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[新闻知识] 针孔相机

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    [LV.Master]120FPS

    发表于 2015-4-21 20:59:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
    针孔相机(英语:Pinhole camera)是一种没有镜头的相机,取代镜头的是一个小孔,称为针孔。利用针孔成像原理,产生倒立的影像。
    ( G1 G/ B5 ]% x% M, J2 s, k+ q& s& n2 F* i! f0 j
    针孔相机的结构相对简单,由不透光的容器、感光材料和针孔片组成。其中,感光材料可以是底片,也可以是相纸。为了控制曝光,还要有快门结构,通常是简单的活门。
    # f# k; S+ i; S
      B, {6 R, r/ |另外,由于进光量少,用针孔相机拍照,需要较长的曝光时间。曝光时间由数秒至数十分钟不等,通常把相机安装在三脚架上,或把相机放在稳固的地方。
    1 b+ y9 `. [9 _# N$ {  e; ~  P0 ]) W% C
    一些艺术家利用针孔相机进行创作。例如,芬兰艺术家Tarja Trygg以针孔相机,拍摄日照轨迹(Solargraphy),曝光时间长达6个月。
    $ i# j1 v. R) w0 f' H
    针孔相机的原理

    5 B( I, r" j3 t- s" E
    ) X: d& Q- `3 }; e2 N5 g: R/ b/ Q历史
    % M8 E* C7 j6 t6 e4 m2 ?; S# e

    * E1 b4 M. l% [* {& q) [2 x相机的前身为暗箱(Camera obscura),又称暗盒。原始的暗箱,只是利用一个黑暗的房子的一堵墙上的孔,将外面的景物投射到平面上。实际上,camera obscura的字面意思就是“黑暗的房子”。

    3 s; f$ G  V* i2 S3 o2 E$ {: F! [
    1 w0 n4 A% B5 h古代学者如墨子留意到光线通过小孔可形成倒立影像。亚里士多德在他的著作《论问题》(Problemata)中,提及暗箱的概念。海什木的文献指出,假如阳光透过墙上的小孔,进入黑暗的房子,就能把房子外的景物投射在墙壁上。海什木利用针孔装置,对日食进行观察。
    6 \. ^6 c: n' X! _
    * b3 I+ T9 ]( k1 T# {在15世纪,艺术家开始利用暗箱作绘画的辅助工具。布鲁内莱斯基运用小孔成像原理进行临摹,开创透视绘画法。这些针孔装置,其工作原理,和现在被我们称为针孔相机的工具,是完全一样的。  Y! T% e  X  z

      K$ o* Q( q- U( V# K6 n4 X2 }摄影诞生后,把感光材料,例如相纸放进暗箱,暗箱就成了针孔相机。
    ( n* n4 M) E; n. ~" }
    % a$ |" \& U& H原理; F; E" l  T% z! @
    & Q+ k9 n* K7 a8 W! o
    光线沿直线传播。物体反射的光线,通过针孔,在成像面形成倒立的影像。针孔与成像面的距离,称为焦距,以毫米或英吋标示。针孔接近成像面,可拍摄广角照片。针孔远离成像面,可拍摄远摄照片。
      p; t* A. z5 a' Q* I" M

    * |+ \( f+ w9 B  y% }6 P焦距越长,影像越大。例如,焦距为75mm时,影像刚好覆盖4x5英吋的底片。焦距为150mm时,影像刚好覆盖8x10英吋的底片。另外,焦距越短,照片的暗角越明显。
    8 J6 P0 t  ~% k# h
    5 ~, ~* E8 a! y7 h! R- W一般而言,针孔越小,影像越清晰,但针孔太小,会导致衍射,反而令影像模糊。
    0 ?( D" Q) A8 g1 R6 y  }
    9 U' P5 e$ Y; e% [针孔的最佳直径
    9 x" i. M! [  b: j( |
    - |, r9 _) n9 K/ S
    据说,用来计算针孔的最佳直径的公式,至少有50条。以下是其中一条用来计算针孔的最佳直径
    的公式:* ~$ n/ n6 z0 c
    , ]$ C9 b) t8 ~* \

