Lochkamera

Ein hausgemachtes Loch-Kameraobjektiv

A Lochkamera ist eine einfache Kamera ohne Objektiv, aber mit einem winzigen Öffnung (die sogenannte Pinloch)-Effektiv eine helldichte Kiste mit einem kleinen Loch auf einer Seite. Licht aus einer Szene geht durch die Blende und projiziert ein umgekehrtes Bild auf der gegenüberliegenden Seite der Box, die als die bekannt ist Camera Obscura Wirkung. Die Größe der Bilder hängt vom Abstand zwischen dem Objekt und dem Lochloch ab.

Geschichte

Camera Obscura

Weitere Informationen: Camera Obscura

Die Kamera -Obskura oder das Lochbild ist ein natürliches optisches Phänomen. Frühe bekannte Beschreibungen finden sich in den Chinesen Mozi Schriften (ca. 500 v. Chr.)[1] und der aristotelische Probleme (ca. 300 v. Chr. - 600 n. Chr.).[2]

Ein Diagramm, das darstellt Ibn al-HaythamBeobachtungen des Lichtverhaltens durch ein Lochloch
Frühe Lochkamera. Licht tritt durch ein kleines Loch in eine dunkle Schachtel ein und erzeugt ein umgekehrtes Bild an der Wand gegenüber dem Loch.[3]

Ibn al-Haytham (965–1039), an Arabischer Physiker Auch als Alhazen bezeichnet, beschrieb die Kamera -Obscura -Effekt. Im Laufe der Jahrhunderte fingen andere an, damit zu experimentieren, hauptsächlich in dunklen Räumen mit einer kleinen Öffnung in Fensterläden, hauptsächlich, um die Natur des Lichts zu untersuchen und sicher zuzusehen Sonnenfinsternisse.[4]

Giambattista della Porta schrieb 1558 in seinem Magia naturalis Über die Verwendung eines konkaven Spiegels, um das Bild auf Papier zu projizieren und dies als Zeichenhilfe zu verwenden.[5] Etwa zur gleichen Zeit wurde jedoch die Verwendung eines Objektivs anstelle eines Lochlochs eingeführt. Im 17. Jahrhundert wurde die Kamera Obscura mit einem Objektiv zu einer beliebten Zeichenhilfe, die weiter zu einem mobilen Gerät entwickelt wurde, zuerst in einem kleinen Zelt und später in einer Schachtel. Das fotografisch Die Kamera, die zu Beginn des 19. Jahrhunderts entwickelt wurde, war im Grunde eine Anpassung der Box-Kamera Obscura mit einem Objektiv.

Der Begriff "Pin-Loch" im Kontext der Optik wurde in James Fergusons Buch von 1764 gefunden Vorträge zu ausgewählten Probanden in Mechanik, Hydrostatik, Pneumatik und Optik.[6][7]

Frühe Lochfotografie

Die erste bekannte Beschreibung der Lochfotografie findet sich im Buch von 1856 Das Stereoskop von schottischer Erfinder David Brewster, einschließlich der Beschreibung der Idee als "eine Kamera ohne Objektive und nur mit einem Stiftloch".

Herr William Crookes und William de Wiveleslie Abney waren andere frühe Fotografen, die die Pinhole -Technik ausprobieren.[8]

Film- und Integral -Fotografie -Experimente

Laut Erfinder William Kennedy Dickson, die ersten Experimente, die auf bewegliche Bilder von richteten Thomas Edison Und seine Forscher fanden um 1887 statt und umfassten "mikroskopische Pin-Punkt-Fotos, die auf eine zylindrische Hülle gelegt wurden". Die Größe des Zylinders entsprach ihren Grammophon Zylinder, wie sie die bewegten Bilder mit Tonaufnahmen kombinieren wollten. Probleme traten auf, klare Bilder zu erfassen, "mit phänomenaler Geschwindigkeit" und "Grobheit" der fotografischen Emulsion, wenn die Bilder vergrößert wurden. Die mikroskopischen Pin-Punkt-Fotos wurden bald aufgegeben.[9] 1893 die Kinetoskop wurde schließlich mit bewegten Bildern auf Celluloid -Filmstreifen eingeführt. Die Kamera, die die Bilder aufzeichnete, synchronisierte Kinetograph, wurde mit einem Objektiv ausgestattet.

