Камеры-обскуры - Pinhole camera - Wikipedia

Самодельный объектив камеры-обскуры

А камеры-обскуры это простая камера без объектива, но с крошечным отверстие (так называемой точечное отверстие ) - фактически светонепроницаемая коробка с небольшим отверстием с одной стороны. Свет от сцены проходит через апертуру и проецирует перевернутое изображение на противоположную сторону коробки, известное как камера-обскура эффект.

История

Камера-обскура

Дальнейшая информация: Камера-обскура

Изображение камеры-обскуры или точечного отверстия - это естественное оптическое явление. Ранние известные описания находятся на китайском языке. Mozi писаний (около 500 г. до н.э.) и аристотелевских Проблемы (около 300 г. до н.э. - 600 г. н.э.).

Схема, изображающая Ибн аль-Хайсам Наблюдения за поведением света через отверстие
Ранняя камера-обскура. Свет проникает в темную коробку через небольшое отверстие и создает перевернутое изображение на стене напротив отверстия.[1]

Ибн аль-Хайсам (965–1039), Арабский физик также известный как Альхазен, был первым, кто тщательно изучил и описал эффект камеры-обскуры. На протяжении веков другие начали экспериментировать с ним, в основном в темных комнатах с небольшим отверстием в ставнях, в основном для изучения природы света и безопасного наблюдения. солнечные затмения.

Джамбаттиста делла Порта писал в 1558 г. Magia Naturalis об использовании вогнутого зеркала для проецирования изображения на бумагу и его использовании в качестве вспомогательного средства для рисования.[2] Однако примерно в то же время было введено использование линзы вместо точечного отверстия. В XVII веке камера-обскура с линзой стала популярным средством для рисования, которое впоследствии превратилось в мобильное устройство, сначала в маленькой палатке, а затем в коробке. В фотографический Камера, разработанная в начале XIX века, была в основном адаптацией коробчатой ​​камеры-обскуры с объективом.

Термин «точечное отверстие» в контексте оптики был найден в книге Джеймса Фергюсона 1764 года. Лекции по избранным предметам механики, гидростатики, пневматики и оптики..[3][4]

Ранняя фотография обскуры

Первое известное описание фотографии-обскуры можно найти в книге 1856 г. Стереоскоп шотландским изобретателем Дэвид Брюстер, включая описание идеи как «фотоаппарат без линз и только с точечным отверстием».

сэр Уильям Крукс и Уильям де Вивелсли Абни были другими ранними фотографами, которые попробовали технику точечного отверстия.[5]

Эксперименты в кино и интегральной фотографии

По словам изобретателя Уильям Кеннеди Диксон, первые эксперименты по созданию движущихся картинок Томас Эдисон и его исследователи имели место около 1887 года и использовали «микроскопические точечные фотографии, помещенные на цилиндрическую оболочку». Размер цилиндра соответствовал их фонограф цилиндр, поскольку они хотели объединить движущиеся изображения со звуковыми записями. Возникли проблемы с записью четких изображений «с феноменальной скоростью» и с «грубостью» фотоэмульсии при увеличении изображений. От микроскопических точечных фотографий вскоре отказались.[6] В 1893 г. Кинетоскоп наконец, была представлена ​​движущаяся картинка на полосах целлулоидной пленки. Камера, записывающая изображения, дублирована Кинетограф, был снабжен линзой.

Эжен Эстанав экспериментировал с интегральная фотография, показав результат в 1925 г. и опубликовав свои результаты в La Nature. После 1930 года он решил продолжить свои эксперименты с отверстиями, заменяющими лентикулярный экран.[7]

использование

Изображение камеры-обскуры можно проецировать на полупрозрачный экран для просмотра в реальном времени (используется для безопасного наблюдения солнечных затмений) или для отслеживания изображения на бумаге. Но чаще его используют без полупрозрачного экрана для фотографии с отверстиями. фотопленка или фотобумагу, размещенную на поверхности, противоположной отверстию для точечного отверстия.

Обычное использование фотографии-обскуры - запечатлеть движение солнца в течение длительного периода времени. Такой вид фотографии называется солярография. Пинхол-фотография используется в художественных целях, а также в образовательных целях, чтобы ученики узнали об основах фотографии и поэкспериментировали с ними.

Камеры-обскуры с ПЗС-матрицами (устройства с зарядовой связью ) иногда используются для наблюдение потому что их трудно обнаружить.

Сопутствующие камеры, устройства формирования изображения или разработки на их основе включают широкоугольную камеру-обскур Franke, пинспек камера, а булавочное зеркало.

