z maskowania bo to zapewnia im bezpieczeństwo. Niestety dla fotografów to dość duże utrudnienie. Spędzamy mnóstwo czasu aby wytropić jakiegoś zwierzaka, niejednokrotnie nawet przechodzimy tuż obok niego i nie potrafimy go zauważyć. Dlaczego? Dlatego, że na tym właśnie polega maskowanie. Oczywiście czasem mamy szczęście i zwierzakowi maskowanie nie za bardzo wychodzi bo nie zorientował się na przykład, że nie ma już śniegu, ale zazwyczaj jednak dobrze zamaskowany zwierzak jest trudny do zauważenia.

 

Okazuje się, że w bardzo prosty sposób możemy to zmienić wykorzystując podczerwień. Wystarczy sięgnąć po termowizor. To małe urządzenie, pozwala nam zobaczyć promieniowanie podczerwone czyli mówiąc kolokwialnie zaczynamy “widzieć ciepło”. Doskonale zamaskowane zwierzę niewidoczne gołym okiem nagle jest widoczne jako czerwona plama na niebieskim tle. Biały niedźwiedź polarny leżący na śniegu przestaje być białą plamą na białym tle ale staje się świecącym punktem odcinającym się od otoczenia. Nietoperze schowane i niewidoczne w ciemnym wnętrzu pękniętego drzewa zaczynają być widoczne jako intensywnie świecące kształty.

Za każdym razem, gdy trzymam przy oku to urządzenie okazuje się, że w zasadzie żadne maskowanie zwierząt nie działa, ponieważ zwierzęta nie dopasowywują się swoją temperaturą do otoczenia tylko swym wyglądem.

Czas, który poświęcam na to aby wypatrzeć zwierzaka staje się dużo krótszy. Kiedy fotografowałem rysia w Puszczy Piskiej spędziłem ponad tydzień aby skierowanie obiektywu w kierunku kota miało jakikolwiek sens. Za każdym razem gdy zwierzę mnie widziało – znikało gdzieś w krzakach. Mam stuprocentową pewność że mimo iż go nie widziałem, on widział mnie doskonale. Sytuacja zmieniła się którejś nocy gdy pakując sprzęt fotograficzny poświęciłem czołówką przed siebie – wówczas jego pozycja została zdradzona przez parę wpatrujących się we mnie oczu. Tylko dzięki temu, że światło latarki odbijało się od oczu byłem w stanie go zauważyć. Gdybym wtedy miał termowizor w ciągu dnia znalazłbym go równie łatwo co tamtego wieczora.

Termowizor już od dłuższego czasu okazał się skuteczny w zastosowaniach wojskowych i taktycznych, a lunety oraz monokulary termowizyjne okazały się równie przydatne dla myśliwych. Zapewniają doskonałą widoczność nawet przy skrajnie niesprzyjających warunkach takich jak mgła czy brak światła aby można było łatwo dostrzec swój cel. Doskonale działa nawet w całkowitej ciemności. My na szczęście do zwierząt strzelamy tylko z migawki ale, skoro służby takie jak wojsko, czy straż graniczna, wykorzystują urządzenia termowizyjne i noktowizyjne. To czemu nie zacząć korzystać z tego w fotografii przyrodniczej?

 

Spośród dwóch urządzeń, które wspomniałem skoncentruję się na termowizji. Noktowizory za bardzo nam się nie przydadzą, ponieważ tylko wzmacniają sygnał. Można to porównać to wysokoczułego materiału światłoczułego. Gdy w danych warunkach oświetleniowych wykonamy zdjęcie na filmie o czułości 100 ASA i będziemy mieli czarne zdjęcie to na filmie o czułości ISO 12800 – będziemy mogli dostrzec jakieś detale. Jeśli jakieś zwierze jest schowane w zaroślach to noktowizor nie pomoże nam w tym aby je znaleźć. 

Zupełnie inaczej wygląda sprawa z termowizorami. Każdy przedmiot cieplejszy od środowiska, w którym się znajduje odcina się od otoczenia i jest wyraźnie widoczny.
Ryś schowany w zaroślach świeci niczym żarówka. Niedźwiedź leżący na skałach odcina się od tła. Jeśli skanując otoczenie zauważam gdzieś cieplejsze miejsca najprawdopodobniej jest to zwierzak. Piszę najprawdopodobniej bo może to być nagrzany słońcem głaz czy kłoda, więc potem trzeba sprawdzić to miejsce korzystając z lornetki czy teleobiektywu ale znalezienie najdrobniejszego zwierzaka staje się bardzo łatwe. Tak łatwe, że nawet mysz siedząca bez ruchu, czy kuropatwa przyczajona na zaoranym polu  widoczna jest jak na dłoni mimo iż gołym okiem nie jesteśmy w stanie jej znaleźć póki się nie poruszy. 