Eugène Estanave experimentierte mit Integrale Fotografie1925 ein Ergebnis ausstellen und seine Ergebnisse veröffentlichen La Natur. Nach 1930 entschied er sich, seine Experimente mit Pinten fortzusetzen, die den linsenförmigen Bildschirm ersetzen.[10]

Verwendungszweck

Das Bild einer Lochkamera kann auf einen durchscheinenden Bildschirm für eine Echtzeit-Anzeige (zur sicheren Beobachtung von Sonnenfinsternisse verwendet) oder zum Verfolgen des Bildes auf Papier projiziert werden. Aber es wird häufiger ohne durchscheinende Bildschirm für die Lochfotografie mit fotografischen Film oder fotografisches Papier auf der Oberfläche gegenüber der Lochöffnung.

Eine häufige Verwendung der Loch -Fotografie besteht darin, die Bewegung der Sonne über einen langen Zeitraum zu fangen. Diese Art von Fotografie heißt Solarigraphie. Die Lochfotografie wird aus künstlerischen Gründen verwendet, aber auch für Bildungszwecke, um die Schüler die Grundlagen der Fotografie kennenzulernen und mit zu experimentieren.

Pinholekameras mit CCDs (Geräte für Ladeberechnen) werden manchmal für verwendet Überwachung Weil sie schwer zu erkennen sind.

Verwandte Kameras, Bildformungsgeräte oder Entwicklungen davon umfassen Franke's Widefield Pinhole -Kamera, die Pinspeckkamera, und die Pinhead -Spiegel.

Die moderne Fertigung hat die Produktion hochwertiger Lochlinsen ermöglicht[11] Dies kann auf Digitalkameras angewendet werden; Ermöglichen, Fotografen und Videografen den Camera Obscura -Effekt zu erzielen.

Eigenschaften der Lochkamera -Fotografie

  • Da Pinhole -Fotos fast unendlich sind Tiefenschärfe, alles erscheint im Fokus.
  • Da gibt es kein Objektiv VerzerrungWeitwinkelbilder bleiben absolut geradlinig.
  • Die Expositionszeiten sind normalerweise lang, was dazu führt, dass sich bewegende Objekte bewegende Objekte unscharf und das Fehlen von Objekten, die sich zu schnell bewegten.

Andere Besonderheiten können in Lochkameras integriert werden, wie z. zylindrisch oder sphärische Perspektive, indem Sie die Filmebene krümmen.

Konstruktion

A pinhole camera made from an oatmeal container, wrapped in opaque plastic to prevent light leaks; a box of photographic paper; tongs and dishes for developing film; bottles of film developing chemicals
Eine hausgemachte Lochkamera (links), die in schwarze Kunststoff eingewickelt ist, um leichte Lecks zu verhindern, und sich entwickelnde Versorgung zu entwickeln

Lochkameras können vom Fotografen für einen bestimmten Zweck handgefertigt werden. In seiner einfachsten Form kann die fotografische Lochkamera aus einer leichten Box mit einem Loch in einem Ende und einem Stück Film oder fotografischem Papier bestehen, das in das andere Ende eingeklemmt oder aufgenommen wurde. Ein Karton mit einem Klebebandscharnier kann als Verschluss verwendet werden. Das Loch kann mit einer Nähnadel oder einem kleinen Durchmesser durch ein Stück Alufolie oder dünnes Aluminium oder Messingblech geschlagen oder gebohrt werden. Dieses Stück wird dann auf die Innenseite der leichten Box hinter einem Loch geklebt, das durch die Schachtel geschnitten wurde. Ein zylindrischer Haferflockenbehälter kann zu einer Lochkamera verarbeitet werden.

