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[新闻知识] 针孔相机

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    2 小时前
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    [LV.Master]2000FPS

    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。

    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。

    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。

    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。

    针孔相机的原理


    历史

    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”。


    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。

    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。

    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。

    原理

    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。


    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。

    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。

    针孔的最佳直径

    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:



    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。

    以下是焦距为50mm的例子:



    经四舍五入,可得出针孔的最佳直径是0.25mm。

    光圈值的计算

    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:




    可得出光圈值为f/200。

    暗角的成因
    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。

    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。

    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。

    画质的改善
    使用尺寸较大的感光材料,可以改善画质。
    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。

    长时间曝光

    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。

    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。

    眩光

    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。

    针孔相机的拍摄作例之一,曝光时间为20分钟。 (Ewan McGregor)

    自制针孔相机

    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。


    针孔片的制作

    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。


    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。

    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。

    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。

    消光作业

    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。


    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。

    在正式拍摄前,请检查相机,确保没有漏光。
    漏光测试

    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。


    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。

    用单镜反光机改装而成的针孔相机

    应用艺术
    日照轨迹

    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。

    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。

    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。

    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。

    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。
    大型照片

    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。


    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。

    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。

    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。

    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。

    世界之最

    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。


    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。

    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。

    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。

    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。

    科学拍摄核试

    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。


    全球针孔摄影日

    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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