Современное производство позволило производить высококачественные линзы с отверстиями.[8] что можно применить к цифровым фотоаппаратам; позволяя фотографам и видеооператорам добиться эффекта камеры-обскуры.

Характеристики фотографии с помощью камеры-обскуры

  • Фотографии-обскуры имеют почти бесконечное глубина резкости, все появляется в фокусе.
  • Поскольку нет линзы искажение, широкоугольные изображения остаются абсолютно прямолинейными.
  • Время экспозиции обычно велико, что приводит к размытию движения вокруг движущихся объектов и отсутствию объектов, которые двигались слишком быстро.

В камеры-обскуры могут быть встроены другие специальные функции, такие как возможность получения двойных изображений с помощью нескольких отверстий или возможность делать снимки в цилиндрический или же сферическая перспектива путем изгиба плоскости пленки.

Строительство

Камера-обскура, сделанная из контейнера для овсянки, завернутого в непрозрачный пластик для предотвращения утечки света; коробка фотобумаги; щипцы и посуда для проявки пленки; бутылки с химикатами для проявки пленки
Самодельная камера-обскура (слева), завернутая в черный пластик для предотвращения утечки света, и сопутствующие проявочные материалы.

Фотоаппарат-обскура может быть изготовлен фотографом вручную для определенной цели. В своей простейшей форме фотоаппарат-обскура может состоять из светонепроницаемой коробки с отверстием на одном конце и куска пленки или фотобумаги, вклиниваемой или приклеенной к другому концу. Отверстие может быть пробито или просверлено с помощью швейной иглы или сверла небольшого диаметра в куске фольги, тонком алюминиевом или латунном листе. Затем этот кусок приклеивается изнутри светонепроницаемой коробки за вырезанным отверстием. через коробку. Цилиндрический контейнер для овсянки можно превратить в камеру-обскур.

Внутренняя часть эффективной камеры-обскуры черная, чтобы избежать отражения падающего света на фотографический материал или экран.[9]

Камеры-обскуры могут иметь выдвижной держатель для пленки или заднюю часть, чтобы можно было регулировать расстояние между пленкой и отверстием. угол обзора камеры, которую нужно изменить, а также эффективный f-stop соотношение сторон камеры. Перемещение пленки ближе к отверстию приведет к расширению поля зрения и сокращению времени экспозиции. Перемещение пленки дальше от отверстия приведет к телефото или узкоугольному обзору и увеличению времени экспозиции.

Камеры-обскуры также можно сконструировать, заменив узел объектива в обычной камере на точечное отверстие. В частности, компактные 35-миллиметровые камеры, объектив и фокусирующий узел которых были повреждены, могут быть повторно использованы в качестве камер-обскур, сохраняя при этом затвор и механизмы наматывания пленки. В результате огромного увеличения f-число, при сохранении того же времени выдержки необходимо использовать светосильную пленку на прямых солнечных лучах.

Точечные отверстия (самодельные или коммерческие) можно использовать вместо объектива на SLR. Использование с цифровой зеркальной фотокамерой позволяет производить замер и композицию методом проб и ошибок и фактически бесплатно, поэтому это популярный способ попробовать фотографию с отверстиями.[10]

Для изготовления камер-обскур были использованы необычные материалы, например, китайская жареная утка.[11] пользователя Martin Cheung.

Выбор размера точечного отверстия

До определенного момента, чем меньше отверстие, тем резче изображение, но тем ярче проецируемое изображение. Оптимально, размер апертуры должен составлять 1/100 или меньше расстояния между ней и проецируемым изображением.

В определенных пределах меньшее отверстие (с более тонкой поверхностью, через которую проходит отверстие) приведет к более резкому Разрешение изображения потому что прогнозируемый круг замешательства в плоскости изображения практически такого же размера, как и точечное отверстие. Однако очень маленькое отверстие может привести к значительному дифракция эффекты и менее четкое изображение из-за волновых свойств света.[12] Кроме того, виньетирование возникает, когда диаметр отверстия приближается к толщине материала, в котором оно пробито, потому что стороны отверстия препятствуют проникновению света под углом, отличным от 90 градусов.

Лучшее отверстие - идеально круглое (поскольку неровности вызывают дифракционные эффекты более высокого порядка) и в очень тонком куске материала. Отверстия промышленного производства извлекают выгоду из лазер травление, но любитель все еще может сделать точечные отверстия достаточно высокого качества для фотографических работ.

Метод расчета оптимального диаметра точечного отверстия был впервые опробован Юзеф Петцваль. Самое резкое изображение получается при размере отверстия, определяемом по формуле[13]

куда d диаметр отверстия, ж - фокусное расстояние (расстояние от точечного отверстия до плоскости изображения) и λ это длина волны света.