    1 o3 I4 P% k. `$ Y! ^! H
    6 F% x% v9 Y  k4 S$ O其中,是焦距,是光的波长。红光的波长是700nm,绿光的波长是546nm,蓝光的波长是436nm。计算的时候,通常取红光与绿光的波长的平均值,即623nm。计算的时候,请把波长由nm转换成mm。因为1nm等于10^-6mm,所以623nm等于623x10^-6mm。
    # P. \2 O# {; \8 d9 B: R" z( M3 G5 C
    以下是焦距为50mm的例子:$ R- H+ j7 z" B
    ! u# @# K4 U) \" c3 A: |
    0 W8 N# ^  N  d
    0 _4 x7 W) {2 h4 M
    经四舍五入,可得出针孔的最佳直径是0.25mm。: Z& U1 j. q& B( G# u2 R

    - v0 w3 j3 ?2 K$ s光圈值的计算, C. e# l" r, {, \/ ]9 b; c0 C) N, N
    - _+ w0 a5 Q- E1 w! A4 [2 z
    将焦距除以针孔直径,可得到光圈值。以下是焦距为50mm、针孔直径为0.25mm的例子:

    ( L6 e0 g" a! V1 s% A  ^1 N" t( k" U4 V6 F, H  M
    * b+ o& [  `3 Q4 R4 \/ s6 x* [

    4 w# B7 L! X) L8 D* k& N$ P可得出光圈值为f/200。) p  I( T  o% g/ {8 {5 A
    8 t: }. l: R( b" ]3 U% c' z, \& w
    暗角的成因
    6 B- h4 ?$ y6 c1 ^针孔与相纸中央的距离近,与相纸四角的距离远,这种距离上的差异,导致曝光不平均,形成暗角。特别是广角型的针孔相机,暗角尤其明显。解决方法之一,是放置相纸的时候,把相纸卷曲成椭圆面。这样,针孔与相纸的中央距离稍远,与相纸四角的距离近,令相纸的中央和四角的曝光一致。7 t6 K1 k1 p+ Q# c3 K. g9 |/ w

    - s! l+ |/ B  H8 p( Y! t另外,制作针孔的材料越厚,暗角越明显。一些较薄的材料,例如铝箔,厚度只有0.012mm至0.015mm,比铝罐(0.15mm)更薄。市面有售的铜片,相对硬身,可以打磨,而且备有不同厚度,可按个人喜好选购。3 c  z. C' T" `

    ( }7 I5 w, F/ |  T+ o; e$ f- u使用减光棒(dodging tool),也可以消除暗角。假如用底片拍照,可以在暗房放相的时候,利用减光棒。假如用相纸拍照,可以在拍摄的时候,利用减光棒。: d2 O7 J/ ]$ u7 ^6 S) Z1 I! Y# Z

    ) j$ H1 m# n) i" Y( _" T) m2 y画质的改善: C1 E7 H9 g0 t" S( W8 g! p: i
    使用尺寸较大的感光材料,可以改善画质。
    8 M2 U9 s7 l" L' }7 I, p1 H6 D特性无限景深针孔相机没有镜头,因此不受景深限制,拥有无限景深。不论景物远近,都有相同的清晰度。换句话说,用针孔相机拍照,根本不用对焦。$ X6 a  A# @' N
      D" \5 u2 |/ u' N5 E5 a
    长时间曝光
    3 V2 q" S, [, I5 r& r- h! ]! w3 J& ?
    3 J8 j1 l7 ^* i6 {+ E, I7 y
    由于进光量少,因此需要较长的曝光时间,例如数秒,甚至数十分钟。为了拍出漂亮的照片,建议使用三脚架,或把针孔相机放在平稳的地方。
    & [5 ?0 K5 G  e- d( B
    典型的拍摄题材,除了静止的物体,还有水的波动、被风吹动的花海、甚至是自拍肖像。
    & F# O5 c' e' L: D5 S, u" U$ w7 i5 S# K, h) f
    眩光
    ( V2 e7 v1 F" ~
    / w8 t& {$ J+ r- b
    用针孔相机拍照,照片容易出现眩光,特别是逆光的时候。解决方法之一,是利用景物来遮挡太阳,例如树木。

