PhotoHint 13: Polarizační filtr

Je jen několik málo fotografických filtrů, jejichž efekt nelze nahradit dodatečnou úpravou snímku. Mezi ně patří i filtr polarizační. A proč tomu tak je?

Princip polarizačního filtru

Světlo si můžeme představit jako malé kmitající částice, přičemž při svém pohybu vpřed mohou kmitat v jedné rovině, stáčet se do šroubovice, nebo kmitat prakticky jakkoliv. Jestliže kmitá (světlo) jistým neměnícím se způsobem, pak ho lze nazvat polarizované. Pro nás je podstatné světlo polarizované lineárně.

Vezměte za fakt, že světlo, které se šíří kolem nás polarizované není. Světlo odražené polarizované je (s výjimkou odrazu od kovových povrchů). Světlo rozptýlené pod úhlem 90° je polarizované také.

Že je to moc složité? Představte si hromadu rozházených špejlí a odhoďte je tak, aby byly kolmo na směr pohybu. Každá špejle se nějak natočí a letí. Kdyby všechny byly natočené stejně, pak by představovaly lineárně polarizované světlo.
^{Poznámka: špejle představuje vektor intenzity elektrického pole elektromagnetické vlny, který kmitá kolmo na směr šíření vlnění. To nechme ale jinam…} 

A teď těm špejlím dejte do cesty mřížku z trouby. Proletí jen ty, které jsou rovnoběžné s mřížkou. Polarizační filtr funguje jako mřížka z trouby. Projde světlo, které letí rovnoběžně se strukturou filtru. Světlo, které je na ni kolmé, neprojde. Takže vlastně polarizační filtr způsobí jen to, že nepustí část světla (světlo, které kmitá jistým způsobem) a část ano. Díky tomu snižuje světelnost celé optické soustavy. Obvykle o hodnotu mezi 1EV – 2EV. Samozřejmě, že popsaný mechanismus nefunguje nikdy dokonale, takže ani použití polarizačního filtru nedává dokonalé výsledky. To z principu není možné. Princip najdete vysvětlený například na www.youtube.com. Velmi doporučuji prohlédnout.

Možnosti využití?

^{Všechny následující snímky byly pořízeny fotoaparátem Nikon D7000 obvykle v režimu priority clony s objektivem Nikkor 16–85/3,5–5,6. WB je vždy automatické.}
U všech snímků si všimněte expozičních časů a tedy jasného vlivu použití filtru.

…první

Dopadá-li na filtr světlo nepolarizované, pak se filtr chová téměř jako normální ND filtr. Část světla prostě narazí, neprojde a prodlužuje se tak expozice. Prakticky se však zvýrazní barvy, protože k jevu popsaném dále dochází i zde. Stejně tak se najdou plošky, na kterých se zrcadlí okolí a odraz se tedy potlačí.

Případné zkřížení dvou filtrů je prakticky k ničemu. Na krátkých ohniscích dojde k vinětaci. Vzhledem k nedokonalosti je výsledek použití dvou zkřížených filtrů stejný, jako bez nich, jen expozice je opět delší (viz. obr. výše).

…druhá

Odstraníte odlesky, zrcadlení… Skrz polarizační filtr neprojde světlo, které je již polarizované odrazem, když jej správně natočíte. Právě proto je filtr otočný. Je třeba najít správnou polohu „mřížky“, aby odraženého (a tedy polarizovaného) světla prošlo co nejméně. Když použijete filtry dva, má smysl je vzájemně „posílit“. Tedy natočit stejně.

Z výše uvedeného je zřejmé, že použití CPL ve směru proti odrazu nebo ve směru na světelný zdroj (Slunce) se zásadně neprojeví, protože žádné světlo dopadající do objektivu není polarizované a není „co zachytit“.

To pod cca 45° úhlem je situace zcela odlišná.

Všimněte si, že poslední obrázek je (alespoň podle mého názoru) expozičně zcela nevyvážený a celkově nehezký. Pravděpodobně by jej vylepšila podexpozice.

Mírné potočení s filtrem dává zásadně odlišné výsledky a ten „nej“ je ve velmi úzké oblasti. Je třeba filtr nastavit pečlivě.

…třetí

Rovnoběžné světelné paprsky se v atmosféře rozptylují. Ty, které míří do objektivu po kolmém rozptylu (znázorněno oranžově) filtrem neprojdou (jsou polarizované), ostatní projdou. Takže z přímého směru přichází méně světla a obloha je proto tmavší.

Ani panoramatický snímek bez CPL není zcela v pořádku. Tento by nebyl rozhodně tisknutelný. Všimněte si, že veškeré snímky bez CPL jsou „blíže ke snímkům s CPL, než k těm se špatně natočeným CPL“. To se zde projeví vinětací v krajích jednotlivých snímků a je na použitém SW, jak si poradí. Prakticky platí, že je lepší buď snímat objektivem s velmi krátkým ohniskem jediný snímek a následně „řezat“ na panoramatický snímek, nebo s mírně delší ohniskovou vzdáleností a pak jej složit. Zde použitých 24mm (35mm ekv.) je vzhledem k dokonale čisté obloze relativně málo.

