Камера-обскура
Камера -обскура — это простая камера без объектива, но с крошечной диафрагмой (так называемая «обскура» ) — по сути, светонепроницаемая коробка с небольшим отверстием на одной стороне. Свет от сцены проходит через апертуру и проецирует перевернутое изображение на противоположную сторону коробки, что известно как эффект камеры-обскуры . Размер изображений зависит от расстояния между объектом и точечным отверстием.
Ежегодно в последнее воскресенье апреля отмечается Всемирный день фотографии-обскуры. [1]
История [ править ]
Темная комната [ править ]
Камера-обскура или изображение-обскура — это естественное оптическое явление. Ранние известные описания встречаются в китайских писаниях Мози (около 500 г. до н.э.). [2] Аристотеля и проблемы (около 300 г. до н.э. – 600 г. н.э.). [3]
Ибн аль-Хайсам (965–1039), арабский физик, также известный как Альхазен, описал эффект камеры-обскуры. На протяжении веков другие начали экспериментировать с ним, в основном в темных комнатах с небольшими отверстиями в ставнях, в основном для изучения природы света и безопасного наблюдения за солнечными затмениями . [5]
Джамбаттиста Делла Порта писал в 1558 году в своей «Magia Naturalis» об использовании вогнутого зеркала для проецирования изображения на бумагу и использовании его в качестве вспомогательного средства для рисования. [6] Однако примерно в то же время было введено использование линзы вместо обскуры. В 17 веке камера-обскура с линзой стала популярным помощником для рисования, который в дальнейшем превратился в мобильное устройство, сначала в небольшой палатке, а затем в коробке. Фотоаппарат , разработанный в начале XIX века, по сути представлял собой адаптацию камеры-обскуры коробчатого типа 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» . [7] [8]
Ранняя - обскура фотография
Первое известное описание фотографии-обскуры можно найти в книге 1856 года «Стереоскоп» шотландского изобретателя Дэвида Брюстера , включая описание идеи как «камеры без линз и только с точечным отверстием».
Сэр Уильям Крукс и Уильям де Вивлесли Эбни были первыми фотографами, опробовавшими технику точечного отверстия. [9]
пленкой и интегральной Эксперименты с фотографией
По словам изобретателя Уильяма Кеннеди Диксона и его исследователей по движущимся изображениям , первые эксперименты Томаса Эдисона были проведены около 1887 года и включали «микроскопические точечные фотографии, помещенные на цилиндрическую оболочку». Размер цилиндра соответствовал цилиндру фонографа , поскольку они хотели объединить движущиеся изображения со звукозаписями. Возникли проблемы с записью четких снимков «с феноменальной скоростью» и «грубостью» фотоэмульсии при увеличении снимков. От микроскопических точечных фотографий вскоре отказались. [10] В 1893 году наконец был представлен кинетоскоп с движущимися изображениями на полосах целлулоидной пленки. Камера, записывавшая изображения, получившая название «Кинетограф» , была оснащена объективом.
Эжен Эстанав экспериментировал с интегральной фотографией , продемонстрировав результат в 1925 году и опубликовав свои выводы в журнале La Nature . После 1930 года он решил продолжить свои эксперименты с точечными отверстиями, заменяющими двояковыпуклый экран. [11]
Использование [ править ]
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 используется без полупрозрачного экрана для обскурной съемки с размещением фотопленки или фотобумаги на поверхности, противоположной обскурной диафрагме.
Обскурная фотография обычно используется для съемки движения Солнца в течение длительного периода времени. Этот вид фотографии называется соляриграфией . Фотография-обскура используется в художественных целях, а также в образовательных целях, чтобы позволить ученикам изучить основы фотографии и поэкспериментировать с ними.
Камеры-обскуры с ПЗС ( устройствами с зарядовой связью ) иногда используются для наблюдения, поскольку их трудно обнаружить.
К родственным камерам, устройствам формирования изображения или разработкам на их основе относятся широкоугольная камера-обскура Франке, камера-пинспек и зеркало с булавочной головкой .
Современное производство позволило производить высококачественные линзы-обскуры. [12] которое можно применить к цифровым камерам.
Строительство [ править ]
Камеры-обскуры могут быть изготовлены фотографом вручную для определенной цели. В своей простейшей форме фотокамера-обскура может состоять из светонепроницаемой коробки с отверстием на одном конце и куска пленки или фотобумаги, вставленного или приклеенного скотчем на другом конце.В качестве ставенки можно использовать створку из картона с ленточной петлей.Отверстие можно пробить или просверлить с помощью швейной иглы или сверла небольшого диаметра в куске фольги, тонком алюминиевом или латунном листе.Затем этот кусок приклеивается скотчем к внутренней части светонепроницаемой коробки за отверстием, прорезанным в коробке. Цилиндрический контейнер из-под овсянки можно превратить в камеру-обскуру.
