Камера пинхол: фотоаппарат из спичечного коробка за 40 минут

Содержание

фотоаппарат из спичечного коробка за 40 минут

Лофт «Циолковский» продолжает радовать нас интересными темами. «Диоптрия» — это проект, посвященный аналоговой фотографии. Здесь можно узнать, как появились первые камеры и фотография в целом, как собрать фотоаппарат из жестяной банки, или проявить пленку, не выходя из дома.

Начнем с того, что такое «пинхол-камера». Пинхол — это фотографическая камера без линз, где в качестве объектива используется небольшое отверстие. Принцип работы такой камеры схож с работой «камеры-обскура».

«Этот эффект очень древний. А суть его вот в чем: изображение, которое находится перед объективом, проецируется через маленькое отверстие на противоположную стенку вверх ногами и в два раза увеличенным. Этот эффект можно наблюдать в любой такой конструкции: коробке, комнате, маленькой камере. Главное, что влияет здесь – количество света, которое отражается от объектов и диаметр отверстия. Диаметр зависит от расстояния от отверстия, до стены, на которую все это проецируется. В качестве стены в этой камере выступает пленка», — рассказала К24 Надежда Белова, организатор проекта «Диоптрия».

На вводной лекции участникам рассказали о происхождении фотоаппаратов, о развитии фотографии, о появлении разных камер и так далее. Но самое интересное было оставлено на потом. А именно – на прошлые выходные. Тогда восемь человек под руководством Нади изготовили собственные камеры.

«Для изготовления на нужно: нож для бумаги, ножницы, спичечный коробок, черная изолента, пружинка от скоросшивателя, жестяная банка и черный маркер. Тем, кто делает камеру в первый раз, приходится многое объяснять и рассказывать. Поэтому, обычно я закладываю два часа на изготовление. У опытных сборщиков все, конечно же, происходит быстрее».

Корпус камеры делается из коробка, перематывающий механизм и «объектив» — из жестяной банки. Пружина от скоросшивателя поможет просчитывать кадры. Один кадр – восемь «окошечек» на пленке.

Пружинка перещелкивается на каждое окошечко с характерным звуком. Восемь щелчков – кадр отмотан.

К сожалению, полный алгоритм создания камеры расписать очень трудно. Для того, чтобы понять как это делается и работает – лучше поприсутствовать на мастер-классе. Кроме того, если вы заинтересовались, то в интернете есть много подробных инструкций.

Поскольку камера сделана своими руками, то и делать все остальное придется тоже самому.

«Нужно просчитывать таблицу экспозиции: соотношение выдержки и диафрагмы. Современные камеры все это делают для нас. Здесь нужно вручную поднимать «затвор», ждать несколько секунд (просчитывается по таблице), и закрывать затвор обратно».

Пинхол-камеру можно сделать, по сути, из чего угодно. Коробка из под обуви, коробок, жестяная банка, и так далее. Но все эти камеры, к сожалению, одноразовые.

«Когда вы отдаете такую камеру на проявку, её там разбирают. Иначе пленку вытащить невозможно. Конечно, если пинхол сделан из жестянки, то можно попробовать аккуратно вытащить пленку, но из коробка точно не удастся».

К подобным штучкам у всех отношение может быть разное. Естественно, о качестве получаемых снимков говорить сложно. Но фотографии, на самом деле, выглядят как нарисованные. Один умелец принес на мастер-класс свои работы. А сам он свое увлечение объясняет так:

«Пинхол — для тех, кто не умет рисовать. Не умеешь владеть кистью – владей пинхолом. Цвет – как картины, чёрно-белые – как графика. Я это так вижу.  А ещё время. Ты захватываешь не миг, не момент. Не долю секунды. Тут есть время, ты можешь наблюдать. Я снимал на пинхол-камеру больше двух лет. У меня даже были свои выставки. Сейчас, правда, снимаю более классическое», – между делом рассказал Алексей Климов, фотограф, участник проекта «Диоптрия».

