HIGH SPEED PHOTOGRAPHY

High speed photography

A Photography gained the interest of many scientists and artists from its inception. Scientists have used photography to record and study movements, such as Eadweard Muybridge’s study of human and animal locomotion in 1887. Artists are equally interested by these aspects but also try to explore avenues other than the photo-mechanical representation of reality, such as the pictorialist movement. Military, police, and security forces use photography for surveil-lance, recognition and data storage. Photography is used by amateurs to preserve memories, to capture special moments, to tell stories, to send messages, and as a source of entertainment. Various technological improvements and techniques have even allowed for visualising events that are too fast or too slow for the human eye.

B One of such techniques is called fast motion or professionally known as time-lapse. Time-lapse photography is the perfect technique for capturing events and movements in the natural world that occur over a timescale too slow for human perception to follow. The life cycle of a mushroom, for example, is incredibly subtle to the human eye. To present its growth in front of audiences, the principle applied is a simple one: a series of photographs are taken and used in sequence to make a moving-image film, but since each frame is taken with a lapse at a time interval between each shot, when played back at normal speed, a continuous action is produced and it appears to speed up. Put simply: we are shrinking time. Objects and events that: would normally take several minutes, days or even months can be viewed to completion in seconds having been sped up by factors of tens to millions.

C Another commonly used technique is high-speed photography, the science of taking pictures of very fast phenomena. High-speed photography can be considered to be the opposite of time-lapse photography. One of the many applications is found in biology studies to study birds, bats and even spider silk. Imagine a hummingbird hovering almost completely still in the air, feeding on nectar. With every flap, its wings bend, flex and change shape. These subtle movements precisely control the lift its wings generate, making it an excellent hoverer. But a hummingbird flaps its wings up to 80 times every second. The only way to truly capture this motion is with cameras that will, in effect, slow down time. To do this, a greater length of film is taken at a high sampling frequency or frame rate, which is much faster than it will be projected on screen. When replayed at normal speed, time appears to be slowed down proportionately. That is why high-speed cameras have become such a mainstay of biology.

D In common usage, high-speed photography can also refer to the use of high-speed cameras that the photograph itself may be taken in a way as to appear to freeze the motion, especially to reduce motion blur. It requires a sensor with good sensitivity and either a very good shut-tering system or a very fast strobe light. The recent National Geographic footage—captured last summer during an intensive three-day shoot at the Cincinnati Zoo—is unprecedented in its clarity and detail. “I’ve watched cheetahs run for 30 years,” said Cathryn Milker, founder of the zoo’s Cat Ambassador Program. “But I saw things in that super slow-motion video that I’ve never seen before.” The slow-motion video is entrancing. Every part of the sprinting cat’s anatomy—supple limbs, rippling muscles, hyperflexible spine—works together in a sym-phony of speed, revealing the fluid grace of the world’s fastest land animal.

E But things can’t get any more complicated in the case of filming a frog catching its prey. Frogs can snatch up prey in a few thousandths of a second—striking out with elastic tongues. Biologists would love to see how a frog’s tongue roll out, adhere to prey, and roll back into the frog’s mouth. But this all happened too fast, 50 times faster than an eye blink. So natu-rally people thought of using high-speed camera to capture this fantastic movement in slow motion. Yet one problem still remains—viewers would be bored if they watch the frog swim in slow motion for too long. So how to skip this? The solution is a simple one—adjust the playback speed, which is also called by some the film speed adjustment. The film will origi-nally be shot at a high frame (often 300 frames per second, because it can be converted to much lower frame rates without major issues), but at later editing stage this high frame rate will only be preserved for the prey catching part, while the swimming part will be converted to the normal speed at 24 frames per second. Voila, the scientists can now sit back and enjoy watching without having to go through the pain of waiting.

F Sometimes taking a good picture or shooting a good film is not all about technology, but patience, like in the case of bat. Bats are small, dark-colored; they fly fast and are active only at night. To capture bats on film, one must use some type of camera-tripping device. Photog-raphers or film-makers often place camera near the bat cave, on the path of the flying bats. The camera must be hard-wired with a tripping device so that every time a bat breaks the tripping beam the camera fires and it will keep doing so through the night until the camera’s battery runs out. Though highly-advanced tripping device can now allow for unmanned shooting, it still may take several nights to get a truly high quality film.