Внутренняя часть эффективной камеры-обскуры черная, чтобы избежать отражения падающего света на фотоматериал или экран просмотра. [13]
Камеры-обскуры могут быть оснащены выдвижным держателем пленки или задней панелью, чтобы можно было регулировать расстояние между пленкой и отверстием-обскурой.Это позволяет угол обзора изменять камеры, а также эффективное соотношение диафрагмы камеры. Перемещение пленки ближе к точечному отверстию приведет к увеличению угла обзора и сокращению времени экспозиции.Перемещение пленки дальше от точечного отверстия приведет к телефото или узкоугольному обзору и увеличению времени экспозиции.
Камеры-обскуры также можно сконструировать путем замены линзы в обычной камере на обскуру. В частности, компактные 35-мм фотоаппараты, у которых объектив и узел фокусировки были повреждены, можно повторно использовать в качестве камер-обскуры, сохраняя при этом использование затвора и механизмов намотки пленки. В результате огромного увеличения числа f при сохранении того же времени экспозиции приходится использовать светосильную пленку под прямыми солнечными лучами.
Вместо объектива зеркальной фотокамеры можно использовать отверстия (самодельные или коммерческие). Использование с цифровой зеркальной фотокамерой позволяет проводить замер и композицию методом проб и ошибок, при этом оно фактически бесплатно, поэтому это популярный способ попробовать фотографировать с помощью точечной диафрагмы. [14]
Выбор размера отверстия [ править ]
До определенного момента, чем меньше отверстие, тем резче изображение, но тем тусклее проецируемое изображение. Оптимально размер апертуры должен составлять 1/100 или меньше расстояния между ней и проецируемым изображением.
В определенных пределах небольшое точечное отверстие в тонкой поверхности приведет к более четкому разрешению изображения , поскольку проецируемый круг нерезкости на плоскости изображения практически того же размера, что и точечное отверстие. Однако чрезвычайно маленькое отверстие может вызвать значительные дифракционные эффекты и менее четкое изображение из-за волновых свойств света. [15] Кроме того, виньетирование возникает, когда диаметр отверстия приближается к толщине материала, в котором оно пробито, поскольку стороны отверстия препятствуют проникновению света под углом, отличным от 90 градусов.
Лучшее точечное отверстие имеет идеально круглую форму (поскольку неровности вызывают дифракционные эффекты более высокого порядка) и находится в чрезвычайно тонком куске материала. Промышленно изготовленные точечные отверстия выигрывают от лазерного травления, но любитель все равно может создавать точечные отверстия достаточно высокого качества для фотографических работ.
Метод расчета оптимального диаметра точечного отверстия был впервые опубликован Джозефом Петцвалем в 1857 году. Наименьший возможный диаметр точки изображения и, следовательно, максимально возможное разрешение изображения и самое резкое изображение получаются, когда: [16]
(Где d — диаметр точечного отверстия, f — расстояние от точечного отверстия до плоскости изображения или «фокусное расстояние», а λ — длина волны света.)
Первым, кто применил волновую теорию к этой проблеме, был лорд Рэлей в 1891 году. Но благодаря некоторым неверным и произвольным выводам он пришел к следующему: [17]
Таким образом, его оптимальное отверстие было примерно на 1/3 больше, чем у Петцваля.
Правильный оптимум можно найти с помощью аппроксимации Фраунгофера дифракционной картины за круглым отверстием:
Это можно сократить до: (Когда d и f в миллиметрах и λ = 550 нм = 0,00055 мм, что соответствует желто-зеленому цвету.)
Для расстояния от отверстия до пленки 1 дюйм или 25,4 мм это соответствует диаметру отверстия 0,185 мм (185 микрон). Для f= 50 мм оптимальный диаметр 0,259 мм.
Глубина резкости практически бесконечна , 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 плоскости пленки , размер апертуры, длина волны источника света и движение объекта. или холст. Кроме того, фотография-обскура не позволяет избежать эффекта дымки .
В 1970-х годах Янг измерил предел разрешения камеры-обскуры в зависимости от диаметра отверстия. [18] а позже опубликовал учебник в журнале The Physics Teacher . [19] Частично для того, чтобы обеспечить разнообразие диаметров и фокусных расстояний, он определил две нормализованные переменные: предел разрешения, разделенный на радиус точечного отверстия, и фокусное расстояние, разделенное на величину s. 2 /λ, где s — радиус точечного отверстия, а λ — длина волны света, обычно около 550 нм. Его результаты представлены на рисунке.