 

Jak to działa ?

Termowizja, wykorzystuje zjawisko bezkontaktowej detekcji promieniowania o długości fal od ok. 0,9 μm do 14 μm. Można to porównać do termometru bezdotykowego, który z pewnej odległości jest w stanie wykryć ciepło. Kamera termowizyjna może zatem rejestrować promieniowanie cieplne emitowane przez ciała fizyczne. Jako, że każde zwierzę emituje takie promieniowanie to energia cieplna jest tym, co widzi użytkownik termowizora. Tu warto wspomnieć, że widoczne również mogą być zwierzęta zmiennocieplne, bo one też różnią się temperaturą od otoczenia pod warunkiem, że nie jest to na przykład ryba w wodzie 🙂 Zatem urządzenie wykrywa różnice w poziomie ciepła obiektu i otoczenia. Sytuacja komplikuje się w upalny dzień, bo różnica temperatury jest mniejsza zaś o wschodzie, w nocy czy zimą skuteczność termowizora jest większa. Nic dziwnego, skoro większa jest różnica temperatury między sarną a śniegiem niż między sarną a nagrzaną do kilkudziesięciu stopni ziemią.

Technologia wykorzystywana w termowizorach nazywa się Forward-Looking Infrared. Soczewka znajdująca się wewnątrz lunety, czy monokularu zbiera padające promienie podczerwone, kieruje je na czujnik  a elektronika i oprogramowanie  tworzą termogram, który jest z kolei wyświetlany na elektronicznym wizjerze, tak aby można było ten obraz zobaczyć.

Przed sięgnięciem po urządzenie bardzo sceptycznie podchodziłem do kwestii czułości urządzenia. Jest to kluczowa sprawa jeśli termowizja ma nam pomóc wytropić zwierzaka. Czy da się zauważyć w ten sposób małego ptaka, albo małe zwierzę w gęstwinie liści? Już pierwsze testy w domu pokazały, że możliwości są olbrzymie. Kilkadziesiąt sekund po tym jak mój kot odszedł od miski z jedzeniem na podłodze cały czas widać było ślady łapek, a po każdym przejściu po podłodze utrzymywały się ślady stópek.

 

Mamy możliwość ustawienia palety barw w jakiej wyświetlany będzie nasz obraz. Cieplejsze fragmenty mogą być pokazywane jako ciemniejsze od otoczenia, jako jaśniejsze od otoczenia lub możemy korzystać z ustawienia gdzie ciepłe fragmenty są żółte a zimne fioletowe. Od nas zależy, który sposób wyświetlenia wybierzemy i z którym będzie nam się najlepiej pracowało. Dodatkowa opcja, którą możemy włączyć to zaznaczenie na czerwono najcieplejszych fragmentów obrazu lub w przypadku Thundera dodatkowe zaznaczenie ich zielonym krzyżykiem.

Obsługa wymaga też obycia ze sprzętem i musimy się trochę zaprzyjaźnić z urządzeniem. Pamiętać należy, że nie tylko zwierzaki są ciepłe a nagrzany kamień albo kawałek drewna leżący na polu również będzie widoczny jako cieplejszy. Musimy więc nauczyć się odróżniać takie elementy nieożywione od żywych. Wystarczy chwilkę się przyjrzeć i zobaczyć, czy obiekt się porusza, ewentualnie przyjrzeć się mu korzystając z lornetki lub teleobiektywu.

 

Termowizja w fotografii

Tak jak wspomniałem wcześniej dzięki temu niewielkiemu urządzeniu mamy możliwość szybkiego przeszukiwania otoczenia i odnalezienia ciepłych punktów. Gdy zacząłem używać termowizora było dla mnie wielkim zaskoczeniem jak wiele zwierząt znajduje się obok mnie i w ogóle ich nie dostrzegam. Nie mówię tu tylko o zamaskowanych ptakach, ale również wystający kawałek głowy sarny w polu zboża, zając siedzący bez ruchu. Szybkie przeskanowanie otoczenia za pomocą termowizji daje mi od razu pogląd czy w mojej okolicy jest coś czym powinienem się zainteresować. Zauważenie lisa przyczajonego w trawie nie jest już takie trudne.