G Is it science? Is it art? Since the technique was first pioneered around two hundred years ago, photography has developed to a state where it is almost unrecognisable. Some people would even say the future of photography will be nothing like how we imagine it. No matter what future it may hold, photography will continue to develop as it has been repeatedly demon-strated in many aspects of our life that “a picture is worth a thousand words.”

Nhiếp ảnh tốc độ cao

A Nhiếp ảnh đã thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học và nghệ sĩ ngay từ khi mới ra đời. Các nhà khoa học đã sử dụng nhiếp ảnh để ghi lại và nghiên cứu các chuyển động, chẳng hạn như nghiên cứu của Eadweard Muybridge về sự chuyển động của con người và động vật vào năm 1887. Các nghệ sĩ không những quan tâm đến những khía cạnh này mà còn cố gắng khám phá những con đường khác ngoài sự trình diễn ảnh cơ học về thực tế, chẳng hạn như phong trào ảnh tựa tranh. Lực lượng quân đội, cảnh sát và an ninh sử dụng nhiếp ảnh để giám sát, nhận dạng và lưu trữ dữ liệu. Nhiếp ảnh được những người nghiệp dư sử dụng để lưu giữ những kỷ niệm, ghi lại những khoảnh khắc đặc biệt, để kể những câu chuyện, để gửi những thông điệp và là nguồn giải trí. Các cải tiến công nghệ và kỹ thuật khác nhau thậm chí còn cho phép hình dung các sự kiện diễn ra quá nhanh hoặc quá chậm đối với mắt thường.

B Một trong những kỹ thuật như vậy được gọi là chuyển động nhanh hay gọi một cách chuyên nghiệp là tua nhanh thời gian. Nhiếp ảnh tua nhanh thời gian là kỹ thuật hoàn hảo để ghi lại các sự kiện và chuyển động trong thế giới tự nhiên xảy ra trong một khoảng thời gian quá chậm đối với nhận thức của con người. Ví dụ, vòng đời của nấm cực kỳ khó thấy đối với mắt thường. Để thể hiện sự phát triển của nấm trước người xem cần áp dụng một nguyên tắc rất đơn giản: chụp một loạt ảnh và ghép các ảnh theo trình tự để tạo thành một thước phim ảnh động, nhưng vì mỗi khung hình được chụp có sự chênh lệch thời gian chụp giữa mỗi bức ảnh, nên khi được phát lại ở tốc độ bình thường, nó tạo ra một hành động liên tục, từ đó làm tăng tốc các chuyển động. Nói một cách đơn giản: chúng ta đang rút ngắn thời gian. Các đối tượng và sự kiện thường diễn ra trong vài phút, vài ngày hoặc thậm chí vài tháng thì nay chỉ mất vài giây ta đã có thể xem được chuyển động của chúng với tốc độ được tăng tốc theo cấp số nhân từ hàng chục đến hàng triệu.

C Một kỹ thuật thường được sử dụng khác là chụp ảnh tốc độ cao, khoa học về chụp ảnh các hiện tượng diễn ra cực nhanh. Chụp ảnh tốc độ cao có thể được coi là đối lập với chụp ảnh tua nhanh thời gian. Một trong những ứng dụng của kỹ thuật này là trong nghiên cứu sinh học về các loài chim, dơi và thậm chí cả tơ nhện. Hãy tưởng tượng một con chim ruồi bay lượn gần như hoàn toàn tĩnh lặng trên không trung, hút mật hoa. Mỗi lần vỗ cánh, cánh của nó uốn cong, dẻo và thay đổi hình dạng. Những chuyển động tinh tế này kiểm soát chính xác sức nâng đôi cánh tạo ra, khiến nó trở thành một tay bay lượn tuyệt vời. Nhưng một con chim ruồi vỗ cánh nhanh tới 80 lần mỗi giây. Cách duy nhất để thực sự ghi lại được chuyển động này là sử dụng máy ảnh có tác dụng làm chậm thời gian. Để làm việc này, phải thực hiện phim dài hơn ở tần số lấy mẫu hoặc tốc độ khung hình cao, nhanh hơn nhiều so với thời lượng được chiếu trên màn hình. Khi phát lại ở tốc độ bình thường, thời gian dường như bị chậm lại tương ứng. Đó là lý do tại sao máy ảnh tốc độ cao vô cùng quan trọng đối với ngành sinh học.