Že sem CPL nepatří, je z výsledku zřejmé.

Z podobného důvodu jako u „dvojky“ se modrá obloha stane temnější a světlé mraky na ní kontrastnější. Tráva zelenější, barvy živější. Vysvětlení je fyzikálně trochu složitější. Uvedu jen, že rozptylem světla se světlo směrem k pozorovateli také polarizuje za předpokladu, že jde o světlo rozptýlené pod úhlem 90° (úhel mezi směrem slunečních paprsků a spojnicí místa rozptylu a směru focení). Takže takto polarizované sluneční světlo neprojde skrz filtr, ale to, „co je vzadu a šlo to přímo“. Proto má smysl hledat tento efekt u oblohy především kolmo ke Slunci. A proto se také dramaticky mění jeho míra vzhledem ke směru focení. Panoramatické snímky s polarizačním filtrem prostě udělat dost dobře nejdou. Ve výsledku bychom měli na obloze obrovský rozdíl modrých odstínů. Zásadním problémem by však bylo skládání jednotlivých snímků, protože „tmavost“ stejných míst na vedlejších snímcích není stejná (příčina: různé úuhly vzhledem k fotoaparátu).

Je až s podivem, že chybně natočený filtr způsobí horší odrazy ve snímku, než když filtr není. I když podstata tohoto jevu je samozřejmě opět v pochopení funkce filtru.

Na druhou stranu – absence odrazu oblohy v oknech nepůsobí přirozeně, i když je zajímavá.

Především u krátkých ohnisek, kde obloha je ve velké části scény, je třeba použití filtru zvážit. Ne vždy je totiž výsledek dobrý.

Při použití CPL riskujeme vinětaci. U druhého snímku je dokonce lehce patrná (rozhodně na originálním snímku). Tento nepříjemný jev lze s úspěchem eliminovat tzv. slim filtry, které nemají (nebo jeden) přední závit pro další filtry.

Druhy polarizačních filtrů

V zásadě jsou dva. Lineární a cirkulární. Čím se liší? Vraťme se k představě mřížky. Když skrz prošly naše špejle, tak „byly všechny stejně“. Byly polarizované lineárně. Takové světlo bez potíží dopadne po zvednutí zrcátka na čip a máme obrázky. Ale část světla se musela před tím od zrcátka odrazit a být zachycena senzory pro zjištění expozice a zaostření. A tady je kámen úrazu. Naše již lineárně polarizované světlo se co do intenzity daným směrem (k čidlům) odráží zcela jinak, než nepolarizované. Takže se může stát, že expozimetr vyhodnotí situaci chybně. A ze stejného důvodu nebude muset fungovat ani ostření. Tento problém odstraní další vrstva filtru, která lineárně polarizované světlo „roztočí“ a vyrobí tak světlo polarizované cirkulárně. A to se pro potřeby elektroniky chová prakticky jako normální nepolarizované světlo. Takový filtr má v názvu slovo „cirkulární“ a zkratku CPL. Z toho plyne, že koupi lineárního polarizačního filtru rozhodně nelze doporučit.

Kdy filtr použít a kdy ne?

Vhodné použití

Snímky krajiny, potoků,… Všude tam, kde potřebujeme odstranit odlesky a mít ty nejsytější barvy.
^{Poznámka pro motoristy: polarizační brýle za volantem odstraní odlesky na předním skle, nasytí barvy a zvýší kontrast cesty před vámi. Jejich pořízení velmi doporučuji. Budou je mít v každých rybářských potřebách v cenách od 200,–.}

Nevhodné použití

Panoramatické fotografie, velmi krátká ohniska.

Takže…

Při focení potoků, při focení krajin (na delší než krátká ohniska) a detailů krajiny nemusíte polarizační filtr ani sundávat. Ale hledejte, jak ho natočit tak, aby byl výsledek co nejlepší. Když se trefíte, odměnou vám budou syté barvy, nádherná obloha či pohled pod vodní hladinu. Když použijete filtr nesprávně, fotografii nenávratně zkazíte.

V seriálu PhotoHintů již vyšlo:

• leden 2011: „Polarizační filtr“
• prosinec 2010: „Odrazná deska“
• listopad 2010: „Synchronizace blesku“
• říjen 2010: „Vyvážení bílé a barevná teplota“
• září 2010: „Ploché a plastické svícení“
• srpen 2010: „Sluneční clona“
• červenec 2010: „Abstrakce ve fotografii“
• červen 2010: „Zoomování při expozici“
• květen 2010: „Panoramatická fotografie“
• duben 2010: „Hloubka ostrosti“
• březen 2010: „Fotografické filtry a systém Cokin“
• únor 2010: „Fotografické zátiší“
• leden 2010: „Měřítko ve fotografii“