Поляризационные фильтры (CPL): как они убирают блики и улучшают изображение

Поляризационные фильтры используют в фотографии, когда нужно уменьшить отражения, убрать часть бликов и сделать изображение визуально чище. Особенно заметен их эффект при съёмке воды, стекла, мокрых поверхностей, автомобилей и пейзажей. В отличие от обычной цветокоррекции, CPL-фильтр меняет сам свет ещё до того, как он попадёт на матрицу камеры.

Такой фильтр может сделать воду прозрачнее, листву - насыщеннее, а небо - темнее и контрастнее. Но работает он не во всех условиях одинаково: результат зависит от направления света, угла съёмки и поверхности, от которой отражается свет.

Что такое поляризационный фильтр и CPL-фильтр

Поляризационный фильтр - это оптический элемент, который пропускает свет с определённым направлением поляризации и ослабляет свет с другим направлением. В фотографии его устанавливают перед объективом, обычно вкручивая в резьбу для фильтров.

Современные фотографические поляризаторы чаще всего обозначаются как CPL - Circular Polarizing Filter, то есть циркулярный поляризационный фильтр. Внешне он похож на обычный защитный или нейтральный фильтр, но состоит из двух частей: неподвижной оправы и вращающегося переднего кольца.

Поворачивая это кольцо, фотограф меняет ориентацию поляризующего слоя. Благодаря этому можно прямо во время съёмки наблюдать, как усиливаются или ослабевают отражения, меняется яркость неба и становятся заметнее детали под поверхностью воды или за стеклом.

Что означает CPL и зачем фильтр устанавливают на объектив

Аббревиатура CPL расшифровывается как Circular Polarizer или Circular Polarizing Filter. Название связано не с формой самого фильтра - почти все объективные фильтры круглые, - а с тем, как он обрабатывает свет.

CPL-фильтр состоит из линейного поляризатора и дополнительного оптического слоя, который преобразует прошедший через него свет. Такая конструкция позволяет использовать поляризацию без нарушения работы современных систем автофокусировки и экспозамера.

Основная задача CPL-фильтра для объектива - контролировать отражённый свет. Например, при съёмке озера камера может видеть в первую очередь яркое отражение неба на поверхности. После поворота поляризатора часть этого отражения ослабевает, и становятся заметнее вода, камни или дно.

Аналогично фильтр работает со стеклянными витринами, лакированными поверхностями, влажной листвой и кузовом автомобиля. Он не просто затемняет весь кадр, а избирательно уменьшает свет определённой поляризации.

Линейная и круговая поляризация: почему современные камеры используют CPL

Существуют линейные и циркулярные поляризационные фильтры. С точки зрения самого эффекта на изображение оба способны уменьшать отражения и менять внешний вид неба, однако их устройство отличается.

Линейный поляризатор пропускает преимущественно свет с определённой ориентацией колебаний. Для старых или простых оптических систем этого обычно достаточно. В современных зеркальных и некоторых других камерах такой свет может взаимодействовать с внутренними светоделительными элементами и мешать корректной работе автофокуса или экспозамера.

В CPL после линейного поляризующего слоя установлен четвертьволновой элемент. Он преобразует линейно поляризованный свет в циркулярно поляризованный, благодаря чему автоматика камеры продолжает работать штатно.

Именно поэтому при выборе поляризационного фильтра для современной фотокамеры обычно используют CPL. Для фотографа принцип управления при этом остаётся простым: фильтр устанавливается на объектив, после чего его переднее кольцо вращают до получения нужного визуального эффекта.

Как работает поляризационный фильтр

Чтобы понять, как работает поляризационный фильтр, важно представить свет не просто как поток яркости, а как электромагнитную волну. У обычного света колебания происходят во множестве направлений. Поляризатор пропускает лишь определённую часть этого света и ослабляет остальную.

Именно поэтому CPL-фильтр способен избирательно воздействовать на отражения, а не просто затемнять весь кадр одинаково. В зависимости от положения фильтра один и тот же блик может стать заметно слабее или почти не измениться.

Схожие принципы работы со светом используются и в более специализированной технике. Подробнее о том, как устройства анализируют параметры поляризации, мы рассказывали в статье "Поляризационные камеры: как техника видит скрытые детали света".