Der Innenraum einer effektiven Lochkamera ist schwarz, um das Spiegelbild des Eingangslichts auf das fotografische Material oder das Betrachtungsbildschirm zu vermeiden.[12]

Lochkameras können mit einem Schieberfilmhalter oder zurück konstruiert werden, damit der Abstand zwischen dem Film und dem Loch eingestellt werden kann. Dies erlaubt das Betrachtungswinkel der Kamera zu ändern und auch effektiv F-Stop Verhältnis der Kamera. Wenn der Film näher an das Loch bewegt wird, führt er zu einem Weitwinkelfeld der Sichtweise und einer kürzeren Belichtungszeit. Wenn Sie den Film weiter vom Loch entfernt bewegt werden, führt er zu einem Tele- oder Schmalwinkelansicht und einer längeren Belichtungszeit.

Lochkameras können auch durch Ersetzen der Linsenbaugruppe in einer herkömmlichen Kamera durch ein Loch ausgebaut werden. Insbesondere kompakte 35 -mm -Kameras, deren Linse und Fokussierungsbaugruppe beschädigt wurden, können als Lochkameras wiederverwendet werden - was die Verwendung der Verschluss- und Film -Wickelmechanismen ausnutzt. Infolge des enormen Anstiegs von FnummerWährend man die gleiche Belichtungszeit beibehält, muss man einen schnellen Film in direktem Sonnenschein verwenden.

Pinholes (hausgemacht oder kommerziell) können anstelle der Linse auf einer SLR verwendet werden. Die Verwendung mit einer digitalen SLR ermöglicht Messung und Zusammensetzung durch Versuch und Irrtum und ist effektiv frei. Dies ist also eine beliebte Möglichkeit, die Lochfotografie zu probieren.[13]

Auswahl der Lochgröße

Bis zu einem gewissen Punkt ist das Loch, je kleiner das Loch ist, desto schärfer das Bild, aber der Dimmer das projizierte Bild. Optimalerweise sollte die Größe der Blende 1/100 oder weniger in der Entfernung zwischen ihr und dem projizierten Bild liegen.

Innerhalb von Grenzen führt ein kleines Loch durch eine dünne Oberfläche zu einem schärferen Bildauflösung Weil die projizierten Verwirrungskreis In der Bildebene ist praktisch die gleiche Größe wie das Loch. Ein extrem kleines Loch kann jedoch signifikant erzeugen Beugung Effekte und ein weniger klares Bild aufgrund der Welleneigenschaften von Licht.[14] Zusätzlich, Vignettierung tritt auf, wenn sich der Durchmesser des Lochs der Dicke des Materials nähert, in dem es gestanzt wird, da die Seiten des Lochs das Licht behindern, das in etwas anderem als 90 Grad eindringt.

Das beste Loch ist perfekt rund (da Unregelmäßigkeiten Beugungseffekte höherer Ordnung und in einem extrem dünnen Stück Material verursachen. Industriell produzierte Pinholes profitieren von Laser- Ätzen, aber ein Hobbyist kann immer noch Löcher von ausreichend hoher Qualität für die fotografische Arbeit produzieren.

Eine Methode zur Berechnung des optimalen Lochdurchmessers wurde erstmals veröffentlicht von Joseph Petzval 1857. Der kleinstmögliche Durchmesser des Bildpunkts und daher die höchstmögliche Bildauflösung und das schärfste Bild werden angegeben, wenn:[15]

(Wobei D der Lochdurchmesser ist, ist F der Abstand von Loch in Bildebene oder „Brennweite“ und λ die Wellenlänge des Lichts.)