D Trong cách sử dụng phổ biến, chụp ảnh tốc độ cao cũng có thể đề cập đến việc sử dụng máy ảnh tốc độ cao mà bản thân ảnh có thể được chụp theo cách như đóng băng chuyển động, đặc biệt là để giảm nhòe chuyển động. Nó yêu cầu một cảm biến có độ nhạy cao và một hệ thống màn trập cực tốt hoặc đèn chớp cực nhanh. Đoạn phim gần đây của National Geographic — được quay vào mùa hè năm ngoái trong một buổi quay chuyên sâu kéo dài ba ngày tại Vườn thú Cincinnati — với độ rõ nét và chi tiết chưa từng thấy. Cathryn Milker, người sáng lập Chương trình Đại sứ loài Mèo của vườn thú cho biết: “Tôi đã xem báo đốm chạy trong 30 năm. “Nhưng trước đây tôi chưa từng thấy những gì được thể hiện trong thước phim chuyển động siêu chậm đó.” Phim rất cuốn hút. Mọi bộ phận cơ thể con báo đang chạy nước rút — tứ chi dẻo dai, cơ gợn sóng, xương sống siêu linh hoạt — kết hợp với nhau trong bản giao hưởng tốc độ, để lộ vẻ đẹp uyển chuyển của loài động vật trên cạn nhanh nhất thế giới.

E Nhưng mọi thứ không thể phức tạp hơn như trong trường hợp quay cảnh một con ếch đang bắt mồi. Ếch có thể tóm gọn con mồi trong vài phần nghìn giây — tấn công bằng chiếc lưỡi co giãn. Các nhà sinh vật học rất muốn xem cách ếch phóng lưỡi ra, dính vào con mồi, rồi rút lại vào miệng. Nhưng tất cả hành động này diễn ra quá nhanh, nhanh hơn 50 lần so với một cái chớp mắt. Vì vậy, mọi người nghĩ đến việc sử dụng máy ảnh tốc độ cao để ghi lại chuyển động tuyệt vời này ở dạng chuyển động chậm. Tuy nhiên, vẫn còn một vấn đề – người xem sẽ thấy chán nếu xem ếch bơi ở dạng chuyển động chậm quá lâu. Vậy làm thế nào tránh điều này? Giải pháp rất đơn giản — điều chỉnh tốc độ phát lại, còn được gọi là điều chỉnh tốc độ phim. Ban đầu, quay phim ở chế độ khung hình cao (thường là 300 khung hình / giây, vì có thể chuyển sang tốc độ khung hình thấp hơn nhiều một cách dễ dàng), nhưng ở giai đoạn chỉnh sửa sau đó, tốc độ khung hình cao này sẽ chỉ được giữ nguyên ở đoạn bắt mồi, còn phần bơi sẽ được chuyển sang tốc độ bình thường là 24 khung hình / giây. Vậy là, giờ đây các nhà khoa học có thể ngồi xuống và tận hưởng bộ phim mà không phải chờ đợi.

F Để chụp được một bức ảnh đẹp hay quay được một bộ phim chất lượng không phải chỉ phụ thuộc vào công nghệ, nó còn đòi hỏi sự kiên nhẫn, như trường hợp về dơi. Dơi nhỏ, tối màu; chúng bay nhanh và chỉ hoạt động vào ban đêm. Để quay được dơi, người ta phải sử dụng một số loại thiết bị phát động. Nhiếp ảnh gia hay nhà làm phim thường đặt máy quay gần hang, nơi dơi sẽ bay qua. Máy quay phải được nối dây với thiết bị phát động để mỗi khi dơi bay ngang qua, máy quay sẽ được kích hoạt và nó sẽ tiếp tục hoạt động như vậy suốt đêm cho đến khi hết pin. Mặc dù thiết bị phát động tiên tiến hiện nay cho phép quay tự động, nhưng vẫn có thể mất vài đêm mới có được một bộ phim chất lượng cao thực sự.

G Đây là khoa học? Đây là nghệ thuật? Kể từ khi xuất hiện lần đầu tiên vào khoảng hai trăm năm trước, nhiếp ảnh đã phát triển đến một mức gần như không thể nhận ra được. Một số người thậm chí còn nói rằng tương lai của nhiếp ảnh sẽ không giống như cách chúng ta tưởng tượng. Bất kể trong tương lai nào, nhiếp ảnh sẽ tiếp tục phát triển vì nó đã được chứng minh nhiều lần trong nhiều khía cạnh cuộc sống rằng “một bức ảnh bằng ngàn lời nói”.