• Читать подробнее: Поляризационные камеры: как техника видит скрытые детали света

Что такое поляризация света

Свет представляет собой электромагнитные волны. У них есть электрическая составляющая, направление колебаний которой может быть разным. У света от Солнца, лампы или другого обычного источника эти направления распределены практически случайно - такой свет называют неполяризованным.

Ситуация меняется после взаимодействия света с некоторыми поверхностями. Например, при отражении от воды, стекла, листьев или окрашенного кузова автомобиля часть света приобретает преимущественную ориентацию. Такой свет уже частично поляризован.

Именно на этом эффекте основана работа фотографического поляризатора. Если расположить его так, чтобы нежелательная составляющая света не проходила через фильтр, интенсивность отражения уменьшается.

Представить принцип можно на простом примере. Если перед глазами находится яркая поверхность воды, значительную часть наблюдаемого света может составлять отражение неба. CPL не делает воду физически прозрачнее, но способен уменьшить интенсивность этого отражения. Поэтому камера начинает лучше видеть то, что находится под поверхностью.

Как фильтр пропускает один свет и блокирует другой

Внутри поляризационного фильтра находится слой, который по-разному взаимодействует со светом в зависимости от ориентации его электрического поля. Свет нужного направления проходит значительно лучше, а перпендикулярная составляющая подавляется.

При вращении CPL-фильтра меняется ориентация поляризатора относительно падающего света. Поэтому изменяется и количество отражённого света, которое достигает объектива.

Эффект легко заметить прямо через видоискатель или экран камеры. Если направить объектив на стеклянную поверхность и медленно вращать переднюю часть фильтра, отражение может сначала усиливаться, а затем становиться слабее. В определённом положении эффект будет максимальным.

При этом фильтр не отделяет "полезный" свет от "плохого" автоматически. Он лишь пропускает определённую поляризационную составляющую. Поэтому фотограф сам выбирает степень воздействия, поворачивая фильтр и оценивая изображение.

Полностью убирать отражения тоже требуется далеко не всегда. Например, слабые блики на автомобиле подчёркивают форму кузова, а отражение неба в озере может быть важной частью композиции. CPL позволяет не только удалить отражение, но и контролировать его интенсивность.

Почему при использовании CPL изображение становится темнее

Поляризационный фильтр неизбежно уменьшает количество света, поступающего в объектив. Часть излучения блокируется самим принципом работы поляризатора, а дополнительные потери возникают при прохождении через оптические слои фильтра.

На практике CPL обычно отнимает примерно одну-две ступени экспозиции, хотя точное значение зависит от конкретной модели и положения фильтра. Камере приходится компенсировать эту потерю более длинной выдержкой, открытой диафрагмой или повышением ISO.

Днём при съёмке пейзажа это часто не представляет проблемы. Если камера стоит на штативе, небольшое увеличение выдержки почти незаметно. Но в помещении, вечером или при съёмке движущихся объектов потеря света уже может стать существенной.

Например, если без фильтра камера выбирает выдержку 1/250 секунды, после установки CPL при тех же ISO и диафрагме может потребоваться 1/125 или даже 1/60 секунды. Для неподвижного пейзажа это допустимо, а при съёмке движения возрастает вероятность смаза.

Поэтому CPL-фильтр используют прежде всего тогда, когда эффект от поляризации действительно нужен. Оставлять его на объективе постоянно вместо защитного стекла обычно нет смысла: в условиях недостаточного освещения он лишь уменьшит количество доступного света.

Как поляризационный фильтр убирает блики и отражения

Одна из главных причин использовать CPL-фильтр - возможность уменьшать отражения прямо во время съёмки. Особенно хорошо эффект заметен на воде, стекле, мокрых поверхностях, листве и окрашенных предметах.

При этом поляризатор не работает как универсальный фильтр, который автоматически удаляет любой блик. Результат зависит от материала, угла падения света и положения камеры относительно поверхности.

Почему отражённый свет становится поляризованным

Когда обычный неполяризованный свет падает на неметаллическую поверхность, часть его проходит внутрь материала, а часть отражается. При определённых углах отражённый свет становится преимущественно поляризованным в одном направлении.

Именно эту составляющую и может ослабить CPL-фильтр. Поворачивая его перед объективом, фотограф меняет положение поляризующего слоя и подбирает угол, при котором нежелательное отражение подавляется сильнее всего.

