[科普中国]-水下摄影机

水下摄影机（underwater movie camera），采用高质量电缆为视频传输控制线，外加控制箱，放线绞车等辅助控制设备组成的水下摄像系统。主要应用于石油、深水探测，水下作业，海洋渔业等水下领域。

照明水下摄影师会面临的主要问题有，拍摄物颜色和对比度的损失。较长波长的阳光（如红色或橙色）被周围的水分迅速吸收，所以即使是肉眼看，也都呈现蓝绿色。颜色的损失程度与光线垂直、水平穿过都有关，因此对从照相机看较远也出现无色和模糊。这种效应发生在明显的清澈的水中，例如热带珊瑚礁周围的水。1

水下摄影师通过结合两种技术来解决这个问题。首先是让摄像机尽可能靠近拍摄对象，尽量减少水平的色彩损失。许多严谨的水下摄影师认为拍摄距离超过约一米是不能接受的。第二种技术是使用闪光灯恢复色彩损失的深度，通过提供全光谱可见光照射到整个曝光中，从而弥补颜色。

另一个环境影响是能见度范围。水很少清澈，溶解和悬浮的物质可以通过光的吸收和散射来降低能见度。

设备有些相机是为水下使用而制造的，包括现代防水数码相机。1963年的尼康为水下使用而设计的第一个水陆两用相机是卡里普索。用于干式作业的照相机也可以在水下工作，由附加的外壳保护，这些附加的外壳是用于点对点照相机，具有全曝光控制的小型照相机和单镜头反光照相机（SLR）。大多数这种外壳是相机专用的。材料范围从相对便宜的塑料到高价铝。外壳允许有多种选择：用户可以选择特定于其日常“陆地”摄像机的外壳，并使用任何镜头。水下摄影师通常使用广角镜头或微距镜头，这两者都可以实现近距离对焦，因此与被摄体的距离更短，这减少了散射而带来的清晰度损失。数字媒体比标准电影（每卷很少有超过36帧）可以容纳更多的镜头。这给数码相机带来了好处，因为在水下更换胶片是不切实际的。

水下外壳有控制旋钮和按钮，可以到达摄像机内部，从而可以使用其大部分正常功能。这些外壳也可能有连接器来连接外部闪光灯。一些基本的外壳允许在相机上使用闪光灯，但是板载闪光灯可能不够强大或不适合放置在水下使用。更先进的外壳可以通过光纤电缆重新定向板载闪光灯发射从属闪光灯，或者物理防止使用闪光灯。外壳由硅胶或其他弹性体O型圈防水在关键的关节以及控制主轴和按钮通过壳体的位置。高端外壳可能会在许多关键按钮和主轴上使用双重O型环，以减少泄漏的风险，从而损坏摄像机中的电子元件。有些相机本质上是防水的，或潜水深度较浅;当这些在潜水器壳体内时，小泄漏的后果一般不严重。2

在使用摄像机存在光学问题。由于折射，通过玻璃端口的图像将被扭曲，尤其是广角镜头。一个圆顶形或鱼眼端口纠正这种失真。大多数制造商为他们的外壳制造这些圆顶端口，通常将其设计成与特定镜头一起使用以使其效果最大化。Nikonos系列允许使用被设计为水下使用的水接触光学镜头，在空气中使用时无法正确对焦。一些数码相机也存在问题，这些数码相机内置的镜头不够宽;为了解决这个问题，除了圆顶端口之外，还有用辅助光学元件制成的外壳，使之更加明显视角更宽。有些外壳使用湿式耦合镜头，这些镜头拧在镜头端口的外面，增加了视野;这些镜头可以在水下添加或移除，允许在同一个潜水中进行微距拍摄和广角拍摄。

使用微距镜头时，由折射引起的失真不成问题，因此通常使用简单的平面玻璃端口。折射增加了微距镜头的放大倍数，这可以试图捕捉非常小的主题。

水下闪光使用闪光灯通常被认为是水下摄影最困难的方面。对于水下闪光灯的正确使用存在一些误解，特别是涉及到广角摄影。一般来说，闪光灯应该用来补充整体曝光，并恢复丢失的颜色，而不是作为主要光源。在诸如洞穴内部或沉船的情况下，广角图像可以100%闪光，但这种情况相当少见。通常，摄影师试图在可用的阳光之间创造美学平衡和闪光灯。深、黑或低能见度的环境可以使这种平衡更加困难。许多现代相机已经通过各种自动曝光模式和使用透镜（TTL）测光简化了这个过程。由于用户可以即时查看照片并进行调整，因此数码相机的使用日益增多，大幅度降低了水下闪光的适应曲线。

当它在水中穿行时，颜色被吸收，所以越深，红色，橙色和黄色的颜色就越少。闪光灯取代了这种颜色。它也有助于提供阴影和纹理，是创造力的宝贵工具。3

另外一个复杂的现象是反向散射现象，闪光反射掉水中的微粒或浮游生物。即使看起来清澈的水中含有大量的这种微粒，即使肉眼不容易看到。避免后向散射的最佳方法是将闪光灯从相机镜头的轴线上移开。理想情况下，这意味着闪光灯不会直接在镜头前面点亮水分，但仍然会撞击到主体。使用各种铰接臂和附件系统使非相机闪光灯更容易操作。