На следующем мероприятии «Диоптрии» участники будут проявлять пленку прямо на месте, без специальных условий. Следите за афишей на нашем сайте.

Дарья ПРУНЦЕВА

IP-КАМЕРА DH-IPC-HUM4001P PINHOLE — 720p 3.6 mm … — IP-Микрокамеры

Стандарт: TCP/IP
Сенсор: 1/4 » Progressive Scan CMOS
Размер матрицы: 1.0 Mpx
Разрешение: 1280 x 720  — 720p
704 x 576  — D1
Объектив: 3.6 mm (pinhole)
Угол обзора:
  • 77 ° (данные производителя)
  • 59 ° (наши испытания)
  • Чувствительность:
  • 0.01 Lux / F1.2 (цвет),
  • 0.001 Lux / F1.2 (Ч / Б)
  • Соотношения сигнал/шум (S/N): > 56 dB
    Аудио:
    Интерфейс RS-485:
    Интерфейс RS-232:
    Поток (bitrate): 5 kbps … 6144 kbps — H.264
    Скорость передачи главного потока: 25 кадров в секунду @ 1280 x 720 
    Сетевые протоколы: HTTP, TCP, ARP, RTSP, RTP, UDP RTCP, SMTP, FTP, DHCP, DNS, DDNS, PPPOE, IPv4/v6, SNMP, QoS, UPnP, NTP
    ONVIF: 2. 42 
    Метод сжатия изображения: H.264 / MJPEG
    Сетевой интерфейс: 10/100 Base-T (RJ-45)
    Тревожные входы / выходы:
    Доступ с мобильного телефона: Порт: 37777 или доступ через облако
  • Android: Бесплатное приложение DMSS, Android: Бесплатное приложение IMOU
  • iOS (iPhone): Бесплатное приложение DMSS, iOS (iPhone): Бесплатное приложение IMOU
  • Имя пользователя по умолчанию /пароль администратора: admin / admin
    Адрес по умолчанию IP: 192.168.1.108 
    Порты доступа через веб-сайт: 80, 37777 
    Порты доступа через приложение на PC: 37777 
    Порт доступа через мобильного приложения: 37777 
    Порт ONVIF: 80 
    RTSP URL: rtsp://admin:hasł[email protected]:554/cam/realmonitor?channel=1&subtype=0 — Основной поток
    rtsp://admin:hasł[email protected] 168.1.108:554/cam/realmonitor?channel=1&subtype=1 — Дополнительный поток
    Слот для карты памяти:
    Питание: 12 V DC / 160 mA
    Потребляемая мощность:
    Выбранные функции:
  • BLC — компенсация встречной засветки (фон)
  • HLC — Компенсация встречной засветки (точечный свет)
  • WDR — 120 dB — Широкий диапазон динамики освещения
  • 3D-DNR — Цифровое шумоподавление в изображении
  • Настройка зоны конфиденциальности
  • Анализ IVS — обнаружение лица
  • Длина кабеля: 55 cm
    Рабочая температура: -30 °C … 60 °C
    Вес: 0.050 kg
    Размеры: 30  x 30  x 29 mm
    Поддерживаемые языки: английский, польский
    Производитель/ Марка: DAHUA
    Гарантия: 3 года

    еще одна реальность – Anastasia Medvedeva

    Текст – Артур Суилин
    Фотографии – Анастасия Медведева

    Передо мной лежит изящная коробочка из полированного красного дерева. Два золотистых диска, миниатюрная заслонка спереди, окошко с красным стеклом сзади. Внутри – практически ничего нет кроме стенок, выкрашенных черной краской. Что это – игрушка, сувенир? Нет, у этой коробочки есть практическое применение. В нее заряжается роликовая фотопленка и… в руках фотографа оказывается уникальный инструмент. Это – пинхол-камера. Прародитель всех современных фотоаппаратов. Незаслуженно забытый способ фиксации изображения, обладающий неповторимыми возможностями. Еще один способ выстроить взаимоотношения с реальностью, приближающий фотографа к реальности настолько близко, насколько это вообще возможно.