Максимальный эффект возникает не при любом положении камеры. Он особенно заметен, когда свет отражается от поверхности под углом, близким к так называемому углу Брюстера. На практике вычислять его не нужно: достаточно смотреть на изображение и медленно вращать фильтр.

Поэтому CPL особенно эффективен при съёмке воды или стекла сбоку. Если камера смотрит на поверхность почти строго перпендикулярно, влияние фильтра может быть значительно слабее.

Вода, стекло, автомобили и мокрые поверхности

На воде поляризационный фильтр часто даёт наиболее наглядный результат. Без него поверхность озера или реки может выглядеть как зеркало, отражающее небо, деревья и окружающий пейзаж. После настройки CPL отражение ослабевает, и камера начинает лучше видеть камни, растения или дно под поверхностью.

Со стеклом эффект похожий. При съёмке витрины камера часто фиксирует не только предметы за стеклом, но и отражение фотографа, улицы или источников света. Правильно настроенный поляризатор способен заметно уменьшить эти отражения, хотя полностью убрать их удаётся не всегда.

На автомобилях CPL помогает контролировать блики от лакокрасочного покрытия и стёкол. Кузов после его применения может выглядеть более насыщенным, поскольку яркий отражённый свет перестаёт перекрывать собственный цвет краски.

Похожий эффект возникает после дождя. Влажные листья, камни и асфальт покрываются тонким слоем воды, который создаёт множество небольших отражений. Без фильтра они выглядят более светлыми и блестящими. CPL уменьшает часть этих бликов, поэтому цвета становятся глубже, а фактура поверхности заметнее.

Это одна из причин, почему поляризационный фильтр часто используют в пейзажной фотографии. Он не увеличивает насыщенность цифровым способом, а уменьшает отражённый свет, который визуально скрывает собственный цвет объекта.

Какие отражения CPL убрать не сможет

Поляризационный фильтр хорошо работает прежде всего с отражениями от диэлектриков - воды, стекла, пластика, окрашенных поверхностей и многих природных материалов. С металлическими поверхностями ситуация сложнее.

Свет, отражённый непосредственно от металла, обычно не приобретает такую выраженную линейную поляризацию, как при отражении от стекла или воды. Поэтому убрать яркое отражение от неокрашенной металлической детали простым вращением CPL зачастую невозможно.

Не всегда исчезают и отражения от окон. Современные стеклопакеты состоят из нескольких слоёв стекла, а между ними могут находиться покрытия. В результате камера видит несколько отражений одновременно, причём каждое может иметь свои характеристики. Поляризатор уменьшит часть из них, но не обязательно очистит стекло полностью.

Существуют ограничения и по углу съёмки. Если отражённый свет слабо поляризован, вращение фильтра даст минимальный результат. Иногда разница между максимальным и минимальным положением CPL едва заметна.

Кроме того, полное устранение бликов не всегда улучшает фотографию. Отражения помогают воспринимать материал поверхности: стекло благодаря ним выглядит стеклом, металл - металлом, а вода получает объём. Если убрать их слишком сильно, объект может начать казаться неестественно матовым.

Поэтому задача поляризационного фильтра - не обязательно полностью убрать блики на фотографии, а дать возможность контролировать их интенсивность ещё до нажатия на кнопку затвора.

Как CPL-фильтр меняет цвета, контраст и небо

Поляризационный фильтр влияет не только на отдельные блики. Уменьшая количество отражённого света, он способен заметно изменить общий вид кадра: сделать цвета глубже, повысить локальный контраст и затемнить отдельные участки неба.

Из-за этого CPL особенно популярен в пейзажной фотографии. Однако эффект зависит от направления света и угла обзора, поэтому в одних условиях разница будет очень заметной, а в других - почти отсутствовать.

Почему цвета становятся насыщеннее

Поверхности отражают не только собственный цвет, но и свет окружающей среды. Например, зелёный лист может одновременно отражать яркое небо. В таком случае часть его поверхности выглядит почти белой или сероватой из-за блика, хотя сам лист остаётся зелёным.

Поляризационный фильтр уменьшает часть этого отражённого света. В результате камера фиксирует больше собственного цвета объекта и меньше световой "вуали" поверх него. Поэтому зелень становится глубже, мокрые камни - выразительнее, а окрашенные поверхности выглядят насыщеннее.

