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.

Wypatrzenie zająca czy bażanta siedzącego bez ruchu i bardzo ładnie wtopionego w otoczenie też staje się banalnie proste bo przecież wtapianie się umaszczeniem w otoczenie i bezruch nijak nie wpływają na emitowanie ciepła. Tu po kolei widać jak najpierw wypatrzyłem ciepły punkt a następnie po zmniejszeniu dystansu okazało się, że ciepła plama to zając.

Z kolei na zdjęciu poniżej widać jak gołym okiem wygląda zając siedzący w miarę bez ruchu. Chyba każdy, przyzna, że różnica jest kolosalna i obok przyczajonego “szaraka” można przejść całkowicie obojętnie nie zdając sobie sprawy z faktu, że na nas patrzy i się ukrywa. Ciężko z kolei jest go przeoczyć korzystając z termowizji bo odcina się od tła jako cieplutkie zwierzątko.

A tu z kolei bażant ukryty w zaroślach

Każdy kto obserował trzciniaka czy wąsatkę siedzące w trzcinach, również wie, że na ogół ptaka słyszymy a dość ciężko jest go wypatrzeć. I tu również możemy sobie pomóc szukając ciepła. po chwili doskonale wiemy gdzie ptak siedzi, w którą stronę poleci i gdzie możemy się go spodziewać.

Kolejną zaletę odkryłem przy spotkaniu z lisami, skrytymi w norach czy w starej betonowej rurze Tu również mam możliwość bezinwazyjnej oceny sytuacji. O ile świecenie latarką do nory i sprawdzanie czy jest zamieszkała byłoby czymś karygodnym o tyle skierowanie termowizora w jej kierunku nie niepokoi zwierząt a my szybko możemy ocenić czy nora jest zamieszkana czy porzucona czy mieszka tam jakieś ciekawe zwierzę czy nie.

Największą radość dało mi odnalezienie kolonii nietoperzy w suchym drzewie. W ten sposób wygląda drzewo widziane nieuzbrojonym okiem:

Jeśli jednak popatrzymy na to za pomocą urządzenia pozwalającego dostrzec ciepło – okazuje się, że trafia do nas dużo więcej cennych informacji I tak moją uwagę przykuło ciepło emitowane z wnętrza pnia. Najpierw myślałem, że to po prostu nagrzany kawałek drzewa, jednak nie bardzo byłem w stanie odpowiedzieć sobie na pytanie dlaczego drzewo miałoby być cieplejsze w środku niż na zewnątrz. Odpowiedź była zaskakująca i jak się okazało znów zupełnym przypadkiem udało mi się zauważyć “coś żywego i ciepłego

Tego tematu jednak fotograficznie nie wykorzystałem, ponieważ na fotografowanie nietoperzy przy, którym istnieje ryzyko niepokojenia zwierzą należy mieć zezwolenie Wojewody a niestety byłem tam na tyle, krótko, że moje podanie rozpatrzone byłoby już po powrocie do domu. Stojąc w odległości od drzewa byłem w stanie zajrzeć do wnętrza pnia nieinwazyjnie i nie korzystając zjakiś dodatkowych źródeł światła. Z całą pewnością jednak, gdyby okoliczności dopisały i uzyskałbym wymaganą zgodę byłbym w stanie fotografować nietoperze wychodzące ze schronienia na żerowanie. Szanse na znalezienie takiej kryjówki bez termowizora oceniam na nikłe.

Wielokrotnie siedząc w czatowni zwierzak potrafił mnie zaskoczyć i pojawiał się niespodziewanie a ja nie wiedziałem skąd i od jak dawna tam stoi. Gdy wspomagam się termowizją już nie jest tak łatwo mnie zaskoczyć. Doskonałym przykładem mogą być niedźwiedzie w Finlandii pojawiające się niczym duchy na polanie, którą obserwowałem, Po kilku dniach siedzenia w czatowni okazuje się, że nasza spostrzegawczość zdecydowanie maleje. Jeśli jednak regularnie sprawdzamy otoczenie termowizorem wypatrzenie ciemnego niedźwiedzia siedzącego bez ruchu w ciemnym lesie jest banalnie proste. Potem wystarczy go obserwować i czekać na moment kiedy pojawi się w polu widzenia obiektywu.