Для стандартной черно-белой пленки длина волны света, соответствующая желто-зеленой (550 нм ) должен дать оптимальные результаты. При расстоянии от отверстия до пленки в 1 дюйм (25 мм) получается отверстие диаметром 0,236 мм.[14] Для 5 см подходящий диаметр - 0,332 мм.[15]

В глубина резкости в основном бесконечный, но это не означает, что оптического размытия не происходит. Бесконечная глубина резкости означает, что размытие изображения зависит не от расстояния до объекта, а от других факторов, таких как расстояние от апертуры до фильм самолет, размер диафрагмы, длину волны источника света и движение объекта или холста. Кроме того, фотография крошечного отверстия не может избежать эффектов туман.

Пример 20-минутной экспозиции, снятой камерой-обскурой
Пример 20-минутной экспозиции, снятой камерой-обскурой
Фотография, сделанная камерой-обскурой с выдержкой 2 с.
Фотография, сделанная камерой-обскурой с выдержкой 2 с.
График зависимости разрешения камеры-обскуры от фокусного расстояния (расстояния до изображения).

В 1970-х Янг измерил предел разрешения камеры-обскуры как функцию диаметра обскуры.[16] а позже опубликовал учебное пособие в «Учителе физики».[17] Отчасти для того, чтобы обеспечить разнообразие диаметров и фокусных расстояний, он определил две нормализованные переменные: радиус точечного отверстия, разделенный на предел разрешения, и фокусное расстояние, разделенное на величину s2/ λ, где s - радиус точечного отверстия, а λ - длина волны света, обычно около 550 нм. Его результаты представлены на рисунке.

Слева большое отверстие с геометрической оптикой; предел разрешения составляет примерно 1,5 радиуса отверстия. (Паразитное разрешение также наблюдается в пределе геометрической оптики.) Справа точечное отверстие маленькое, и Фраунгофера дифракция применяется; предел разрешения задается формулой дифракции в дальней зоне, показанной на графике, и теперь увеличивается по мере того, как точечное отверстие становится меньше. В области дифракции в ближней зоне (или Дифракция Френеля ), точечное отверстие немного фокусирует свет, и предел разрешения минимизируется, когда фокусное расстояние ж (расстояние между отверстием и плоскостью пленки) определяется выражением ж = s2/ λ. На этом фокусном расстоянии точечное отверстие немного фокусирует свет, а предел разрешения составляет около 2/3 радиуса крошечного отверстия. Точечное отверстие в этом случае эквивалентно зонной пластине Френеля с единственной зоной. Значение s2/ λ в некотором смысле является естественным фокусным расстоянием точечного отверстия.

Соотношение ж = s2/λ дает оптимальный диаметр отверстия d = 2√fλ, поэтому экспериментальное значение немного отличается от оценки Petzval, приведенной выше.

Расчет числа f и требуемой экспозиции

А пожарный гидрант сфотографировано камерой-обскурой из обувной коробки, экспонировано на фотобумаге (вверху). Продолжительность воздействия составила 40 секунд. В правом нижнем углу изображения заметны блики, вероятно, из-за попадания постороннего света в корпус камеры.

F-число камеры можно рассчитать, разделив расстояние от отверстия до плоскости изображения ( фокусное расстояние ) диаметром отверстия. Например, камера с отверстием диаметром 0,5 мм и фокусным расстоянием 50 мм будет иметь f-число 50 / 0,5 или 100 (ж/ 100 в общепринятых обозначениях).

Из-за большого f-числа камеры-обскуры при съемке часто приходится сталкиваться с взаимность отказ.[18] Когда время экспонирования превышает примерно 1 секунду для пленки или 30 секунд для бумаги, необходимо компенсировать нарушение линейной реакции пленки / бумаги на интенсивность освещения, используя более длительные выдержки.

Экспозиции, проецируемые на современную светочувствительную фотопленку, обычно могут составлять от пяти секунд до нескольких часов, при этом небольшие отверстия требуют более длительных выдержек для получения изображения того же размера. Поскольку камера-обскура требует длительной выдержки, ее ставня может управляться вручную, как с клапаном из непрозрачного материала, закрывающим и открывающим точечное отверстие.

Кодированные апертуры

Основная статья: Кодированная апертура

Нефокусирующая оптическая система с кодированной апертурой может рассматриваться как совокупность нескольких камер-обскуры вместе. За счет добавления отверстий повышается светопропускная способность и, следовательно, чувствительность. Однако формируется несколько изображений, обычно требующих компьютера деконволюция.