    История

    Основные принципы формирования изображения пинхолом впервые описаны в работах китайского философа Мо Цу в V в. до н.э. В восточном полушарии формирование изображения при прохождении света через маленькое отверстие описано Аристотелем в IV в. до н.э., однако Аристотель не смог найти объяснение этому феномену. Леонардо Да Винчи (1452-1519) описал пинхол в своих работах Codex Atlanticus и Manuscript D, однако эти описания оставались недоступны до 1797 года, когда они были расшифрованы.

    Первое опубликованное изображение пинхол-камеры встречается в работе астронома Гемма Фрисиуса De Radio Astronomica et Geometrica (1545). Он использовал пинхол для изучения солнечного затмения в 1544 году. Термин “Камера-обскура” впервые был использован Иоанном Кеплером (1571-1630). В то время этот термин обозначал затемненную комнату или тент, в одной стене которой было отверстие с линзой, т.е. конструкция отличалась от камеры-пинхола Фрисиуса. Линза делала изображение ярче и резче. Камера-обскура использовалась художниками для рисования пейзажей. Первая пинхол-фотография была получена шотландским ученым Дэвидом Брюстером в 1850-е годы. Он же изобрел термин “pinhole”, или “pin-hole”. Позже был предложен термин “stenopanic photography”, и в некоторых странах мира пинхол называют “стеноп”. Также используется термин “камера-обскура”, хотя изначально он относился к линзовым камерам.

    В 1880-е годы под влиянием импрессионистов в фотографии появляется направление пикториализма, ставящее главной задачей передачу атмосферы, настроения, а не объективное фиксирование реальности.

    Пикториалисты много экспериментируют с пинхолами, в 1890 году фотография “The Onion Field“, сделанная пинхолом, занимает первое место на выставке Фотографического Общества Лондона. Пинхол-фотография становится популярной, создается коммерческое производство многоразовых и одноразовых пинхол-камер. Однако в двадцатом веке появляются дешевые массовые линзовые камеры, которые вытесняют пинхол. В 30-х годах двадцатого века пинхол уже практически забыт и только изредка используется для обучения.

    Как работает пинхол

    Принцип работы пинхола парадоксально прост и основан на законе прямолинейного распространения света. Лучи света, отраженные от объекта съемки, проходят через крохотное отверстие в стенке камеры и создают перевернутое изображение на чувствительном к свету носителе. В качестве носителя может выступать обыкновенная фотопленка, фотобумага, и даже цифровая матрица. Чем меньше размер отверстия, тем резче будет полученное изображение (размер отверстия фактически соответствует размеру пятна нерезкости на носителе).

    Однако при слишком маленьких отверстиях свет, согласно законам дифракции, будет огибать отверстие и резкость снова понизится. Оптимальный размер отверстия, в зависимости от размеров носителя – от миллиметра до нескольких десятков микрон. Исторически отверстие проделывалось тонкой иглой в металлической фольге (отсюда и название камеры: “pin” – острие, “hole” – отверстие). В современных пинхолах отверстие обычно прожигается лазером, что позволяет точно контролировать диаметр и получать абсолютно ровные края.

    Свет, распространяясь прямолинейно во всех направлениях от отверстия, дает изображение, одинаково сфокусированное в любой точке пространства. Поэтому для пинхола формально не существует фокусного расстояния – фотографический носитель можно поместить на любом расстоянии за отверстием. Более того, носитель не обязан быть плоским – он может быть цилиндрическим, сферическим, и т.п. Вогнутый в сторону от отверстия носитель даже обладает преимуществом – уменьшается падение освещенности по краям кадра, так как свет в этом случае проходит одинаковое расстояние и до центра и до края кадра. Чтобы привязать параметры изображения пинхола к параметрам обычных линзовых камер, за фокусное расстояние обычно принимается расстояние от отверстия до носителя. Т.е пинхол с расстоянием до носителя 50 мм и размером носителя 6×6 см будет формировать изображение с примерно такими же перспективой и углом обзора, как широкоугольный 50мм объектив на среднеформатной камере. Простым удалением или приближением носителя изображения к отверстию можно получить сверхширокоугольную камеру, можно – “штатник”, а можно и “телеобъектив”.

