Самым желанным объектом ночной фотоохоты на природе является красивое звездное небо. В городе такого не найти из-за яркого городского освещения. Выбор удачного места для съемки ночного неба — это главный залог успеха.
Именно поэтому все современные обсерватории находятся высоко в горах, а самые красивые «звездные» пейзажи фотографы привозят из горных походов. Также подойдет открытое пространство в поле или у реки, подальше от населенных пунктов.
Как вы уже поняли, первый критерий выбора места съемки звездного неба довольно технический — отсутствие так называемого «светового шума» или «светового загрязнения», т.е. искусственного освещения.
Существует даже специальные карты светового загрязнения неба, по которым и ориентируются астрофотографы для поиска подходящего места съемки ночного неба. Например, по этой ссылке вы найдете карту светового загрязнения неба над Московской областью.
Или же использовать вот такую удобную интерактивную карту светового загрязнения http://www.blue-marble.de/nightlights/2012
Если вам доведется отправить в Волгоградскую или Ростовскую область, потрясающие ночные пейзажи получаются на берегах Дона.
(Фото сверху: Выдержка — 38 минут)
Автор фотографий — Денис Богомолов
Что взять с собой?
Кроме зеркального фотоаппарата, вам понадобятся:
Подходящий объектив, предпочтительнее широкоугольник (14мм, 15 мм, 20мм или 24мм). Хотя, важно понимать, что использовать можно абсолютно любую оптику. Ведь главное — это хорошая фантазия и истинное желание добиться ожидаемого результата. Однако от выбора фокусного расстояния будет напрямую зависеть технический момент — выбор выдержки.
У астрофотографов выработано следующее правило выбора выдержки:
Для съемки статических звезд (чтобы звезды выглядели как точки, а не в виде треков, в движении) необходимо выбрать выдержку не длинее 600 / Фокусное Расстояние объектива (мм) = Выдержка (сек) (для кроп-камер используйте Эффективное фокусное расстояние объектива, т.е. Ф Р * кроп-фактор вашей камеры)
Например, если вы фотографируете на фулфрейм с объективом 20 мм, то 600 / 20 = 30 сек — т.е. для съемки статичных звезд рекомендуется выставлять выдержки короче 30 сек.
Если вы фотографируете на кроп с кроп-фактором 1,6 и используете объектив с ФР 15 мм, то эффективное фокусное расстояние будет равно 1,6*15 мм = 24 мм. Теперь рассчитываем предельную выдержку 600 / 24 мм = 25 сек.
Штатив для стабилизации камеры. Для съемки ночного неба без штатива не обойтись. Снимать придется на длинных выдержках (от 5-10 сек до 30-60 мин). Вы физически не сможете удерживать камеру в руках без риска появления шевеленки даже в течение 3-5 секунд. Для съемки ночного неба подойдет практически любой, даже самый недорогой штатив. Для дополнительной устойчивости можно использовать грузики, мещочки с песком или просто закопать ножки штатива в грунт или песок. Так даже порывы ветра не смогут помешать вам получить ночной шедевр.
Но чем тяжеловеснее и солиднее сам штатив, тем он будет надежнее и устойчивее (но и нести его на себе будет гораздо тяжелее).
Пульт дистанционного управления спуском или спусковой тросик — для того чтобы избежать дрожания камеры в момент нажатия на кнопку спуска. Для одиночных кадров можно воспользоваться встроенным таймером, установив его на 2-3 секунды (режим съемки с задержкой спуска). Но для серии снимков тросик все же удобнее, т.к. позволяет задать интервал съемки от нескольких секунд до нескольких часов. Тут техника управления спуском подобна технике съемки тайм лапс.
Фильтры. Градиентные нейтрально серые светофильтры иногда (особенно в безлунные ночи) помогают выровнять перепад яркости между ярким звездным небом и темным окружающим ландшафтом. Также проблему разницы в освещенности можно решить при помощи использования дополнительной подсветки — вспышки или фонаря.
Вспышкой или фонариком можно подсвечивать отдельные объекты, детали переднего плана. Карманный фонарик также поможет вам добраться в темноте до предполагаемого места съемки и придет на помощь при попытках сфокусироваться в кромешной темноте.
