《科学大家》|微距算什么 看看显微摄影下的奇妙世界

2017年09月14日 08:02 新浪科技

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    出品 | 新浪科技《科学大家》

  撰文 | 张超,天体物理硕士,现工作于中科院国家天文台《中国国家天文》杂志编辑部,负责教育活动,以及编辑等工作。著有《云与大气现象》,主编《荒野传奇》摄影集、科普读物《娱乐也科学》,执笔科普读物《风吹电来》,显微摄影作品曾获全国首届科普摄影大赛二等奖,国际“小世界”、“生物世界”显微摄影赛荣誉奖。 

显微摄影下巴厘岛的沙子显微摄影下巴厘岛的沙子
日本星沙日本星沙
塞班岛的星星沙塞班岛的星星沙
内蒙古巴丹吉林的沙子内蒙古巴丹吉林的沙子
夏威夷的沙子夏威夷的沙子

  一捧沙子里面到底会有多少故事?如果你借助一台显微镜,便可以尽览沙子中神奇的世界。在海边沙滩玩耍时,你或许不知道,海滩上的沙子是由白色、黄色晶莹剔透的石英颗粒组成的,其中混杂着各种海洋生物的碎屑,比如小贝壳、海胆、小海螺等等,用肉眼根本觉察不到它们的存在。如果有机会去热带岛屿上玩,还会见到一种雪白的沙滩,那里的沙子几乎全是珊瑚的破碎后的颗粒——这还要归功与海洋中鹦鹉嘴鱼,正是它们不停啃食珊瑚,才形成了漂亮的珊瑚沙。有一种沙滩,那是火山大的杰作——火山岩石中夹杂大量橄榄石,风化后形成翠绿色的细细沙子,在海水打磨下粒粒光滑。还有一种沙滩,每一粒沙子都是一枚小星星,很神奇吧?这些是海洋中有孔虫的杰作,这种沙子被叫做“星星沙”,是世界上仅有几个海岸的特产。

  海洋的沙子如此丰富多彩,内陆的沙子又会如何呢?在内蒙古的一些沙地,我们能在沙丘下发现很多浑圆的透明沙粒,风的打磨作用比水要强得多,因此圆球沙粒更多在内陆沙地、沙漠中见到。如果去沙漠玩,别忘了带一点沙子留作纪念,漫漫黄沙也有五彩缤纷的故事,在显微镜下,黄沙颗粒如玻璃球般圆润纯净,还经常可以看见各种颜色的玛瑙点缀其中。如果你找到的是溪流边的沙子,那也有机会找到宝贝——溪流边的沙子多没有经过长时间打磨,沙子棱角毕现,不过细细寻找,有可能找到结晶完好的微小水晶哦。

显微摄影下球粒陨石中的各种球粒,就是四十多亿年前,太阳系中的那些小颗粒,微型迷你小星球显微摄影下球粒陨石中的各种球粒,就是四十多亿年前,太阳系中的那些小颗粒,微型迷你小星球

  微距算什么,看看显微摄影

  很多人认为,显微摄影嘛,就是比微距摄影倍率更高的拍摄手段,而且会借助显微镜来拍摄,把那些物体拍得丝毫毕现就好了。也有很多人认为,微距拍摄就够难的了,显微摄影岂不是难上加难?其实并不然,显微摄影的难度并不很高,但使用的设备和拍摄方法,与人们的习惯完全不同。这里面究竟有什么门道呢?容我一一表述。

  01 选择相机,入门就好

  显微摄影需要什么样的相机呢?应该说,什么样的相机都可以从事显微摄影,而且不同的相机用途也各有异同。在使用相机拍摄显微图片时,需要与显微镜或者显微镜头连接,连接方式有两种,第一种叫做目镜后摄影,就是用相机镜头对准目镜中的画面进行拍摄。这种拍摄方式要求相机镜头小巧,一般来说手机、卡片机适用于这种拍摄,特别适用于IXUS系列之类的带有变焦的卡片机使用。拍摄方法很简单,先在显微镜中看到清晰的画面,然后将相机镜头对准显微镜目镜,用自动模式,自动对焦即可。因为镜头结构的原因,有时需要上下调整相机的位置,直至画面大而清晰时,就可以按动快门进行拍摄。如果光线较暗,就可以自己做一个套筒,或者用三脚架进行固定,满足较慢快门的拍摄。