    Техническая простота пинхола дает простор для экспериментов по самостоятельному конструированию камер из самых неожиданных материалов. Известны пинхол-камеры, созданные из банок от пепси-колы, кассет от 35-миллиметровой пленки, обувных коробок, бочек, холодильников, фургонов. Поскольку никаких технических ограничений на размер камеры не существует, пинхол может занимать целую комнату. В одной стене комнаты создается отверстие, на противоположную стену проецируется изображение. Такие гигантские камеры неоднократно создавались в ходе художественных выставок, будучи одновременно и средством фиксации изображения, и арт-инсталляцией и наглядным пособием. Зрители могли находиться как снаружи такой камеры, так и заходить внутрь нее. Для проявки изображений размером 2×32 метра, созданного одной из таких невероятных камер на рулоне фотобумаги (Simon Read, Roundhouse, London, конец семидесятых), была создана специальная бригада рабочих, вооруженная ведрами с проявителем и губками!

    Особенности изображения пинхола

    Изображение, формируемое пинхолом, обладает уникальными особенностями, отличающими его от линзовых камер. Первая, из них, наиболее бросающаяся в глаза – отсутствие понятия “глубина резкости”. Как уже упоминалось выше, пинхол дает сфокусированное изображение на любом расстоянии от отверстия. Но это правило распространяется не только на изображение за отверстием, но и на изображение перед ним. Объекты, расположенные в нескольких сантиметрах от пинхола и объекты на линии горизонта будут переданы одинаково резко! Эта особенность открывает перед фотографом совершенно неожиданные творческие возможности, недоступные для линзовых камер. Понятия “далеко” и “близко” исчезают, сливаясь в одну цельную картину. Больше нет разделения по планам, муравей под ногами и дерево на вершине горы живут в кадре на равных правах. Такое изображение с бесконечной глубиной резкости соответствует тому, как мы смотрим на мир глазами, постоянно перефокусироваясь на объекте внимания.

    Другая особенность пинхола – отсутствие каких бы то ни было искажений. Хроматические и сферические аберрации, астигматизм, все эти болезни линзовых камер, с которыми уже второе столетие борются конструкторы, пинхолу просто не присущи. Да, как это ни парадоксально, для получения совершенного изображения не нужны ни десятки оптических элементов, ни стекла с аномальным рассеянием, ни асферические линзы. Надо всего лишь… упростить конструкцию до абсолютного минимума. Особенно ярко эта особенность проявляется при съемке сверширокоугольным пинхолом. Можно получить неискаженное изображение с охватом, который достижим только для “фишай” объективов.

    Последняя, но визуально самая важная особенность – рисунок изображения. Говорить о рисунке изображения пинхола не совсем правильно, поскольку пинхол передает реальность как она есть, не привнося ничего от себя. Любые, даже самые совершенные объективы, искажают реальность, преломляя ее через многочисленные линзы. Объектив активно “рисует” изображение, делая его таким, каким хотел конструктор, привнося в результат собственное “Я”. Пинхол просто отсекает лишние рассеянные лучи, никак не вмешиваясь в формирование изображения. Пинхол дает настоящую, истинную картину мира, какой ее наверное видит только сам Творец…

    Изображение, формируемое пинхолом, не похоже на рисунок ни одного из современных объективов. Если попытаться отыскать аналогии, то ближе всего к пинхолу окажется рисунок монокля, еще одного образца оптической простоты. Рисунок пинхола такой же мягкий, но более строгий, без того буйства светов, которым славится монокль. У пинхола получается как бы немного отстраненное изображение, лишенное излишней конкретики и бьющей по глазам резкости современной оптики. Примерно таким же мы видим изображения в наших воспоминаниях, поэтому рисунок пинхола у многих подсознательно ассоциируется c понятием “вечность”.