Набор для чистки оптики или мягкая чистая ткань (подойдет х/б футболка). Ночью влажность воздуха выше, поэтому на передней линзе объектива периодически может появляться конденсат.
Запасной аккумулятор, или даже два) Для удобства можно использовать батарейный блок. При съемке на длинной выдержке расход энергии намного больше, поэтому и разряжается аккумулятор быстрее обычного.
Чтобы ночное путешествие в поисках красивых пейзажей не превратилось в пытку, возьмите с собой:
Теплую одежду. Ночь всегда холоднее дня, даже летом, поэтому теплая кофта или ветровка лишними не будут. Предварительно посмотрите прогноз погоды.
Бутерброд и термос с чаем (а лучше кофе) помогут согреться и поддержать силы.
Телефон, планшет или ноутбук помогут скоротать время, пока камера установлена на серийную съемку или установлены выдержка на 30-60 мин (а тем более длиннее).
Идеальные условия для фотосъемки
Одним из главных условий является прозрачность звездного неба. На нее влияют:
Высота над уровнем моря. Чем тоньше слой атмосферы над головой, тем небо прозрачнее. По мере подъема в гору снимки будут становиться все лучше. Это еще одна из причин, почему многие астрофотографы предпочитают отправлять в горы для охоты за ночными пейзажами.
Также чем ближе к экватору, тем небо прозрачнее. Но это не значит, что нужно паковать чемоданы отправлять в дальние края — красивые кадры можно получить на родных просторах.
После дождя. Дождь прибивает пыль к земле, очищая воздух и улучшая видимость. Поэтому хорошо фотографировать сразу после окончания дождя.
Световое загрязнение (или световой шум) – это совокупность избыточного освещения от любых промышленных источников света, о которой мы говорили в начале статьи.
Облачность — даже малозаметные облака не лучшим образом влияют на результат, выбирайте для съемки ясную и темную ночь.
Фаза Луны. Луна тоже очень красиво получается на фотографиях ночного неба, но если вы хотите сфотографировать именно звезды, то лучше запланировать съемку при молодой Луне или во время ее отсутствия. Луна находится гораздо ближе к Земле, чем звезды, поэтому она оказывается гораздо ярче большинства звезд.
Ночью также есть свое «Солнце» — это Луна. И сказать по правде, лунные рассветы и закаты бывают не менее эффектными, чем солнечные. Если говорить о лунном освещении, то тут действуют все те же законы и правила, что и в светлое время суток. Послевосходное и предзакатное лунное освещение идеально подходят для фотосъемки. Свет в это время очень мягкий, объемный, окрашивает окружающие ландшафты в теплые (иногда даже красноватые) тона.
Время же, когда Луна (особенно полная) находится высоко над горизонтом (в своем зените), малопригодно для съемки звезд, так как свет при таких условиях очень жесткий, плоский, без цветового окраса (как от ламп дневного освещения). Такая Луна полностью засвечивает воздух, из-за чего звезд практически не видно. Зато в такие ночи сама Луна будет прекрасным объектом для съемки.
Для съемки Луны лучше всего подойдет телеобъектив. Чтобы Луна получилась четкой и детализированной, рекомендуется выставлять закрытую диафрагму (f8 — f22). Компенсировать недостаток света при съемке ночью на закрытой диафрагме можно за счет удлинения выдержки или повышения ISO.
Существует два основных подхода к фотосъемке звезд:
— Съемка статичных звезд, когда на снимке мы видим звезды такими же как воспринимает их наш глаз (в виде множества точек на небе)
— Съемка треков — фотосъемка с применением очень длинных выдержек, при которых на фотографии запечатлевается траектория движения звезд по небосводу вокруг Южного/Северного полюса планеты.
При съемке статичных звезд рекомендуется придерживаться «правила 600», которое мы разобрали в начале статьи. Напомним: если разделить 600 на фокусное расстояние вашего объектива, то получится максимальная выдержка, при которой звезды будут выглядеть как точечки (а не черточки) на небе.
Если после доведения выдержки до максимума звезды по-прежнему недостаточно яркие, увеличьте значение ISO. Но если ситуацию можно исправить, увеличив выдержку, то не стоит прибегать к ISO, т.к. всегда есть риск появления лишних шумов шума на снимке.