使用微距镜头时，摄影师更可能使用100%闪光灯进行曝光。拍摄对象通常非常接近镜头，可用的阳光通常是不够的。4

有一些尝试完全避免使用闪光灯，但这些大多都失败了。在浅水中，使用自定义白平衡可以在不使用频闪的情况下提供出色的色彩。从理论上讲，人们可以使用彩色滤光片来克服蓝绿偏移，但是这可能是有问题的。移位量随着深度和浊度而变化，并且对比度仍然会有明显的损失。许多数码相机的设置将提供色彩平衡，但这可能会导致其他问题。例如，向光谱的“温暖”部分偏移的图像可以产生呈现灰色，紫色或粉红色的背景水，并且看起来不自然。在一些高端数码相机上使用滤镜和原始图像格式功能进行了一些成功的实验，可以在数字暗室中进行更细致的操作。这种方法可能总是被限制在较浅的深度，而颜色的损失则不那么极端。尽管如此，对于诸如不能用闪光灯有效点亮的沉船等大型物体也是有效的。

在向上剪影，光线以及鲸鱼和海豚等大型物体拍摄对象时，水下自然光摄影可以很美丽。

虽然数码相机已经彻底改变了水下成像的许多方面，但闪光灯不可能完全被消除。从美学的角度来看，闪光强调主题，并有助于从蓝色的背景，特别是在更深的水中分开。最终，颜色和对比度的损失是一个普遍的光学问题，不能总是在诸如Photoshop之类的软件中进行调整。

分割图像另一种被认为是水下摄影的一部分的形式是上/下或分割的图像，其构成包括大致一半以上的表面和半个水下的两个焦点。传统技术的先驱之一是国家地理摄影师David Doubilet，他用它来捕捉场景上下的场景。拆分图像在娱乐性水肺潜水杂志中很受欢迎，通常显示潜水员在船下游泳，或在背景中看到海岸线的浅珊瑚礁。

上/下拍摄提出了一些超出大多数水下照相机系统范围的技术挑战。通常使用超广角镜头，类似于日常水下摄影中使用的方式。但是，图像的上述水部分的曝光值通常比水下部分更高（更亮）。水下部分也存在折射问题，以及它如何影响与空气部分有关的整体焦点。有专门的分割滤镜设计来补偿这两个问题，以及在整个图像上创建均匀曝光的技术。

然而，专业摄影师经常使用非常广泛的或鱼眼镜头，提供了广泛的景深- 和一个非常小的光圈更深入的景深;这是为了让人接受的清晰的焦点，既在附近的水下主题和更遥远的水上的元素。外部闪光灯也可以在低水平的环境下非常有用，以平衡光线：克服水上和水下元件的亮度差异。

David Doubilet在尼康公司的采访中解释了他的技术。“你需要使用D-SLR和一个超广角或鱼眼镜头和一个复杂的房屋，有一个圆顶，而不是一个平坦的港口，水下图像放大了25%，圆顶会纠正，技术需要一个小的f / stop-f / 16或更小的景深，再加上一个能够近距离聚焦的镜头;你总是关注水线以下的物体，还必须平衡光线。一个轻的底部白色的沙子是最好的，或者是一个水下光线的物体，我会把闪光灯放在下面，然后点亮底部，然后曝光顶部，如果你拍摄ISO 400，你会有很多曝光的顶部，闪光灯将照顾底部。当然，

数字暗房技术也可以用来将两幅图像“合并”在一起，形成一个超/低的镜头。

技能和培训由于水下摄影经常在潜水时进行，因此，潜水摄影师必须具备足够的技能，以保持合理安全的活动。良好的潜水技术也提高了图像的质量，因为海洋生物不太可能被平静的潜水员吓跑，环境不太可能被损坏或受到干扰。有可能遇到恶劣的条件，如大潮，潮汐或能见度低。水下摄影师通常尽量避免这些情况。水下潜水培训提供者提供课程，以帮助提高潜水员的潜水技巧和水下摄影技能。5

时间表1856年 -威廉·汤普森（William Thompson）用安装在杆子上的相机拍摄了第一批水下图片。

1893年 -Louis Boutan在Banyuls-sur-Mer拍摄水下照片，同时使用地面提供的安全帽潜水装备潜水。他还利用电磁铁开发了一种水下闪光和深水遥控。

1914年 -约翰·欧内斯特·威廉姆森在巴哈马拍摄了第一部水下电影。

1926年 -威廉·哈丁（William Harding）朗利和查尔斯·马丁（Charles Martin）用镁闪光灯拍摄了第一张水下彩色照片。

1940年 -布鲁斯·莫泽特开始在佛罗里达州的银泉市拍摄照片

1957年 -CALYPSO-PHOT相机由Jean de Wouters设计，由Jacques-Yves Cousteau推广。它于1963年在澳大利亚首次发行，最高可拍摄1/1000秒的快门速度。类似的版本稍后被产生尼康作为Nikonos，最大1/500秒的快门速度和成为最畅销的水下摄像机系列。

1961年 -圣地亚哥水下摄影协会成立，是最早致力于推进水下摄影的组织之一。

本词条内容贡献者为:

王强 - 副教授 - 西南大学