    9 o8 q8 Z  z# i; C针孔相机的拍摄作例之一,曝光时间为20分钟。 (Ewan McGregor)
    0 v4 @, z: a0 t3 O3 u: O
    自制针孔相机
    . Q( l# a2 _4 }8 A# r3 A& K. ]
    1 d, X+ ]* m0 W5 T% J
    针孔相机可以自制。亲手制作针孔相机,可以更了解相机的工作原理。制作不透光容器的材料,可以是黑色厚咭纸,也可以是鞋盒、铝罐、垃圾箱、蔬菜,甚至是一整栋建筑。

    0 g. x6 F: L' q3 m0 n' A( r; d9 d$ k
    针孔片的制作
    # @  U. c7 u$ R2 z
    " s6 g2 j6 Z8 Z' ]5 W0 S; M5 f
    一般而言,用来制作针孔片的材料是金属薄片,例如铝箔。铝箔厚度只有0.012mm至0.015mm,较其他物料薄,可以直接用针刺穿,也可以把铝箔夹在两块薄纸板之间,隔着薄纸板用针戳穿铝箔,戳的时候还要转动针尖,这样出来的针孔会比较圆滑。其他常见的材料,还包括铜片和铝罐。

    * A3 Q" T; \" a( v6 F. v& d/ `& W8 h+ f& S* A5 L8 n
    用铜片制作针孔片,工序较复杂。先在铜片底下垫一块纸板,然后用针钻穿铜片。接下来用砂纸打磨铜片的背面,把凸起的地方磨平,这个步骤非常重要,不能省略。用放大镜检查针孔,好的针孔应该呈圆形,没有任何金属碎屑,看起来相当光滑。不光滑的针孔会引起光的衍射,令照片模糊。
    + H( S, {  I6 k
    5 U4 d* \, ~; i0 V+ @5 O只要经过适当处理,铝罐也可用来制作针孔,但过程具有一定危险性。首先,用剪刀把铝罐的顶部和底部去掉,把罐身裁成长条状,再剪成大小相同的方形铝片备用,铝片边长20mm。制作针孔前,先用砂纸把铝片磨薄,但要当心,不要把铝片磨破。在打磨过程中,经常用手指头轻按铝片,感受它的厚度变化。当铝片变得非常薄的时候,就应该停止打磨。" [+ i" \  \( E  O- _6 N4 E$ h; y
    ' @  j, U; X& @
    用针尖慢慢的在铝片上钻孔,直至出现一个非常细的小孔,千万不要用力向下压。同样用砂纸打磨铝片背部,用放大镜检查针孔。如有需要,可重复钻孔,直至针孔的大小合乎要求。
    6 Q# E1 \: O6 v4 c/ ~7 q; _
    5 V& d+ @0 t- C: q1 a+ X' u消光作业
    7 {) k. m% I, a% a+ x2 L& n
    % F/ B) i, E- G" f9 d容器的内部反射会降低照片的反差。把容器的内部涂黑,或贴上黑色的绒布,可提高照片的反差。
    / {2 O8 Z& ~: N, M
    7 }& B* m% \6 ]0 y
    相机的组装先把针孔片贴在不透光容器的内侧,再安装快门。快门可以是一小片黑色胶带,也可以是简单的活门。兹以黑色胶带为例。曝光时,掀起黑色胶带,露出针孔。曝光完成后,再次用黑色胶带遮盖针孔。- i, I' @; G' V  ?5 u+ l0 i6 I