Современный интерес к фотографии с отверстиями

Возрождение популярности стало очевидным в последние годы благодаря успеху краудфандинговых кампаний на Kickstarter, предлагающих ряд продуктов для фотографии с отверстиями. С фотоаппарата, сделанного из дерева[19] к Pinhole Pro[8] - изящный объектив, предназначенный для цифровых зеркальных фотокамер и цифровых камер MILC - эти проекты привлекли инвестиции тысяч энтузиастов и собрали сотни тысяч долларов.

Естественное явление точечного отверстия

Реплика изображения частичного солнечное затмение.

Эффект камеры-обскуры иногда может возникать естественным образом. Маленькие «дырочки», образованные листьями деревьев, создают точные изображения солнца на плоских поверхностях. Во время затмение, это дает небольшие полумесяцы в случае частичное затмение, или полые кольца в случае кольцевое затмение.

Наблюдение

Всемирный день фотографии-обскуры отмечается ежегодно в последнее воскресенье апреля.[20]

Фотографы, использующие технику

Смотрите также

Альтернатива
фотография
Мечты о мороженом, Крис Марчант.jpg

Рекомендации

  1. ^ Киркпатрик, Ларри Д.; Фрэнсис, Грегори Э. (2007). "Свет". Физика: взгляд на мир (6 изд.). Белмонт, Калифорния: Томсон Брукс / Коул. п. 339. ISBN  978-0-495-01088-3.
  2. ^ Зик, Яаков; Хон, Гиора (10 февраля 2019 г.). «Клавдий Птолемей и Джамбаттиста делла Порта: две противоположные концепции оптики». arXiv:1902.03627 [Physics.hist-ph ].
  3. ^ "Пинхол фотография Ника". idea.uwosh.edu. Получено 29 января 2018.
  4. ^ Фергюсон, Джеймс (1764). Лекции по избранным предметам по механике, гидростатике, пневматике и оптике с использованием глобусов, искусству набора номера и расчету среднего времени новой и полной луны и затмений..
  5. ^ «История фотографии с пинхол». photo.net. Архивировано из оригинал на 2017-02-02. Получено 29 января 2018.
  6. ^ «История кинетографа, кинетоскопа и кинетофонографа [авторами] В. К. Л. Диксон и Антония Диксон». HDL:2027 / mdp.39015002595158. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  7. ^ Тимби, Ким (31 июля 2015 г.). Трехмерная и анимированная линзовидная фотография. ISBN  9783110448061.
  8. ^ а б "Объектив Pinhole Pro от Thingyfy". 2018.
  9. ^ «Как сделать и использовать камеру-обскуру». Архивировано из оригинал на 2016-03-05.
  10. ^ «V3 - новости цифровой трансформации, анализ и понимание». v3.co.uk. Получено 18 октября 2018.
  11. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2016-10-09. Получено 2010-11-27.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  12. ^ Хехт, Юджин (1998). «5.7.6 Камера». Оптика (3-е изд.). ISBN  0-201-30425-2.
  13. ^ Рэлей, (1891) Лорд Рэйли о фотографии с отверстиями в Philosophical Magazine, том 31, стр. 87–99, представлен его формальный анализ, но формула непрофессионала «радиус точечного отверстия = √fλ"появляется в Strutt, J.W. Lord Rayleigh (1891) Некоторые приложения фотографии в природе. Т.44 с.254.
  14. ^ "2 * sqrt (1 дюйм * 550 нм) = - Поиск в Google". www.google.com. Получено 29 января 2018.
  15. ^ "2 * sqrt (5cm * 550nm) = - Поиск в Google". www.google.com. Получено 29 января 2018.
  16. ^ Янг, М. (1971). «Пинхол-оптика». Прикладная оптика. 10 (12): 2763–2767. Bibcode:1971ApOpt..10.2763Y. Дои:10.1364 / ао.10.002763. PMID  20111427.
  17. ^ Янг, Мэтт (1989). «Камера-обскура: изображение без линз и зеркал». Учитель физики. 27 (9): 648–655. Bibcode:1989PhTea..27..648Y. Дои:10.1119/1.2342908.
  18. ^ Бреслин, Нэнси А. "Советы Нэнси Бреслин по экспозиции камеры-обскуры". www.nancybreslin.com. Получено 29 января 2018.
  19. ^ «Деревянная камера-обскура от ONDU». 2015.
  20. ^ «Всемирный день фотографии с обскурами». pinholeday.org.

дальнейшее чтение

  • Эрик Реннер Пинхол-фотография: от исторической техники к цифровому применению[ISBN отсутствует ]

внешняя ссылка

СМИ, связанные с Камеры-обскуры в Wikimedia Commons