    Пинхол и время

    Техника съемки пинхолом сильно отличается от техники съемки современными камерами. Всей своей сущностью он противостоит методике “увидел, нащелкал, и пошел дальше”, так распространившейся после появления цифровых камер. С пинхолом такое обращение невозможно. Дело в том, что через крохотное отверстие не может пройти много света. У пинхола очень маленькое эквивалентное значение диафрагмы. На практике это означает, что с выдержками короче секунды придется попрощаться раз и навсегда. Отсюда – непременное использование штатива, съемка с рук даже не обсуждается. В пасмурные дни или вечером выдержка может доходить до получаса и больше. Съемки в вечернее время требуют особого внимания, поскольку за время экспозиции освещенность может упасть в несколько раз. Можно попасть в ситуацию, когда затвор надо открыть днем, а закрыть уже ночью, это надо учитывать при расчете экспозиции. Движущиеся люди и машины при таких выдержках совершенно не мешают, их просто не будет видно. При съемке в условиях искусственного освещения можно открывать затвор, оставлять свет включенным и идти спать. К рассвету кадр будет проэкспонирован.

    Взаимоотношения пинхола и времени вообще очень интересны. Человек визуально воспринимает мир короткими отрезками, в течение которых удерживается взгляд на одном объекте. Пинхол никуда не переводит взгляд и честно фиксирует все, что происходило в кадре за время экспозиции. Более того, события накапливаются в кадре и суммируются друг с другом. На пинхол-фотографиях можно увидеть как плывут облака, как поворачиваются вслед за солнцем растения, как движутся звезды на небе. Перед фотографом открывается новое неисследованное измерение, совершенно не замечаемое в обычной жизни – измерение времени. Время становится осязаемым, оно начинает жить в каждой фотографии. Это не те доли секунд, которые обычно эксплуатируются при спортивных съемках или съемках с проводкой. Работая с пинхолом, фотограф имеет дело с настоящим временем, с минутами и часами, переходящими в вечность.

    Одновременно с регистрацией течения времени, пинхол “не замечает” быстро движущиеся объекты: идущие люди или накатывающиеся на берег волны для него практически не существуют. Все мимолетное, наносное, непостоянное – игнорируется. Остается только то, что имеет отношение к вечности.

    Фотография как хлопок одной ладонью

    Фотографы настолько привыкли наблюдать кадр в видоискатель перед съемкой, что это кажется естественным процессом, неотъемлемой частью фотографии. Сначала увидеть кадр глазами, потом поймать его в видоискателе, достроить, довести до совершенства и нажать на спуск. Фактически фотограф в момент съемки взаимодействует не с реальным объектом, а с картинкой в видоискателе. Возможны ли другие варианты? На первый взгляд ответ отрицателен, но после небольшой практики съемки пинхолом начинаешь понимать, что возможны. У пинхола не существует видоискателя. Свет, который попадает внутрь пинхол-камеры через отверстие, слишком слаб для того, чтобы проецировать его на матовое стекло. Можно использовать внешний видоискатель, но давайте на секунду остановимся и подумаем: а нужно ли? Всегда ли фотограф должен превизуализировать изображение перед съемкой? Не нарушается ли при этом естественность и простота взаимодействия с объектом съемки? Не появляются ли в кадре излишние логические построения, искусственно созданные фотографом во время визуализации и изначально объекту съемки не присущие? Не отбраковываются ли варианты построения кадра, случайно не прошедшие через “логический фильтр” фотографа, но изначально, интуитивно более верные? Не отбрасываются ли таким образом неожиданные открытия? Фотограф, отказавшийся от превизуализации, вынужден балансировать на тонкой грани между логикой и хаосом, алгеброй и гармонией, фотографией и нефотографией. Первые снимки, сделанные пинхолом, никуда не годятся, на них совсем не то, что ожидалось увидеть. На следующих хаос уменьшается, лучше, еще лучше, и в какой-то момент приходит понимание, что глядя в видоискатель, такие снимки сделать невозможно. Фотограф начинает ЧУВСТВОВАТЬ кадр, а не выстраивать его по логическим шаблонам. Логическая машина уходит на задний план, начинает активно работать интуиция. Это и есть то самое заветное состояние фотографического просветления, фотография без оглядки на видоискатель, дзэнский “хлопок одной ладонью”. Конечно, ошибки случаются, и в кадры время от времени врывается хаос. Но это не такая большая цена, ее вполне можно заплатить. Один хороший кадр важнее, чем несколько испорченных.