Der erste, der sich anwendet Wellenentheorie Zu dem Problem war Lord Rayleigh 1891. Aber aufgrund einiger falscher und willkürlicher Abzüge kam er an:[16]

Sein optimales Loch war also ungefähr 1/3 größer als Petzval.

Das richtige Optimum kann mit gefunden werden Fraunhofer -Annäherung des Beugungsmusters hinter einer kreisförmigen Blende bei:

Dies kann verkürzt werden auf: (Wenn d und f in Millimetern und λ = 550 nm = 0,00055 mm, entsprechend gelbgrün.)

Für eine Strecke von 1 Zoll oder 25,4 mm entspricht dies zu einem Loch von 0,185 mm (185 Mikrometer) im Durchmesser. Für F = 50 mm beträgt der optimale Durchmesser 0,259 mm.


Das Tiefenschärfe ist im Grunde genommen unendlichDies bedeutet jedoch nicht, dass keine optische Verschwörung auftritt. Die unendliche Tiefe des Feldes bedeutet, dass Bildunschärfe nicht von Objektabstand abhängt, sondern von anderen Faktoren, wie dem Abstand von der Apertur zur Filmebene, die Aperturgröße, die Wellenlänge der Lichtquelle und die Bewegung des Subjekts oder der Leinwand. Zusätzlich kann die Lochfotografie die Auswirkungen von nicht vermeiden Dunst.

An example of a 20-minute exposure taken with a pinhole camera
Ein Beispiel für eine 20-minütige Belichtung mit einer Lochkamera
A photograph taken with a pinhole camera using an exposure time of 2s
Ein Foto mit einer Lochkamera mit einer Belichtungszeit von 2s aufgenommen
Ein Diagramm der Auflösungsgrenze der Lochkamera als Funktion der Brennweite (Bildabstand).

In den 1970er Jahren hat Young die Auflösungsgrenze der Lochkamera als Funktion des Lochdurchmessers gemessen[17] und veröffentlichte später ein Tutorial im Physiklehrer.[18] Teilweise, um eine Vielzahl von Durchmessern und Brennweiten zu ermöglichen, definierte er zwei normalisierte Variablen: Lochradius geteilt durch Auflösungsgrenze und Brennlänge geteilt durch die Menge s2/λ, wo s ist der Radius des Lochlochs und λ ist die Wellenlänge des Lichts, typischerweise etwa 550 nm. Seine Ergebnisse sind in der Figur aufgetragen.

Auf der linken Seite des Diagramms ist das Loch groß und die geometrische Optik gilt; Die Auflösungsgrenze beträgt das 1,5 -fache des Radius des Lochlochs. (Eine falsche Auflösung ist auch in der geometrischen Grenze zu sehen.) Auf der rechten Seite ist das Loch klein und ist klein und Fraunhofer -Beugung gilt; Die Auflösungsgrenze wird durch die im Diagramm gezeigte Fernfeldbeugungsformel angegeben und nimmt nun zu, wenn das Loch kleiner wird. Im Bereich der Nahfeldbeugung (oder Fresnel -Beugung), Das Loch fokussiert das Licht leicht und die Auflösungsgrenze wird minimiert, wenn die Brennweite Länge f (Der Abstand zwischen dem Loch und der Filmebene) wird gegeben f = s2/λ. Bei dieser Brennweite konzentriert sich das Loch das Licht leicht und die Auflösungsgrenze beträgt etwa 2/3 des Radius des Lochlochs. Das Loch in diesem Fall entspricht einer Fresnel -Zone -Platte mit einer einzelnen Zone. Der Wert s2/λ ist in gewissem Sinne die natürliche Brennweite des Lochlochs.

Die Beziehung f = s2/λ ergibt einen optimalen Lochdurchmesser d = 2√FλDaher unterscheidet sich der experimentelle Wert geringfügig von der Schätzung von Petzval oben.