Особенно хорошо разница заметна в лесу после дождя. Вода покрывает листья тонким слоем и создаёт множество небольших бликов. Без CPL часть зелёного цвета теряется за отражениями. После поворота фильтра блики уменьшаются, и фотография визуально становится контрастнее.

При этом фильтр не увеличивает насыщенность так, как ползунок Saturation в графическом редакторе. Он меняет состав света, попадающего в объектив. Поэтому результат часто выглядит естественнее, чем простое программное усиление цветов.

Почему небо становится темнее и контрастнее

Ещё один характерный эффект CPL-фильтра - более глубокое синее небо. Причина связана с поляризацией света, рассеянного в атмосфере.

Солнечный свет рассеивается на молекулах воздуха, и часть этого рассеянного излучения оказывается поляризованной. Поляризационный фильтр может ослабить определённую его составляющую, из-за чего участок неба становится темнее.

Наиболее выраженный эффект обычно наблюдается примерно под углом 90 градусов относительно направления на Солнце. Если Солнце находится прямо перед фотографом или непосредственно за его спиной, влияние CPL на небо будет значительно слабее.

Ориентироваться можно без расчётов. Если направить указательный палец на Солнце, а большой отвести в сторону под прямым углом, область, куда при вращении руки указывает большой палец, примерно соответствует зоне наиболее заметной поляризации неба.

За счёт его затемнения облака визуально отделяются сильнее, а общий контраст пейзажа увеличивается. Именно поэтому фотографии с CPL иногда выглядят так, будто в них уже была выполнена серьёзная цветокоррекция.

Но слишком сильный эффект может сделать небо неестественно тёмным. Особенно это заметно при съёмке в ясную погоду, когда поляризатор установлен в положение максимального воздействия.

Когда поляризационный фильтр может испортить кадр

Одна из распространённых проблем появляется при использовании CPL вместе с широкоугольным объективом. Такой объектив захватывает большой участок неба, а степень поляризации света в разных его частях отличается.

В результате одна сторона кадра может стать очень тёмной, тогда как другая почти не изменится. На фотографии появляется заметное неравномерное пятно или градиент, который особенно бросается в глаза на чистом голубом небе.

Чем шире угол обзора, тем выше вероятность такого эффекта. Поэтому при съёмке пейзажей на сверхширокоугольную оптику часто лучше не вращать CPL до максимального затемнения.

Проблемой может стать и чрезмерное удаление отражений. Например, вода без характерного блеска иногда начинает выглядеть слишком тёмной, а автомобиль с полностью подавленными бликами - визуально плоским. Отражения дают зрителю информацию о форме и материале объекта, поэтому устранять их полностью не всегда нужно.

Следует учитывать и потерю света. В пасмурную погоду, вечером или внутри помещения CPL может заставить камеру поднять ISO или увеличить выдержку. В результате потенциальная польза от уменьшения бликов окажется меньше, чем рост шума или риск смазанного кадра.

Поляризатор лучше воспринимать как инструмент управления светом, а не как фильтр, который автоматически делает любую фотографию красивее. Его сила именно в возможности выбрать нужный баланс между отражениями, цветом и контрастом ещё во время съёмки.

Поляризационный фильтр для объектива: когда использовать и как настроить

Поляризационный фильтр для объектива особенно полезен в тех случаях, когда в кадре много отражённого света. Но максимальный эффект не означает лучший результат: иногда достаточно слегка повернуть CPL, чтобы убрать самые яркие блики и сохранить естественный вид сцены.

Перед съёмкой важно оценить, действительно ли поляризация даст пользу. Если в кадре нет воды, стекла, влажных поверхностей или выраженного рассеянного света в небе, влияние фильтра может оказаться минимальным.

Управление характеристиками проходящего света используется не только в фильтрах. Более сложный подход применяется в "Адаптивной оптике: как работают технологии коррекции света", где оптическая система активно компенсирует искажения.

• Читать подробнее: Адаптивная оптика: как работают технологии коррекции света

Как правильно пользоваться CPL-фильтром

После установки CPL на объектив нужно построить кадр и посмотреть на экран камеры или в видоискатель. Затем переднее кольцо фильтра медленно вращают, наблюдая, как меняются отражения, цвет неба и контраст отдельных объектов.

У фильтра нет одного "правильного" положения. В зависимости от сцены оптимальный результат может находиться между минимальным и максимальным воздействием. Например, при съёмке озера можно оставить часть отражения облаков, чтобы вода выглядела объёмнее, а не превращалась в тёмную поверхность.