    Пинхол как инструмент познания мира

    В ускоряющемся современном мире у фотографа остается все меньше возможностей для диалога с объектом съемки. Цифровые камеры дарят оперативность и технические преимущества, одновременно отодвигая объект все дальше от фотографа. Фотограф часто смотрит уже не на оптическое изображение объекта, а на обработанную и пикселизированную его копию. Процесс съемки сводится к выбору той или иной встроенной возможности камеры и ее механистической активации, взаимодействие с объектом вне рамок интерфейса камеры практически исключено. Таинство, волшебство фотографии исчезают, исчезают и связанные с ними удивительные открытия и творческие прозрения. Работа с пинхолом позволяет вернуться к истокам фотографии, временам прямых и честных взаимоотношений фотографа с реальностью. Пинхол, с его правдивой и неспешной фиксацией изображения, убирает барьеры между фотографом и объектом съемки и заставляет поддерживать тесный, даже немного мистический контакт с действительностью. С пинхолом фотограф остается практически один на один с Творцом, между ним и окружающим миром нет ничего лишнего, ни линз, ни видоискателей, ни сложной механики, ни интеллектуальной электроники. В руках фотографа только заслонка затвора и рукоятка перемотки пленки. Так мало и одновременно так много…

    Пинхол и современность

    После длительного забвения, фотохудожники вновь начали экспериментировать с пинхолом в конце шестидесятых годов. В семидесятых появились первые публикации работ, сделанных пинхолом, в фотоизданиях, и интерес к пинхолу начал возрождаться. В 1975 году журнал “Популярная фотография” опубликовал статью “Пинхол для людей“, основанную на результатах арт-проекта с пятнадцатью тысячами пинхол-камер в Музее Искусств Филадельфии. В течение месяца каждому посетителю музея выдавался на входе заряженный одноразовый пинхол, чтобы посетитель мог сделать один снимок любого заинтересовавшего объекта в музее. Снимки проявлялись в публичной лаборатории музея и показывались в отдельной экспозиции по мере их накопления. В 1982 году была организована первая американская выставка пинхол-фотографии, а в 1988 – первая международная выставка “Through a Pinhole Darkly“, в музее искусств в Лонг-Айленде. На этой выставке экспонировались работы двадцати пяти фотографов. В том же году прошли вторая и третья международные выставки в Севилье, и Нью-Мехико.

    В 1975 году начал выходить и выходит по сей день журнал “Pinhole Journal“. С момента первого выпуска журнал опубликовал работы более 200 фотографов, в его архивах находятся более 3000 изображений. С развитием интернета ресурсы, освещающие пинхол-фотографию, появились в онлайне. В 1995 году был открыт сайт Pinhole Resource, а в 1997 году заработал сайт Pinhole Visions, являющийся на сегодняшний день крупнейшим тематическим ресурсом, с разделами новостей, событий в мире пинхол-фотографии, галереей, форумами и списками почтовых рассылок. 29 апреля 2001 года был впервые проведен Всемирный День Пинхол-Фотографии (Worldwide Pinhole Photography Day – WPPD). Фотографы присылали работы, сделанные в этот день, на сайт организаторов, где эти работы публиковались в онлайне. С тех пор День Пинхол-Фотографии проводится каждый год в последнее воскресенье апреля. В 2005 году было прислано 1815 работ из 52 стран мира.