Berechnung der F-Nummer und erforderliche Belichtung

A Feuerhydrant Fotografiert von einer Lochkamera aus einem Schuhkarton, das auf fotografischem Papier ausgesetzt ist, um das negative Bild (oben) zu erstellen. Das positive Bild (unten) wurde digital aus dem negativen Bild erstellt. Die Länge der Exposition betrug 40 Sekunden. In der unteren rechten Ecke des Bildes fällt auf, wahrscheinlich aufgrund eines fremden Lichts, der in die Kamerabox eintritt.

Die F-Nummer der Kamera kann berechnet werden, indem der Abstand vom Loch in die Bildgebungsebene geteilt wird (die Brennweite) durch den Durchmesser des Lochlochs. Zum Beispiel würde eine Kamera mit einem Steigloch mit einem Durchmesser von 0,5 mm und einer Brennweite von 50 mm eine Fnum von 50/0,5 oder 100 haben (100 (100 mm) (100 mm).f/100 in herkömmlicher Notation).

Aufgrund der großen F-Nummer einer Lochkamera treten häufig die Expositionen auf Gegenseitigkeit Versagen.[19] Sobald die Expositionszeit für Film oder 30 Sekunden für Papier etwa 1 Sekunde überschritten hat, muss man den Zusammenbruch der linearen Reaktion des Films/Papiers auf die Intensität der Beleuchtung durch längere Expositionen ausgleichen.

Expositionen, die in modernen, lichtempfindlichen fotografischen Film projiziert werden, können in der Regel zwischen fünf Sekunden bis zu mehreren Stunden reichen, wobei kleinere Löcher längere Expositionen benötigen, um das gleiche Bild zu erzeugen. Weil eine Lochkamera eine lange Belichtung erfordert, ist es Verschluss kann manuell betrieben werden, wie mit einer Klappe aus undurchsichtigem Material zum Abdecken und Aufdecken des Lochs.

Codierte Öffnungen

Hauptartikel: Codierte Blende

Ein nicht fokussiertes optisches System mit codierter Apertur kann in Verbindung mit mehreren Lochkameras angesehen werden. Durch das Hinzufügen von Pinlöchern werden Lichtdurchsatz und somit erhöht. Es werden jedoch mehrere Bilder gebildet, die normalerweise Computer erfordern Entfaltung.

Modernes Interesse an Pinhole -Fotografie

Eine Wiederbelebung der Popularität hat sich in den letzten Jahren mit dem Erfolg von Kickstarter -Crowdfunding -Kampagnen, die eine Reihe von Loch -Fotografieprodukten anbieten, deutlich geworden. Aus einer Kamera aus Holz gefertigt[20] zum Pinhole Pro[11] - Ein elegantes Objektiv für DSLR- und MILC -Digitalkameras - Diese Projekte haben Investitionen von Tausenden von begeisterten Unterstützern getätigt, um Hunderttausende von Dollar zu sammeln.

Natürliches Pinhole -Phänomen

Replikbilder eines Teils Sonnenfinsternis.

Ein Lochkamera -Effekt kann manchmal natürlich auftreten. Kleine "Pinholes", die durch die Lücken zwischen überlappenden Baumblättern gebildet werden, erzeugen Replik -Bilder der Sonne auf flachen Oberflächen. Während eines FinsternisDies erzeugt kleine Halbmontage im Fall von a Partielle Sonnenfinsternis, oder Hohlringe im Fall von a Ringelsfinsternis.