    6 W0 \1 T6 [3 J4 w6 B% p在正式拍摄前,请检查相机,确保没有漏光。6 f- c2 W$ }( g3 h( K
    漏光测试
    4 w7 b2 }) u8 ^% w3 c! D7 O
    0 S) s0 C" @- p1 h$ r
    检测漏光的方法,是先把相纸放进相机,涂有感光剂的一面对着针孔。接下来是把相机放在阳光下曝晒,时间为15至20分钟,但不要打开快门。曝晒其间,每隔一段时间,要转动相机,让阳光从不同的角度照片相机的每一面。最后在有安全灯的暗房检查相纸的曝光情况。如果相纸变灰甚至变黑,表示相机漏光。
    , v  o( O/ D# e4 B- x  Q/ q% h
    " ^9 H2 W0 P4 P9 G4 i& W1 }
    虽然是最笨但可能也是最有效的方法,也就是多拍几卷(张)底片,将它们冲扫出来,辨认每一幅照片中光线的分布,来研判漏光的所在位置,确认了之后可以将疑似漏光位置使用黑色胶布补强,再次进行拍摄,重复补强动作,直到拍出来的照片没有奇怪的光线为止。
    + o8 d# Q" q+ U1 W0 l+ M. w
    用单镜反光机改装而成的针孔相机
    & ^% a9 X1 m: Y8 v2 x2 x7 O% }. a
    应用艺术 3 I) C2 U5 G# _/ L: D
    日照轨迹

    9 Y' c) S) A% K0 y7 j9 h; J针孔相机的拍摄作例之二,曝光时间为6个月,记录太阳的移动轨迹。
    0 N! g# y* _+ a& \+ Q, a% c
    日照轨迹(Solargraphy)是一种记录太阳在特定时间内移动轨迹的摄影方法。拍摄日照轨迹需要很长的曝光时间,通常以月为单位,例如6个月。把相纸放进针孔相机,在没有使用显影剂的情况下,产生影像。$ U; b& \) q& `. o
    , T  r& p% A& F
    值得一题的是,尽管使用黑白相纸,最后获得的却是彩色照片。经过6个月的曝光,相纸出现可见的负像。用扫瞄仪将影像数码化,在电脑上用软件调较色彩平衡、反差、色相,最终转化为彩色的正像照片。0 ^1 P7 l+ v( q- p* _9 b6 {! X
    8 |" h; y$ o3 t, u  _7 W0 A8 ?) p$ W
    日照轨迹的概念,源于2000年波兰一个叫Solaris的小组,这个小组的成员在2000年至2001年期间,率先拍摄日照轨迹照片。至2002年,芬兰女艺术家Tarja Trygg在波兰出席一个国际摄影工作坊的时候,得悉这种摄影的存在。一位摄影师告诉她,在不同纬度的地方,日照轨迹也有不同,激发她的好奇心。) ?  _+ T( h. H+ k8 D2 s( b

    % V& e6 I6 n; j" Y3 i为了获得世界各地的日照轨迹,Tarja Trygg开始寻求别人的协助,最初是她的朋友,然后是任何人,最后成为一项超越国界的计划,参与者来自世界各地。截至2010年2月,Tarja Trygg已收集到超过500张照片。" P$ q  n; q# U% i3 Y
    大型照片
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    - P9 l' g7 U: M4 l: B
    使用大型针孔相机,可以拍摄大尺寸的照片。例如,美国摄影师Chris Pinchbeck把一辆旅行拖车,当作针孔相机。他主要在犹他州和缅因州拍摄风景照片,照片尺寸为30吋乘75吋。值得一题的是,他的照片是直接正像(Direct positive),每一张都照片是独一无二,而他当年所用的相纸和药水现在已经停产。
      O, [# L) {3 q/ j$ I. C. w  s8 l
    5 s  k" [3 t) W8 m5 ^$ m
    在德国汉堡市,有清洁工人和摄影师携手进行一项计划,把1100升的垃圾箱,改装成针孔相机。这个名为Trashcam Project的计划,成员由7名工人和1名摄影师组成,由工人拍摄照片,摄影师仅提供意见及技术支援,例如冲洗照片。- P8 Y6 _2 c) p+ u2 d1 x& e/ j

    5 i" N; z; I$ |- j, P# r. ]工人把相纸放进相机,再把相机移到拍摄地点,为了更好的拍摄角度,更不惜把相机放在公共烧烤炉上。曝光时间由6分钟至1小时不等,主要以汉堡市的景物作拍摄对象。- n: Y1 s. v5 [; g6 [& G7 Y$ n& }

