Lichtstrahl

Vom Lichtstrahl der Sonne zum Farbenprächtigen UW- Foto

Oder

Das physikalische Verhalten von Licht unter Wasser

Auf gewisse physikalische Grundlagen der UW- Fotografie und der daraus resultierenden Veränderungen, kann und muss der UW- Fotograf immer wieder zurückgreifen. Nachfolgend werden die wichtigsten physikalische Begriffe erläutert, die der UW- Fotograf wissen muss.

Begleiten wir nun einen Lichtstrahl von der Sonne, durch die Wasseroberfläche bis er letztendlich unser Film in der Kamera belichtet.

Der Lichtstrahl

Mit einer Lichtgeschwindigkeit von 300.000 km pro Sekunde rasst unser Lichtstrahl von der Sonne auf die Erde zu. Dieser Strahl besteht aus elektromagnetischen Wellen. Das sind Wellenschwingungen, die sich im Bereich von milliardstel Millimeter fortbewegen. Diese Wellenlänge wird in Nanometer (nm) angegeben und erscheint unserem menschlichen Auge als ein weißes Licht. Wird dieser Lichtstrahl durch ein Glasprisma geleitet, wird er in die Spektralfarben von Violett über Blau, Grün, Gelb, Orange bis Rot zerlegt. Dabei hat jede Farbe eine andere Wellenlänge, z.B. Violett 350 nm oder Rot 700 nm. Beim Eintritt unseres Lichtstrahles in die Erdatmosphäre, ist dieser durch die lange Reise im Weltall ein wenig geschwächt. Trotz Wassertröpfchen und Schmutzteilchen in unsere Atmosphäre, tritt er aber praktisch ungehindert auf die Wasseroberfläche auf. Ab hier beginnt das große Abenteuer unseres Lichtstrahles.

Reflexion

Je nach Sonnenstand wird unser Lichtstrahl von der Wasseroberfläche mehr oder weniger reflektiert. Es dringt nur ein Teil des Lichtstrahles in die Wasseroberfläche ein. Es ist ein Irrtum zu glauben, mit der Verwendung eines UW- Blitzes wäre dann das Problem gelöst (……aber dazu später). Die besten Voraussetzungen für brillante Unterwasser- Bilder sind, bei strahlendem Sonnenschein gegen 12:00 h mittags und bei absolut ruhiger See einen Tauchgang zu unternehmen. Bei diesen Bedingungen haben wir gleich zwei Probleme umgangen. Bei tiefem Sonnenstand, am frühen Morgen oder gegen Abend, gehen bis zu 25 % der Lichtenergie verloren. Herrscht zudem starker Seegang, gehen nochmals 40 % durch ständige Änderung des Einfallswinkel des Lichtstrahles verloren. (Siehe auch Skizze)

Refraktion

Bevor aber unser Lichtstrahl letztendlich die Wasseroberfläche durchdringt, muß dieser die Refraktion überwinden. Aufgrund der verschiedenen Brechungsindizes von Luft (1,00) und Wasser (1,33) wird beim Übertritt von einem Medium zum anderen der Lichtstrahl gebrochen. Diese Bildhebung bewirkt für unser Auge und Kameraobjektiv eine scheinbare Verkürzung der Entfernung um 1/4. Daher erscheinen alle Gegenstände unter Wasser näher und dadurch größer. Mit diesem Phänomen haben, vor allem die Beginner der UW- Fotografen beim Schätzen der Entfernung oder “Zielen des Blitzes” zu kämpfen. Deshalb immer: “Scharfstellen des Objektives auf die scheinbare Entfernung und Zielen mit dem Blitz auf die tatsächliche Entfernung zum Motiv”.

 Extinktion

Nachdem unser Lichtstrahl durch Ablenkung und Abknickung endlich in das Wasser gelangt ist, wird er auch noch in seiner Intensität und Kraft beraubt. Diese Energie wird in Wärme umgesetzt, ein Teil durch die Schwebestoffe absorbiert und in alle Richtungen diffundiert. Nun betrachten wir aber zuerst die Tatsache, dass mit jedem Meter Weg der unser Lichtstrahl durch das Wasser vordringt, die Farben herausgefiltert werden. Dieses Phänomen wird Extiktion genannt. Zuerst werden die Roten bei 3 m, dann die Orangenen bei 10 m und Gelb bei 30 m. Grün und Blau halten am Längsten durch. Der Fotograf muß wissen, daß selbst in geringer Tiefe es unmöglich ist, ohne Blitz farbrichtige Bilder zu fotografieren. Bei einer Aufnahmedistanz von mehr als 1,5 Meter ist Rot nicht mehr Rot, selbst unter Verwendung der größten “Blitzkanone”. Die vom Blitz ausgestrahlte Energie wandert vom Blitz zum Motiv und von da zum Objektiv. Die Strecke von 1,5 m verdoppelt sich somit auf über 3 m, womit die Grenze für Rot erreicht ist.