В левой части графика точечное отверстие большое, применима геометрическая оптика; предел разрешения примерно в 1,5 раза превышает радиус точечного отверстия. (Ложное разрешение также наблюдается в пределе геометрической оптики.) С правой стороны точечное отверстие маленькое, и дифракция Фраунгофера применяется ; предел разрешения определяется формулой дифракции в дальнем поле, показанной на графике, и теперь увеличивается по мере уменьшения точечного отверстия. В этой формуле вместо диаметра используется радиус точечного отверстия, поэтому константа равна 0,61 вместо более привычных 1,22. В области дифракции ближнего поля (или дифракции Френеля ) точечное отверстие слегка фокусирует свет, а предел разрешения минимизируется, когда фокусное расстояние f (расстояние между точечным отверстием и плоскостью пленки) определяется выражением f = s. 2 /λ. При таком фокусном расстоянии обскура слегка фокусирует свет, а предел разрешения составляет около 2/3 радиуса обскуры. В данном случае точечное отверстие эквивалентно зонной пластинке Френеля с одной зоной. Значение с 2 /λ в некотором смысле является естественным фокусным расстоянием точечного отверстия. [ нужна ссылка ]
Отношение f = s 2 / λ дает оптимальный диаметр точечного отверстия d = 2 √ fλ , поэтому экспериментальное значение немного отличается от оценки Петцваля, приведенной выше.
числа f и экспозиции Расчет необходимой
Диафрагменное число камеры можно рассчитать путем деления расстояния от точечного отверстия до плоскости изображения ( фокусное расстояние ) на диаметр точечного отверстия. Например, камера с точечным отверстием диаметром 0,5 мм и фокусным расстоянием 50 мм будет иметь число f 50/0,5 или 100 ( f /100 в общепринятых обозначениях).
Из-за большого числа f камеры-обскуры экспозиция часто сталкивается с нарушением взаимности . [20] Если время экспозиции превышает примерно 1 секунду для пленки или 30 секунд для бумаги, необходимо компенсировать нарушение линейной реакции пленки/бумаги на интенсивность освещения, используя более длительную экспозицию.
Экспозиция, проецируемая на современную светочувствительную фотопленку, обычно может варьироваться от пяти секунд до нескольких часов, при этом для небольших отверстий требуется более длительная экспозиция для получения изображения того же размера. Поскольку камера-обскура требует длительной экспозиции, ее затвором можно управлять вручную, например, с помощью клапана из непрозрачного материала, закрывающего и открывающего отверстие-обскуру.
Природный феномен дыры точечной
Эффект камеры-обскуры иногда может возникать естественным путем. Небольшие «отверстия», образованные промежутками между перекрывающимися листьями деревьев, будут создавать копии изображений солнца на плоских поверхностях. Во время затмения образуются небольшие полумесяцы в случае частичного затмения или полые кольца в случае кольцевого затмения . Диско-шары также могут функционировать как естественные отражающие камеры-обскуры (также известные как зеркало с булавочной головкой ). [21]
технику использующие эту , Фотографы
См. также [ править ]
| Альтернатива фотография |
|---|
 |
- Камера-обскура (обычно использует объектив)
- Диркон
- Генри Фокс Талбот
- Ибн аль-Хайсам
- Наутилус (чей глаз-обскура действует как камера-обскура)
- Модель камеры-обскуры
- очки-обскуры
- Пинхол-окклюдер — аналогичное устройство, используемое офтальмологами.
- Пространственный фильтр
- Великая картина
- Зонная пластина
Ссылки [ править ]
- ^ «Всемирный день пинхол-фотографии» . pinholeday.org .
- ^ «CS194-26: проект2» . inst.eecs.berkeley.edu . Проверено 7 января 2022 г.
- ^ «Камера-обскура: предок современной фотографии | Encyclepedia.com» . www.энциклопедия.com . Проверено 7 января 2022 г.
- ^ Киркпатрик, Ларри Д .; Фрэнсис, Грегори Э. (2007). "Свет". Физика: взгляд на мир (6-е изд.). Бельмонт, Калифорния: Томсон Брукс/Коул. п. 339. ИСБН 978-0-495-01088-3 .
- ^ Плотт, Джон К. (1984). Всемирная история философии: Период схоластики (часть первая) . Мотилал Банарсидасс Publ. п. 460. ИСБН 978-0-89581-678-8 .
- ^ Зик, Яаков; Достопочтенный Гиора (10 февраля 2019 г.). «Клавдий Птолемей и Джамбаттиста Делла Порта: две контрастирующие концепции оптики». arXiv : 1902.03627 [ physical.hist-ph ].
- ^ «Обскурная фотография Ника» . idea.uwosh.edu . Архивировано из оригинала 30 сентября 2018 года . Проверено 29 января 2018 г.
- ^ Фергюсон, Джеймс (1764). Лекции по избранным предметам по механике, гидростатике, пневматике и оптике с использованием глобусов, искусству набора номера и расчету среднего времени новолуний, полнолуний и затмений .
- ^ «История пинхол-фотографии» . фото.нет . Архивировано из оригинала 02 февраля 2017 г. Проверено 29 января 2018 г.