Съемка звездных треков требует очень длинных выдержек — от 10 минут и до нескольких часов, в зависимости от фокусного расстояния и того, насколько длинные траектории вы желаете получить на снимке. Соответственно чем длиннее выдержка, тем большее расстояние успеют «пройти» звезды по небосводу за то время, на которое открыт затвор фотоаппарата — и тем длиннее получатся треки на фотографии.
Профессиональные фотографы снимают звездные треки двумя способами: одним кадром или серией снимков, которые потом «сшивают» в специальной программе.
При съемке одним кадром понадобиться очень длинная выдержка (от 30 минут до нескольких часов).
Метод же многократной экспозиции (съемка серии кадров) позволяет устанавливать более короткую выдержку (примерно 15-45 секунд), что снижает риск получения бракованных снимков. Во время каждой экспозиции захватывается небольшой фрагмент хвоста, следующего за звездой. Настройки камеры остаются неизменными, а единственное, что изменяется – это положение звезд на небе. Далее все снимки совмещаются в графическом редакторе и получается единый длинный след за каждой из звезд.
Совмещать полученные фотографии в единое изображение можно либо в фотошопе, либо в специальной программе для любителей астрофотографии — Startrails Version 1.1, которая предназначена специально для совмещения фотографий с движением звезд.
Например, фотография ниже была составлена из почти 200 кадров. Время выдержки каждого кадра 30 секунд каждый, а суммарное время выдержки больше 1,5 часа (со слов автора фотографии Q-lieb In)
Как только потеплеет, не поленитесь проводить прекрасные летние ночи на свежем воздухе! Попытки поэкспериментировать и запечатлеть потрясающее звездное небо на фотографиях обязательно себя оправдают.
Спектр шума, который можно считать белым
Десятисекундный отрывок звукового белого шума
Характерный «снег» на экране телевизора, при отсутствии сигнала представляющий собой белый шум
В природе и технике «чисто» белый шум (то есть белый шум, имеющий одинаковую спектральную мощность на всех частотах) не встречается (ввиду того, что такой сигнал имел бы бесконечную мощность), однако под категорию белых шумов попадают любые шумы, спектральная плотность которых одинакова (или слабо отличается) в рассматриваемом диапазоне частот.
Пример реализации процесса со свойствами белого шума.
Термин «белый шум» обычно применяется к сигналу, имеющему автокорреляционную функцию, математически описываемую дельта-функцией Дирака по всем измерениям многомерного пространства, в котором этот сигнал рассматривается. Сигналы, обладающие этим свойством, могут рассматриваться как белый шум. Данное статистическое свойство является основным для сигналов такого типа.
То, что белый шум не коррелирован по времени (или по другому аргументу), не определяет его значений во временной (или любой другой рассматриваемой аргументной) области. Наборы, принимаемые сигналом, могут быть произвольными с точностью до главного статистического свойства (однако постоянная составляющая такого сигнала должна быть равна нулю). К примеру, последовательность символов 1 и −1, умноженная на последовательность дельта-функций, следующих с частотой следования символов, будет являться белым шумом только если последовательность символов будет некоррелирована. Сигналы, имеющие непрерывное распределение (к примеру, нормальное распределение), также могут быть белым шумом.
Дискретный белый шум — это просто последовательность независимых (то есть статистически не связанных друг с другом) чисел. С использованием генератора псевдослучайных чисел пакета Visual C++, дискретный белый шум можно получить так:
В данном случае x — массив дискретного белого шума (без нулевой частотной составляющей), имеющего равномерное распределение от −1 до 1.
Иногда ошибочно предполагается, что гауссовый шум (то есть шум с гауссовым распределением его значений — см. нормальное распределение) эквивалентен белому шуму. Однако эти понятия не эквивалентны. Гауссовый шум предполагает распределение значений сигнала в виде нормального распределения, тогда как термин «белый» имеет отношение к корреляции сигнала в два различных момента времени (эта корреляция не зависит от распределения значений шума). Белый шум может иметь любое распределение — как Гаусса, так и распределение Пуассона, Коши и так далее. Гауссовый белый шум в качестве модели хорошо подходит для математического описания многих природных процессов (см. Аддитивный белый гауссовый шум).