Лучше оценивать эффект именно по изображению, а не по положению кольца. У CPL обычно нет фиксированных отметок, потому что нужная ориентация зависит от направления света и положения камеры.

После изменения композиции фильтр иногда приходится настраивать заново. Если фотограф повернулся относительно Солнца или изменил угол съёмки поверхности, направление поляризованного света тоже меняется.

Отдельное внимание нужно уделять экспозиции. Из-за потери света камера может увеличить ISO или выдержку. В автоматических режимах это произойдёт самостоятельно, но при ручной съёмке параметры приходится компенсировать вручную.

Когда CPL особенно полезен

Один из самых типичных сценариев - пейзажная фотография. CPL способен уменьшить отражения на листьях и траве, сделать зелень выразительнее и повысить контраст между небом и облаками. Особенно заметен эффект после дождя, когда почти каждая поверхность покрыта тонким слоем воды.

При съёмке рек, озёр и моря фильтр позволяет выбирать, что будет видно на фотографии: отражение окружающего пейзажа или детали под поверхностью воды. Для съёмки камней, растений и мелководья это может полностью изменить характер изображения.

Полезен CPL и при съёмке через стекло. Например, при фотографировании витрин, интерьеров через окно или экспонатов за стеклом можно уменьшить отражение помещения и самого фотографа. Однако результат зависит от угла и типа стекла, поэтому полностью убрать отражение удаётся не всегда.

В автомобильной фотографии поляризатор помогает контролировать блики на лакокрасочном покрытии и стёклах. При правильной настройке лучше проявляются цвет кузова и линии поверхности.

В предметной съёмке CPL тоже используется, но здесь нередко применяют более сложную схему с поляризацией не только перед объективом, но и на источниках света. Такой подход позволяет гораздо точнее управлять бликами на пластике, стекле и окрашенных предметах.

Схожие принципы работы со светом используются и в более специализированных системах. Например, существуют поляризационные камеры, которые анализируют не только яркость и цвет, но и параметры поляризации света, позволяя получать дополнительную информацию о поверхности объекта.

На что смотреть при выборе поляризационного фильтра

Первый параметр - диаметр резьбы объектива. Он обычно указан на корпусе объектива рядом со значком Ø: например, 52, 67, 77 или 82 мм. CPL должен соответствовать этому диаметру либо устанавливаться через переходное кольцо.

Если объективов несколько, необязательно покупать отдельный фильтр для каждого. Часто выгоднее приобрести качественный CPL под самый большой диаметр и использовать step-up-кольца для объективов с меньшей резьбой.

Второй важный параметр - качество самого стекла и покрытий. Дешёвый фильтр может снижать резкость, добавлять паразитные отражения и ухудшать контраст при съёмке против света. Хорошие модели используют многослойное просветление, которое уменьшает такие потери.

Для широкоугольных объективов имеет значение толщина оправы. Слишком толстый фильтр может попасть в поле зрения объектива и вызвать механическое виньетирование - затемнение углов кадра. Для такой оптики существуют тонкие версии CPL.

Также важно качество вращающегося механизма. Кольцо должно двигаться плавно, но не настолько свободно, чтобы положение фильтра случайно менялось от лёгкого прикосновения.

Не стоит выбирать поляризатор только по степени затемнения неба в рекламных примерах. Главная задача хорошего CPL - предсказуемо управлять поляризованным светом без заметного ухудшения резкости, цветопередачи и контраста самого объектива.

Заключение

Поляризационные фильтры полезны там, где качество кадра ухудшают отражения и рассеянный свет. CPL-фильтр способен уменьшить блики на воде, стекле, влажной листве и окрашенных поверхностях, сделать цвета визуально глубже и повысить контраст неба без программной обработки.

При этом результат зависит от угла съёмки, направления света и материала поверхности. CPL не способен одинаково эффективно убрать любое отражение, а слишком сильная поляризация иногда делает небо неравномерным или лишает поверхность естественных бликов.

Для пейзажей, путешествий, автомобильной и предметной съёмки хороший CPL остаётся одним из самых полезных фильтров для объектива. Его стоит использовать не постоянно, а тогда, когда нужно контролировать отражённый свет непосредственно во время съёмки. Оптимальный подход - вращать фильтр и выбирать не максимальный, а наиболее естественный эффект для конкретного кадра.