Diffusion

Alle Gewässer ob Meer- oder Seewasser, enthalten Partikel, die einen organischen oder anorganischen Ursprung haben. Je nachdem ob das Gewässer mehr oder weniger Partikel hat, sagen wir: ” Das ist heute eine suuuper Sicht!”. Unser Lichtstrahl wird je nach größer dieser Partikel mehr oder weniger diffundiert, also zerstreut. Dies hat zur Folge, daß neben der allgemeinen Schwächung der Energie, der Kontrast stark vermindert wird. Die Auswirkung der Diffusion hängt von der Anzahl und Größe der Partikel im Wasser ab. Gegen diese Auswirkung ist der UW- Fotograf machtlos. Im ungünstigsten Fall, kann er die Diffusion noch verstärken, in dem er nicht perfekt tariert ist und noch mehr Partikel aufwirbelt. Diese Partikel behindern nicht nur unseren Lichtstrahl, sonder erschwert auch noch den Einsatz unseres UW- Blitzgerät. Auf unserem Foto erscheinen, durch den Blitz noch verstärkt, die Schwebeteile als helle Flecken. Trotz diesen Umständen, können perfekte UW- Bilder entstehen. Die Distanz zwischen Kameraobjektiv und Motiv soll so gering wie möglich gehalten werden. Mit der Blitzstellung und dem Einsatz eines Weitwinkelobjektives können wahre Wunder, selbst bei “Schlechter Sicht” entstehen.

Totalreflexion

totalreflexion2Was wir bei der Reflexion schon kennen ist bei der Totalreflexion noch extremer. Ist der Einfallswinkel unseres Lichtstrahles zum Lot hin größer als 48,5 °, wird er im gleichen Winkel zurückreflektiert. Ist er kleiner, tritt er aus dem Wasser aus. Bei richtigem Einsatz dieser physikalischer Bedingung, können sehr kreative Bilder entstehen. Z. B. kann ein schwimmender Taucher, nahe an einer völlig glatter Wasseroberfläche, so klar und deutlich abgezeichnet werden, als tauche er unter einem Spiegel hinweg. Einen Nachteil dieser Totalreflexion ist aber bei Kunstlicht zu beachten. Wird das Gesicht eines Tauchers hinter der Maske zu seitlich anvisiert oder ausgeleuchtet, dringen die Lichtstrahlen nicht durch das Glas hindurch. Was bleibt ist eine schwarze Fläche.

Aberration

Zuguter letzt müssen wir noch mit der Aberration kämpfen. Als Aberration wird die Abweichung unseres Lichtstrahles bezeichnet, der auf seinem geradlinigen Weg durch das Wasser in der Frontscheibe und beim Austritt in die Luft in der Kamera erneut gebrochen wird. Schließlich dringt er in das Objektiv ein, wo er noch einmal gebrochen wird. Wir müssen wissen, dass bei Weit- aber vor allem bei Superweitwinkel dieser Fehler besonders hinter einer falschen Port- Scheibe begünstigt wird. Vor allem ist auch die Qualität des Objektives zu achten.

Nach dieser langen Reise unserem anfänglich starken Lichtstrahl von der Sonne ist nun endlich ein kleiner Teil in unser Objektiv gelangt. Aber nicht genug. Bis unser Film richtig belichtet ist, können oder müssen wir (mehr oder weniger) verschiedene Einstellungen an unserer Kamera vornehmen. Die Belichtung des Filmes wird durch zwei Parameter bestimmt.

– Blende

– Verschlusszeit

Durch das Zusammenspiel dieser beiden Parameter wird die Menge Licht auf den Film bestimmt, die für eine korrekte Belichtung notwendig ist.

Die Blende

Die maximale Lichtmenge, die auf den Film auftreffen kann, ist durch den Durchmesser der Linse begrenzt. Die Blende kann mathematisch berechnet werden, indem man die Brennweite des Objektives durch den effektiven Durchmesser dividiert. Die größte Blende des jeweiligen Objektives ist im Frontring der Linse eingraviert in der Form f = 1:2,8 (f/2,8) und wird oft als “Lichtstärke” bezeichnet. Je kleiner die Zahl ist, umso lichtstärker ist das Objektiv. Experten meinen, dass die Lichtstärke von Objektiven unter Wasser eine untergeordneter Bedeutung spielt. Es wird ohnehin mit Blitz fotografiert. Allerdings liefern lichtstarke Objektive ein helleres Suchbild, der Autofocus findet die Konturen vom Motiv zum Scharf stellen besser und gerade in Grenz- Situationen (z.B. Dämmerung oder trübes Wasser) werden die Bilder “einen Kick” brillanter.