Для удобства описания в физике введены термины, приписывающие шумовым сигналам различные цвета в зависимости от их статистических свойств, к примеру, розовый шум или синий шум.
Белый шум находит множество применений в физике и технике. Одно из них — в архитектурной акустике. Для того чтобы скрыть нежелательные шумы во внутренних пространствах зданий, генерируется стационарный белый шум малой мощности.
В электронной музыке белый шум используется как в качестве одного из инструментов музыкальной аранжировки, так и в качестве входного сигнала для специальных фильтров, формирующих шумовые сигналы других типов. Широко применяется также при синтезировании аудиосигналов, обычно для воссоздания звучания ударных инструментов, таких как тарелки.
Белый шум используется для измерения частотных характеристик различных линейных динамических систем, таких как усилители, электронные фильтры, дискретные системы управления и так далее. При подаче на вход такой системы белого шума на выходе получаем сигнал, являющийся откликом системы на приложенное воздействие. Ввиду того, что комплексная частотная характеристика линейной системы есть отношение преобразования Фурье выходного сигнала к преобразованию Фурье входного сигнала, получить эту характеристику математически достаточно просто, причём для всех частот, для которых входной сигнал можно считать белым шумом.
Во многих генераторах случайных чисел (как программных, так и аппаратных) белый шум используется для генерирования случайных чисел и случайных последовательностей.
В операционной системе Linux консольная команда speaker-test, генерирующая белый либо розовый шум, используется для проверки наушников/колонок.
Вектор случайных чисел
Вектор случайных чисел является последовательностью отсчётов белого шума, когда его среднее значение и автоковариационная матрица удовлетворяют следующим равенствам:
То есть, это вектор случайных чисел с нулевым средним значением, автокорреляционная матрица которого представляет собой диагональную матрицу с дисперсиями по главной диагонали.
Белый случайный процесс (белый шум)
Непрерывный во времени случайный процесс , где , является белым шумом тогда и только тогда, когда его математическое ожидание и автокорреляционная функция удовлетворяют следующим равенствам соответственно:
В других обозначениях, более близких радиофизикам отечественной школы:
То есть, это случайный процесс с нулевым математическим ожиданием, имеющий автокорелляционную функцию, являющуюся дельта-функцией Дирака. Такая автокорреляционная функция предполагает следующую спектральную плотность мощности:
так как преобразование Фурье дельта-функции равно единице на всех частотах. Ввиду того, что спектральная плотность мощности одинакова на всех частотах, белый шум и получил своё название (по аналогии с частотным спектром белого света).
Что такое световое загрязнение или световой шум
А Вы знаете, почему обсерватории строят в горах? Многим известен ответ: «в горах звезды ближе».
На самом деле, уже более двадцати лет во всех развитых странах мира, а именно в таких развивается астрономия, существует термин «световое загрязнение». И возник он именно там, где свет крайне необходим, там, где без него не обойтись никак — в крупных городах. Так что же собой представляет световое загрязнение?
Световое загрязнение — это совокупность избыточного освещения от любых промышленных источников света, которая, так или иначе, неестественно сказывается на жизни живых организмов и восприятии мира. Искусственное освещение окружающей среды влияет на цикл роста многих
растений, мешает ориентации многих видов животных, ведущих ночной образ жизни, а также сбивают с пути перелётных птиц. Человек не привык задумываться о сохранении мира, и по этой причине мы будем рассматривать световое загрязнение только с точки зрения собственной выгоды.
Вы когда последний раз видели звезды в городе? Теперь догадываетесь, почему обсерватории строят в горах? Именно поэтому я люблю горные походы. Приведу вам пример популярной схемы из мировой паутины:
Вот и подумайте, чего Вы себя лишаете, проводя отпуск на курортах среди баров и ночных клубов, освещенных яркими вывесками в центре города или на побережье с множеством фонарей на улицах. Знаете, как выглядят большие и небольшие города со стороны? Вот Вам в пример крымский курорт Алушта:
Искусственная засветка Земли
Световым загрязнением называю также наличие нежелательного, неподходящего или чрезмерного искусственного освещения для человека.
Причины светового загрязнения
Интенсивность светового загрязнения в Европе
Основными источниками светового загрязнения являются крупные города и промышленные комплексы. Световое загрязнение создаётся уличным освещением, архитектурным освещением, светящимися рекламными щитами или прожекторами. В Европе многие дискотеки направляют мощные пучки света в ночное небо.