Überwachung

Der weltweite Tag der Lochfotografie wird jedes Jahr am letzten Sonntag im April beobachtet.[21]

Fotografen mit der Technik

Siehe auch

Verweise

  1. ^ "CS194-26: Proj2". inst.ecs.berkeley.edu. Abgerufen 2022-01-07.
  2. ^ "Camera Obscura: Vorfahr der modernen Fotografie | Encyclopedia.com". www.encyclopedia.com. Abgerufen 2022-01-07.
  3. ^ Kirkpatrick, Larry D.; Francis, Gregory E. (2007). "Licht". Physik: eine Weltanschauung (6 ed.). Belmont, Kalifornien: Thomson Brooks/Cole. p. 339. ISBN 978-0-495-01088-3.
  4. ^ Plott, John C. (1984). Globale Geschichte der Philosophie: Die Periode des Scholastiks (Teil eins). p. 460. ISBN 978-0-89581-678-8.
  5. ^ Zik, Yaakov; Hon, Giora (10. Februar 2019). "Claudius Ptolemäus und Giambattista della Porta: zwei kontrastierende Konzepte der Optik". Arxiv:1902.03627 [Physik.hist-Ph].
  6. ^ "Nicks Pinhole -Fotografie". idee.uwosh.edu. Abgerufen 29. Januar 2018.
  7. ^ Ferguson, James (1764). Vorträge zu ausgewählten Probanden in Mechanik, Hydrostatik, Pneumatik und Optik unter Verwendung der Globen, der Kunst des Wählens und der Berechnung der Durchschnittszeiten neuer und vollständiger Moone und Finsternisse.
  8. ^ "Pinhole Photography History". Foto.net. Archiviert von das Original Am 2017-02-02. Abgerufen 29. Januar 2018.
  9. ^ Geschichte des Kinetographen, Kinetoskops und Kinetophonograph [von] W. K. L. Dickson und Antonia Dickson. Literatur des Kinos. Arno Press. 1970. HDL:2027/MDP.39015002595158. ISBN 9780405016110.
  10. ^ Timby, Kim (31. Juli 2015). 3D und animierte Linsenfotografie. ISBN 9783110448061.
  11. ^ a b "Pinhole Pro Objektiv von Dingyfy". 2018.
  12. ^ "Wie man eine Lochkamera herstellt und benutzt". Archiviert von das Original am 2016-03-05.
  13. ^ "V3 - Nachrichten, Analyse und Einsicht digitaler Transformation". v3.co.uk. Abgerufen 18. Oktober 2018.
  14. ^ Hecht, Eugene (1998). "5.7.6 Die Kamera". Optik (3. Aufl.). ISBN 0-201-30425-2.
  15. ^ Petzval, Joseph Maximilian (1857), „Bericht über Dioptrische Intersuchungen“. Vortrag Vom 23. Juli 1857; In: SITZungsbericht der Kaiserliche Akademie der Wissenschaften, Mathematisch-Naturwissens-Schaftlich-Classe, vol. XXVI, S. 33-90
  16. ^ Lord Rayleigh Sec. R.S. (1891), X."Auf der Pin-Loch-Fotografie", In: Philosophical Magazine, Serie 5, Band 31, 1891-Ausgabe 189, S. 87-99
  17. ^ Young, M. (1971). "Pinhole Optics". Angewandte Optik. 10 (12): 2763–2767. Bibcode:1971APOPT..10.2763y. doi:10.1364/ao.10.002763. PMID 20111427.
  18. ^ Young, Matt (1989)."Die Lochkamera: Bildgebung ohne Objektive oder Spiegel". Der Physiklehrer. 27 (9): 648–655. Bibcode:1989Phtea..27..648y. doi:10.1119/1.2342908.
  19. ^ Breslin, Nancy a. "Nancy Breslins Pinhole -Kamera -Expositionstipps". www.nancybreslin.com. Abgerufen 29. Januar 2018.
  20. ^ "Holzspiegelkamera von Ondu". 2015.
  21. ^ "Weltweiter Pinhole Photography Day". pinholeday.org.

Weitere Lektüre

  • Eric Renner Pinhole -Fotografie: Von der historischen Technik bis zur digitalen Anwendung[ISBN vermisst]

Externe Links

Medien im Zusammenhang mit Pinhole -Kameras bei Wikimedia Commons