- ^ История кинетографа, кинетоскопа и кинетофонографа [авторы] У.К.Л. Диксон и Антония Диксон . Литература кино. Арно Пресс. 1970. hdl : 2027/mdp.39015002595158 . ISBN 978-0-405-01611-0 .
- ^ Тимби, Ким (31 июля 2015 г.). 3D и анимированная лентикулярная фотография . Вальтер де Грюйтер ГмбХ & Ко КГ. ISBN 978-3-11-044806-1 .
- ^ «Объектив Pinhole Pro от Thingyfy» . 2018.
- ^ «Как сделать и использовать камеру-обскуру» . Архивировано из оригинала 5 марта 2016 г.
- ^ «V3 — новости цифровой трансформации, анализ и понимание» . v3.co.uk. Архивировано из оригинала 19 апреля 2009 года . Проверено 18 октября 2018 г.
- ^ Хехт, Юджин (1998). «5.7.6 Камера». Оптика (3-е изд.). Аддисон-Уэсли. ISBN 0-201-30425-2 .
- ^ Петцваль, Дж. (1857). о исследованиях диоптрических Отчет Протоколы заседаний Императорской Академии наук, класса математики и естествознания (на немецком языке). Том 26. С набережной. Король Судебная и государственная типография по заказу сына Карла Герольда. стр. 33–90. OCLC 16122711 .
- ^ Рэлей, лорд (февраль 1891 г.). «X. О пинхол-фотографии» (PDF) . Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 31 (189): 87–99. дои : 10.1080/14786449108620080 .
- ^ Янг, М. (1 декабря 1971 г.). «Пинхол-оптика». Прикладная оптика . 10 (12): 2763–2767. Бибкод : 1971ApOpt..10.2763Y . дои : 10.1364/ao.10.002763 . ПМИД 20111427 .
- ^ Янг, Мэтт (декабрь 1989 г.). «Камера-обскура: получение изображений без линз и зеркал». Учитель физики . 27 (9): 648–655. Бибкод : 1989PhTea..27..648Y . дои : 10.1119/1.2342908 .
- ^ Бреслин, Нэнси А. «Советы Нэнси Бреслин по экспозиции камеры-обскуры» . www.nancybreslin.com . Проверено 29 января 2018 г.
- ^ Камминг, Роберт Дж; Петроу, Александр ГМ; Петроу, Ливия; Каваллий, Мария; Пти дит де ла Рош, Доминик; Петроу, Каспер; Шреттер, Илейн; Скан, Моа (март 2024 г.). «Почему каждой обсерватории нужен диско-шар». Физическое образование . 59 (2): 025012. arXiv : 2309.14173 . Бибкод : 2024PhyEd..59b5012C . дои : 10.1088/1361-6552/ad1fa0 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Реннер, Эрик (2012). Фотография-обскура: от исторической техники к цифровому применению . ЦРК Пресс. ISBN 978-1-136-09534-4 .
- Хандохо, Андрианто (15 октября 1989 г.). «Наблюдение солнечного затмения: некоторые простые устройства». Прикладная оптика . 28 (20): 4293–4297. Бибкод : 1989ApOpt..28.4293H . дои : 10.1364/AO.28.004293 . ПМИД 20555865 .
- Майтонг, Вирапорн; Панчароен, Вариса (2020). «Создание камеры-обскуры для наблюдения за солнечным затмением с использованием STEM-образования». 2020 5-я Международная конференция по STEM-образованию (ISTEM-Ed) . стр. 131–133. doi : 10.1109/iSTEM-Ed50324.2020.9332718 . ISBN 978-1-7281-9570-4 .
- Стрейкер, Стивен (1981). «Кеплер, Тихо и« оптическая часть астрономии »: происхождение теории Кеплера об обскурных изображениях». Архив истории точных наук . 24 (4): 267–293. дои : 10.1007/BF00357311 .
- Бакич, Майкл Э. (2016). «Проекты наблюдения Солнца (и затмения)». Ваш путеводитель по полному солнечному затмению 2017 года . Серия Патрика Мура по практической астрономии. стр. 195–221. дои : 10.1007/978-3-319-27632-8_18 . ISBN 978-3-319-27630-4 .
Внешние ссылки [ править ]
СМИ, связанные с камерами-обскурами, на Викискладе?
- pinhole.cz
- Фотография-обскура Владимира Живковича
- Веб-сайт Всемирного дня пинхол-фотографии
- Простой способ превратить зеркальную камеру в камеру-обскуру
- Калькуляторы для пинхол-фотографии и дизайна камеры
- Орегонский арт-бит: фотографии-обскуры Зеба Эндрюса
- Проект «Пинхол» Civil War 150, Майкл Фалько
- https://vaidasphotos.com/pinhole
Фотография |
|---|