  如果使用单反、微单之类的可换镜头相机,我们可以采用第二种方法,叫做直焦摄影法,直接将相机的镜头拆除,显微镜的目镜取下,然后通过一个简单的装置将相机和显微镜连接在一起(这个装置很容易买到,比如佳能相机就采用显微镜转EOS口即可),一般的显微镜只支持APS画幅的相机,如果用全画幅相机拍摄,会出现一个很大的黑圈,只有少数的显微镜可以支持全画幅相机(通常是因为内部有扩束光路),所以用APS相机就足以应对绝大部分题材。

显微摄影下的雪花美轮美奂
显微摄影下的雪花美轮美奂显微摄影下的雪花美轮美奂

  02 按下快门,需要等待

  如果说日常摄影是一种快门摄影,那么显微摄影大多数情况下是慢门摄影,因为何显微镜进行了连接,相机得以固定妥当,不用再考虑手抖的问题,因此可以放心降低ISO来获得高画质。我一般使用佳能600D进行拍摄,大多数情况下的拍摄参数是这样:M挡拍摄,ISO100,快门速度2秒,或者5秒。为何选择2秒到5秒这样一个时间呢?首先,虽然相机已经足够稳定,但反光板和快门的震动,以及按下快门时的力道,都会对稳定程度造成影响,成像容易出重影。当然,使用快门线加反光板预升,是可以部分解决这个问题,但快门的运动依然会产生抖动,好在这个抖动并不剧烈,而且会很快衰减,因此适当延长快门时间,会抵消掉抖动的影响。不过,过长时间的曝光是会带来暗流噪声的,所以曝光时间也不宜过长。

  有人经常会问,ISO和快门都选好了,那么光圈设为多少呢?大家注意,此时显微镜与相机相连接,显微镜的物镜充当了相机的镜头,而大多数显微镜头是不带光圈结构的,这是因为显微镜物镜的最大光圈就是分辨率最佳的,使用光圈会降低成像分辨率。因此光圈是一个固定数值,而且需要换算参数才能得到,所以我们在拍摄时可以忽略光圈的影像,而是多拍摄几张,试出一个合适的曝光参数。

显微摄影下美丽的水结晶显微摄影下美丽的水结晶

  03 一张不行,多拍几张

  显微摄影是科学摄影的一种,它的拍摄策略与普通摄影不同,甚至与微距摄影也迥异。很多显微摄影作品不单单只靠一张照片拍出来的,有可能是多张照片的联合。比如,有些亮度很低的目标,需要的曝光时间很长,带来了大量噪点,画质受到了很大损失,因此采用多张连续拍摄,叠加降噪的方式可以大大提高画质,类似的方法还有暗场扣除法等。

  显微摄影由于倍数高,拍摄照片的景深很小,即便收缩光阑,景深的增大也很有限,反而由于衍射定律的限制,降低了图像的分辨率。因此对于大景深拍摄,多采用焦点堆叠技术,也就是从上至下依次拍摄,后期通过软件,将清晰的部分叠合起来,形成一张全景深图片。这些技术都是在普通摄影中极少用到的。

  空气中细小的霾颗粒到底是什么样子呢?由显微镜1000倍(目视)拍摄,有复合体,有生物颗粒,有矿物质的,形状各异,看上去触目惊心  空气中细小的霾颗粒到底是什么样子呢?由显微镜1000倍(目视)拍摄,有复合体,有生物颗粒,有矿物质的,形状各异,看上去触目惊心

  04 光线变化,超乎想象

  另外,显微摄影的光线运用也比普通摄影复杂很多,明堂五花八门。比如暗场效果的拍摄,使用专用的暗场聚光镜,利用丁达尔散射效应,可以拍出背景漆黑,主体明亮的效果,而且分辨率比一般的显微拍摄还要高。偏振光拍摄是专门拍摄晶体的一门技术,利用两枚偏振片正交,这样就将拍摄晶体的折射特性凸显出来,营造出五彩缤纷的色彩。对于摄影者,会体会到这种神奇的效果,对于研究者,可以利用这些颜色从事分析工作。

  高倍的显微摄影存在着高分辨与高反差不能兼得的问题,利用光线的技术,可以达到分辨率和反差相对双高的效果。常见的有相差、霍夫曼干涉、微分干涉等方法,其中相差法利用利用环形的结构实现较低分辨率的高反差,拍摄物体的边缘极为分明,而且能将透明物体内部的模糊影像清晰呈现。微分干涉是在较高分辨率部分实现高反差,拍摄出来的物体有立体浮雕效果,细节变得更为显著。

  而普通摄影中的一些光线运用,也可以在显微摄影中得到体现,比如斜射光照明、多色照明,特别是柔光技术运用在显微摄影中后,可以将高反光物体的细节展示清晰,正因为这些技术的应用,让显微摄影的效果不断刷新,达到一个又一个新的高度。

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