什么是針孔相機(Pinhole Camera)
針孔相機(Pinhole Camera)是一種沒有鏡頭的相機,取代鏡頭的是一個小孔,稱為針孔(Pinhole)。
利用光的直線傳播原理,針孔成像可以產(chǎn)生倒立的影像。
針孔相機的結構相對簡單,由不透光的容器、感光材料和針孔片組成。其中,感光材料可以是底片,也可以是相紙。為了控制曝光,通常還需要有快門結構。
另外,由于進光量少,用針孔相機拍照,需要較長的曝光時間。曝光時間從數(shù)秒至數(shù)十分鐘,通常把針孔相機安裝在三腳架上,或把相機放在穩(wěn)固的地方。
1. 針孔相機的歷史
針孔相機的前身為暗箱(Camera Obscura),又稱暗盒。
最早的暗箱,其實只是利用黑暗的房子的一堵墻上的孔,將外面的景物投射到房子內平面上。
很多古代學者都注意到了針孔成像的現(xiàn)象,例如墨子最早留意到光線通過小孔可形成倒立影像;亞里士多德在他的著作《論問題》中,提及暗箱的概念;伊本·阿爾哈增的文獻指出,假如陽光透過墻上的小孔,進入黑暗的房子,就能把房子外的景物投射在墻壁上,并且阿爾哈增利用針孔裝置,對日食進行了觀察。
在15世紀,藝術家開始利用暗箱作繪畫的輔助工具。布魯內萊斯基運用小孔成像原理進行臨摹,開創(chuàng)透視繪畫法。
在光學領域,“針孔(Pinhole)”一詞首次出現(xiàn)在詹姆斯·弗格森1764年的著作《力學、流體靜力學、氣動和光學精選學科講座》中。
1856年,蘇格蘭發(fā)明家大衛(wèi)·布魯斯特(David Brewster)在《立體鏡》(The Stereoscope)中第一次描述了針孔相機,描述中包括“沒有鏡頭的相機,只有一個針孔”。
近代,把感光材料,例如底片或相紙放進暗箱,暗箱就成了針孔相機。
2.針孔相機的原理
根據(jù)光的直線傳播原理。物體反射的光線,通過針孔,在成像面形成倒立的影像。針孔與成像面的距離,稱為焦距。
焦距越長,所成的影像越大。例如,焦距為75mm時,影像剛好覆蓋4x5英寸的底片;焦距為150mm時,影像剛好覆蓋8x10英寸的底片。
焦距越短,所成影像的暗角越明顯。
一般而言,針孔越小,影像越清晰,但針孔過小,會導致衍射,反而令影像模糊。
需要注意的是,針孔相機的分辨率受到針孔直徑的限制,針孔直徑越小,成像的細節(jié)就越清晰,但光線通過的數(shù)量就越少,因此需要更長的曝光時間。相反,針孔直徑越大,光線通過的數(shù)量就越多,但成像的細節(jié)就越模糊。因此,在實際使用中,需要根據(jù)需要的成像效果來選擇合適的針孔直徑。