    В восьмидесятых годах выпускалось около шести коммерческих моделей пинхол-камер. В настоящее время выпускается более 48 моделей восемнадцатью производителями из Америки, Азии, Европы и Австралии. Наиболее известные на сегодняшний день производители: Zero Image, Bender Photographic, Lensless Camera. Все производители торгуют по почте, заказать понравившуюся камеру через Internet сейчас очень легко. Отличаются камеры от разных производителей в основном внешним видом, ведь главное в пинхоле – его простота.

     

    Новая наука заглядывания за угол / Хабр

    Исследователи компьютерного зрения обнаружили имеющийся у нас в распоряжении скрытый мир визуальных сигналов, где есть незаметные движения, выдающие то, что было сказано, и расплывчатые изображения того, что находится за углом


    Специалист по компьютерному зрению Антонио Торральба, отдыхая на побережье Испании в 2012 году, заметил на стене своей комнаты в отеле случайные тени, которые, казалось, ничто не отбрасывало. В итоге Торральба понял, что изменившие цвет пятна на стене были не тенями, а тусклыми, перевёрнутыми изображениями патио, находившегося снаружи. Окно работало как пинхол – простейший вид камеры, в которой лучи света проходят через небольшое отверстие и формируют с другой стороны перевёрнутое изображение. На залитой солнцем стене это изображение едва можно было различить. Но Торральба осознал, что наш мир заполнен визуальной информацией, которую не воспринимают наши глаза.

    «Эти изображения скрыты от нас, — сказал он, — но они постоянно нас окружают».

    Пережитый опыт позволил ему и его коллеге, Биллу Фриману, также профессору из Массачусетского технологического института, осознать, что мир заполнен «случайными камерами», как они их называют: окнами, углами, домашними растениями и другими обыкновенными объектами, создающими скрытые изображения своего окружения. Эти изображения в 1000 раз менее яркие, чем всё остальное, и обычно они не видны невооружённым глазом. «Мы придумали способы вычленять эти изображения и делать их видимыми», — пояснил Фриман.

    Они узнали, как много визуальной информации скрывается прямо на виду у всех. В первой работе они показали, что при съёмке при помощи обыкновенного iPhone изменений света на стене комнаты, из полученного видео можно воссоздать сцену за окном. Прошлой осенью они и их коллеги сообщили, что можно обнаружить человека, движущегося за углом, снимая на камеру землю рядом с углом. Этим летом они продемонстрировали, что могут снять на видео домашнее растение, а потом воссоздать трёхмерное изображение всей комнаты на основе теней, отбрасываемых листьями растения. Или они могут превратить листья в «визуальный микрофон», увеличивая их колебания и распознавая речь.


    1) Патио снаружи комнаты отеля, где Антонио Торральба заметил, что окно работает как пинхол. 2) Размытое изображение патио на стене; 3) ему можно повысить резкость, прикрыв большую часть окна картоном, чтобы уменьшить размер отверстия. 4) Если перевернуть его вверх ногами, можно увидеть сцену снаружи.

    «У нашей Мэри был баран», — говорит человек на аудиозаписи, воссозданной с движений пустого пакетика из-под чипсов, которые учёные снимали сквозь звуконепроницаемое окно в 2014 году (это первые слова, записанные Томасом Эдисоном в 1877 году на фонографе).

    Исследования по поводу заглядывания за углы и построения предположений об объектах, не видимых напрямую, или «построение изображений не в прямой видимости», начались в 2012 году с работы Торральбы и Фримана по случайной камере, и с ещё одной переломной работы, проведённой отдельной группой учёных из MIT под руководством Рамеша Раскара. В 2016 году, в частности, и благодаря их результатам, Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) запустила программу REVEAL стоимостью $27 млн (Revolutionary Enhancement of Visibility by Exploiting Active Light-fields – революционное улучшение видимости с использованием активных световых полей). Программа финансирует появляющиеся по всей стране лаборатории. С тех пор поток новых идей и математических трюков делает построение изображений не в прямой видимости всё более мощным и практичным.