Mając taką informację jestem przygotowany na odwiedziny niedźwiedzia i mam więcej czasu na przemyślenie kadru. Co więcej również po nocy mogę cieszyć się obserwacją zwierząt. Wprawdzie zdjęcia nie uda mi się wykonać w całkowitej ciemności ale popatrzeć i popodziwiać zachowanie zwierząt już mogę.

Ceny tych urządzeń są bardzo różne i zaczynają się od kilku tysięcy złotych a kończą na kilkudziesięciu tysiącach jeśli mówimy o zastosowaniach dla wojska. Moim zdaniem z punktu widzenia fotografa najlepszym rozwiązaniem wydaje się monokular. Jest mały, poręczny i można go włożyć do torby lub kieszeni. Zasilany może być z wewnętrznego akumulatora bądź na baterie. Oba rozwiązania mają plusy i minusy. Plus rozwiązania bateryjnego jest taki, że w terenie zawsze możemy je wymienić a z doładowaniem akumulatorów może być problem, choć w dzisiejszych czasach mamy możliwość zabrania wydajnego powerbanka.

Testowałem dwa urządzenia https://www.hikmicrotech.com/en/product-c-detail/1 i https://www.hikmicrotech.com/en/product-c-detail/9 i zdecydowanie ten drugi przypadł mi bardziej do gustu. Wprawdzie jest większy, cięższy i posiada wiele niepotrzebnych funkcji dla fotografów takich jak możliwość zamontowania na szynie RIS w broni palnej albo ustawianie krzyża celowniczego to jednak praca nim była dużo dużo bardziej przyjemna, obraz bardziej klarowny i czytelniejszy, Mimo wszystko za luksusy trzeba płacić i na Thundera trzeba wydać więcej niż za najprostszego LYNXa.

Oprócz korzystania z monokularu trzymanego w ręku sporo czasu pracowałem również w ten sposób, że termowizor montowałem w obróconej stopce obiektywu. Miałem więc aparat z teleobiektywem przygotowanym do robienia zdjęć a kilka centymetrów nad wizjerem aparatu znajdował się wizjer monokularu. Podnosząc głowę zaglądałem w termowizor i skanowałem okolicę a opuszczając ją o kilka centymetrów błyskawicznie przechodziłem do fotografowania.

Mimo mojego sceptycyzmu i przekonania moich kolegów po fachu, że nie ma szans zauważyć mniejsze zwierzęta już pierwszego dnia użytkowania byłem zaskoczony możliwościami termowizora

Zarówno Lynx jak i Thunder dają możliwość filmowania i fotografowania – oczywiście jest to niewielka rozdzielczość i nadaje się bardziej do dokumentacji niż do druku. Istnieje rownież możliwość połączenia termowizji ze smartfonem i wówczas możemy sterować urządzeniem z poziomu telefonu. Takie rozwiązanie stosowałem choćby sprawdzając nory. Żeby nie kłaść się przed norą delikatnie kierowałem w jej kierunku termowizor trzymany na monopodzie a na ekranie smartfona sprawdzałem czy w norce znajduje się coś ciepłego czy nie. Oczywiście taki sposób sprawdza się tylko w przypadku nor, które nie zakręcają, bo jeśli borsuk czy lis siedzi za zakrętem to nie ma możliwości aby coś zobaczyć. Jednak urządzenia są tak czułe, że czasem widać również ślady łapek albo miejsce, gdzie niedawno zwierzak się załatwił. Odpada nam więc dość nieprzyjemny a sprawdzony traperski sposób na ocenę czy odchody zwierząt są świeże i jeszcze ciepłe czy już nie 🙂

Projekt zrealizowany we współpracy z Panem Marcinem Dobasem, fotografem National Geographic.

Tekst: Marcin Dobas

Zdjęcia: Marcin Dobas

Oryginalny artykuł znajdziesz tutaj: https://dobas.art.pl/blog/termowizja-w-fotografii/