Значительная часть городского или промышленного освещения направляется или отражается наверх, что создаёт над городами так называемые световые купола. Это вызвано неоптимальной и неэффективной конструкцией многих систем освещения, ведущей к расточительству энергии. Эффект осветления неба усиливается распространёнными в воздухе частицами пыли и аэрозолями. Эти частицы дополнительно преломляют, отражают и рассеивают излучаемый свет.
Световое загрязнение сопровождает явление индустриализации и встречается прежде всего в густо заселённых регионах развитых стран. В Европе больше половины населения так или иначе регулярно сталкивается со световым загрязнением. Ежегодный рост светового загрязнения в разных странах Европы составляет от 6 % до 12 %.
Источник света, превышающий допустимые нормы, часто служит причиной сразу для нескольких типов проблем.
Световое вторжение происходит, когда, например, свет проникает в окно соседа и не даёт ему спать. Международная Ассоциация Тёмного неба разработала несколько постановлений о свете, чтобы бороться со световым загрязнением.
Суть этих постановлений сводится к тому, что нужно ограничить свет, поднимающийся в небо и создающий т. н. свечение неба. Это любой свет, излучаемый на 90 градусов выше надира. Также предполагается уменьшить свет, который излучается под углом 80-90 градусов, — свет именно такого направления и создаёт большинство проблем со световым вторжением.
Большинство из этих проблем можно легко решить с помощью дешёвых и доступных технологий. Самое главное — осведомлённость общественности. Это и должно запустить процесс устранения чрезмерного освещения. В случае с косвенным освещением могут потребоваться смягчающие фильтры, технология подсветки или другие решения, позволяющие смягчить эффект прямого освещения.
Переизбыток источников света
Скопления источников света могут отвлекать внимание на дорогах и вызывать несчастные случаи. Также опасны светящиеся рекламные щиты, специально направленные на привлечение внимания.
Влияние на здоровье человека и психологию
Световое загрязнение в природном заказнике Воробьёвы горы. Москва, 2018.
Свет на высоких конструкциях может дезориентировать мигрирующих птиц. Оценка количества птиц, которые погибли из-за привлечения внимания к высоким башням, составляет от 4 до 5 миллионов особей в год. The Fatal Light Awareness Program работает с владельцами зданий в Торонто, Онтарио и других городах Канады чтобы понизить смертность птиц путём погашения света в период миграции птиц.
Последствия в астрономии
Согласно рекомендации международной ассоциации по борьбе со световым загрязнением http://darksky.org/lighting/lighting-basics/, для минимизации вредных последствий светового загрязнения, а также экономии электроэнергии:
Цвета шума — система терминов, приписывающая некоторым видам стационарных шумовых сигналов определённые цвета исходя из аналогии между спектром сигнала произвольной природы (точнее, его спектральной плотностью или, говоря математически, параметрами распределения случайного процесса) и спектрами различных цветов видимого света. Эта абстракция широко используется в отраслях техники, имеющих дело с шумом (акустика, электроника, физика и так далее).
Смоделированные спектральные плотности мощности как функция частоты для различных цветов шума (фиолетовый, синий, розовый, коричневый/красный). Спектральные плотности нормированы, чтобы значения спектров были приблизительно эквивалентны вблизи 1 кГц. Наклон СПМ для каждого спектра обеспечивает контекст для соответствующей электромагнитной/цветовой аналогии.
Многие из следующих определений рассматривают спектр сигнала на всех частотах.
Основные «цвета» шумов
Цветовые соответствия различных типов шумового сигнала определяются с помощью графиков (гистограмм) спектральной плотности, то есть распределения мощности сигнала по частотам. Кроме того, при анализе реальных сигналов большое значение имеет оценка автокорреляционной функции процесса; из всех видов шума белый шум является единственным процессом, в котором значения сигнала в разные моменты времени не зависят друг от друга и никак не связаны (автокорреляция отсутствует). Для оценки порядка автокорреляции (является ли процесс интегрированным, чистым или дифференцированным белым шумом) используются различные статистические методы, например, тест Бройша — Годфри.