Etwas verwirrend ist, dass die kleinere Blende eine größere Zahl besitzt. Aber Merke: die Blende wird als Bruch aus der Brennweite f und dem effektiven Linsendurchmesser gebildet. Das bedeutet:

f/2 = 1/2 = 0,5 große Blendenöffnung

f/32 = 1/32 = 0,03125 kleine Blendenöffnung

Verschluß/ Verschlußzeit

Auch kann die maximale Lichtmenge durch die Verschlusszeit der Kamera bestimmt werden. Je länger die Zeit eingestellt ist, je mehr Licht gelangt auf den Film, aber auch die Gefahr der Bewegungsunschärfe erhöht sich erheblich. Bei sich schnell bewegten Motiven soll ein kurze Verschlusszeit angestrebt werden. Die Standarteinstellung ist 1/60 sec, jedoch soll die Verschlusszeit nicht kleiner als die Objektivbrennweite sein (z.B 35 mm Brennweite Verschlusszeit nicht kürzer als 1/30 sec sein).

Blende und Tiefenschärfe

Schärfe ist ein sehr subjektiver Begriff, weil unser Auge ähnlich einer Kamera gebaut ist- mit all seinen damit verbundenen Fehlern und Auflösungsgrenzen. Grundsätzlich gilt:

Bei Aufnahmen, wo die Schärfe quasi “von vorne bis hinten” angestrebt wird, sind kleinere Blenden (Größere Zahlen) zu wählen (….natürlich auf Kosten der durchgelassenen Lichtmenge)

Je mehr die Blende geschlossen wird, desto größer ist der Tiefenschärfenbereich:

Objektiveinstellung

Blende

Tiefenschärfen (m)

1 Meter

3,5

0,96 – 1,10
1 Meter

4,0

0,93 – 1,20
1 Meter

5,6

0,90 – 1,25
1 Meter

8,0

0,85 – 1,30
1 Meter

11

0,80 – 1,40
1 Meter

16

0,70 – 1,50
1 Meter

32

0,60 – 2,00

Objektiveinstellung

Für weiche, weniger scharfem Hintergrund ist die Blende auf größere Werte (kleinere Zahlen) zu stellen.

MERKE: Das Öffnen der Blende um eine Stufe verdoppelt die Lichtmenge, die den Film belichtet. Das Schließen der Blende um einen vollen Wert verringert die Menge um die Hälfte. Die Tiefenschärfe erhöht sich mit kleineren Blenden (Größeren nummerische Zahlen) und wird mit größeren Blenden geringer (kleinere numerischen Zahlen). Erfahrene Fotografen Arbeiten mit verschiedenen Blende und Verschlusszeit. Eine richtige, ausgewogene Belichtung des Filmes ist bei Blende 5,6 und 1/60 sec ebenso möglich wie bei Blende 8 und 1/30 sec. sowie auch bei Blende 4 und 1/125 sec.

Nun hat aber unser Lichtstrahl endlich alle physikalische Hindernisse überwunden und der Weg zur Belichtung unserem Filmes oder des Chip ist frei. Aber welche Art Film / Chip soll belichtet werden?

Filmauswahl (Dia oder Papierbilder?)

Als letzte Station betrachten wir nun den Film.

Für den ernsthaften Amateur kommt eigentlich nur der Diafilm in Betracht, vor allem, wenn an eine spätere Reproduktion oder Veröffentlichung gedacht wird. Außerdem ist es möglich, von den besten Bilder Papierabzüge anfertigen zu lassen. Abzüge von Dias sind zwar teurer als von Negativ, sind aber qualitativ hochwertiger, vor allem wenn im Direktverfahren auf Cibachrome oder Ektacolor- Papier vergrößert werden. Eine gute Wahl sind Diafilme der mittleren Filmempfindlichkeit (100/21 ISO). Hat man sich für eine Filmsorte entschieden, sollten man eine Zeitlang damit experimentieren um alle fotografische Eigenschaften auszuprobieren. Fotohändler wie auch jeder Fotograf ohne Erfahrung in der UW- Fotografie, wird mit Sicherheit hochempfindliche Filme mit 400 ASA oder mehr empfehlen. Die Wahrheit ist, dass hochempfindliche Filme einen sehr geringen Kontrastumfang wiedergeben, was speziell in Unterwassersituationen den erwünschten Effekten genau entgegenwirkt. Welche Marke nun gewählt wird ist eine Frage der subjektiven Farbempfindung, Anschauung oder Philosophie.

Nun ist unser Film endlich belichtet, und wenn alle Faktoren berücksichtigt worden sind, werden wir brilliante Unterwasser- Bilder erhalten.