    3 `) s/ X1 y: f% R2 ~' j) R" e' X: i在香港,有团队以铝管和黑色胶袋,制作一部大型针孔相机,高2米,阔3米,深1米,需要逾10人搬运和安装。相机使用相纸作感光物料,先拍摄负像照片,再以接触式印相,制作正像的照片。由于使用卷装黑白相纸,在显影的时候,还要用自制的显影盘。. x8 Z; s- b; e$ Q2 |" X5 f

    . E$ ?# ^% a' g0 p  [6 C" F用这部相机拍摄的照片,高1.3米,阔2.3米,记录了香港市区的风貌,游泳池、行车天桥和住宅大厦清晰可见。据悉,由拍摄到完成作品,历时数星期。8 ^! q5 e2 y, k8 n, ]( n3 T
    / s1 l# i# O& u5 F. U" Q& O) @# k
    世界之最' B# X8 H/ ~. }% B
    1 [0 W1 P1 T  [; ^8 @
    根据健力士纪录,世上最大的针孔相机,高13.71米,阔48.76米,深24.38米,前身为一个飞机仓库,位于美国加州一座军事基地。用这部相机拍摄的照片,高9.62米,阔33.83米,称为The Great Picture,于2006年7月8日上午11时拍摄,曝光时间为35分钟。相机的针孔直径只有6毫米。

    . `/ _& E9 m- b9 }. N4 N. m* [
    . g$ c0 f$ q# X+ c2 [# O据悉,是次拍摄为“遗产计划”(Legacy Project)的一部分,该计划由6名艺术家主导,透过照片记录基地的面貌。这座军事基地自1990年代初关闭后,政客就如何使用这片土地展开连串争辩,最终决定发展成一个公园,但仍无法改变基地荒废的事实。
    5 ~4 `" g) O+ `9 Q
    / _" h  U3 Y' _1 b" M, l$ @0 d摄影课程导师Jerry Burchfield和他的学生,决定到基地外围拍照。后来,艺术家Clayton Spada由中国回到美国,他建议把基地的其中一栋荒废设施,改建成巨型针孔相机。值得一题的是,这位艺术家在中国的时候,曾指导当地的学生拍摄大型照片。
    - ^5 `! o: E  I- K! j% ^6 s4 j' a; R! {* m
    从2004年到2006年,团队与美国政府谈判,争取基地设施的使用权。经过历时数月的准备,终于在2006年7月8日早上11时拍摄照片。由于拍摄机会只有一次,团队在数天前进行多次试拍,决定曝光时间为35分钟。
    2 Z( }$ h% a  q, @4 l% ]( M4 P- q; y1 y" z+ Y
    照片的冲洗同样工程浩大。一共有60名志愿者参与照片的冲洗,他们只能在钠灯的照明下工作,即使是手机发出的光,也足以令照片起雾。他们使用了逾千加仑的显影剂和定影剂,洗水的过程还出动了消防喉。而照片本身是一块特制的棉布,从德国进口,由拍摄者以人手方式涂上明胶卤化银乳剂。照片曾在加州多地展出,并于2011年3月在北京的中央美术学院展出。6 _" I( Q6 A. t, J6 |
    & T; b  y9 \: ]  }
    科学拍摄核试  g5 ~6 q& W( z( m8 [/ ^% U" g
    2 C- o- Z4 C' L+ B2 A3 u
    据悉,洛斯阿拉莫斯实验室的科学家用针孔相机,拍摄1945年7月16日的一次核试。
    , F& X* n2 A' c8 Y& W0 J4 N

    7 ?. j* E: l' }  `全球针孔摄影日
    # i! W; J' ^* ~6 R2 I

    4 }- g+ J, E7 Y' y全球针孔摄影日(Worldwide Pinhole Photography Day)是一个国际性的节日,于每年四月最后一个星期天举行,以推广及庆祝针孔摄影为宗旨。
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