    Кроме очевидного применения в военных и разведывательных целях, исследователи изучают вопросы применения технологии в робомобилях, роботизированном зрении, медицинской фотографии, астрономии, исследованиях космоса и спасательных миссиях.

    Торральба сказал, что у них с Фриманом в самом начале работы не было идей по практическому применению технологии. Они просто разбирались с основами формирования изображений и с тем, что такое камера, из чего естественным образом развилось более полное исследование поведения света и его взаимодействия с объектами и поверхностями. Они начали видеть такие вещи, которые никто и подумать не мог искать. Психологические исследования, по словам Торральба, показывают, что «люди ужасно плохо умеют интерпретировать тени. Возможно, одна из причин этого состоит в том, что многие видимые нами вещи не являются тенями. И в итоге глаза бросили попытки их осмыслить».

    Случайные камеры

    Лучи света, переносящие изображение мира, находящегося за пределами нашего поля зрения, постоянно падают на стены и другие поверхности, после чего отражаются и попадают нам в глаза. Но почему эти визуальные остатки так слабы? Просто слишком много лучей идёт по слишком большому количеству направлений, и изображения размываются.

    Для формирования изображения необходимо серьёзно ограничить лучи, падающие на поверхность, и увидеть только определённых их набор. Это и делает камера-пинхол. Изначальная идея Торральбы и Фримана в 2012 году состояла в том, что в нашем окружении есть довольно много объектов и различных свойств, естественным образом ограничивающих лучи света и формирующих слабые картинки, которые способен распознать компьютер.

    Чем меньше апертура пинхола, тем резче получится изображение, поскольку каждая точка изучаемого объекта испустит только один световой луч под правильным углом, которому удастся пройти через отверстие. Окно в отеле Торральбы было слишком большим для того, чтобы изображение получилось резким, и они с Фриманом понимали, что в общем полезные случайные камеры-пинхолы встречаются довольно редко. Однако они сообразили, что анти-пинхолы («точечные» камеры), состоящие из любого небольшого объекта, блокирующего свет, формируют изображения в изобилии.


    Билл Фриман


    Антонио Торральба

    Представьте, что вы снимаете внутреннюю стену комнаты через щель в жалюзи. Многого вы не увидите. Внезапно в вашем поле зрения появляется рука. Сравнение интенсивности света на стене при наличии и при отсутствии руки выдаёт полезную информацию о сцене. Набор лучей света, падающих на стену в первом кадре, на мгновение блокируется рукой в следующем. Вычитая данные второго кадра из данных первого, как говорит Фриман, «можно вычислить то, что блокировала рука» – набор световых лучей, представляющих изображение части комнаты. «Если изучать то, что блокирует свет, и то, что пропускает свет, — сказал он, — можно расширить набор мест, где можно встретить пинхол-камеры».

    Вместе с работой по изучению случайных камер, воспринимающих небольшие изменения в интенсивности, Фриман с коллегами разработали алгоритмы, определяющие и усиливающие небольшие изменения цвета – такие, как изменение цвета лица человека при приливе или отливе крови, а также крохотные движения – это то, благодаря чему можно было записать разговор, снимая пакетик чипсов. Теперь они легко могут заметить движение в одну сотую пикселя, которое в обычных условиях просто потонуло бы в шуме. Их метод математически преобразует изображения в конфигурации синусоид. В полученном пространстве шум не доминирует над сигналом, поскольку синусоиды представляют средние значения, взятые над многими пикселями, поэтому шум распределяется по ним. Благодаря этому исследователи могут определять сдвиги синусоид от одного кадра видео к другому, усиливать эти сдвиги, а потом преобразовывать данные обратно.

    Теперь они начали комбинировать все эти трюки для извлечения скрытой визуальной информации. В исследовании, описанном в прошлом октябре, которое проводила Кэти Боумен (тогда студентка под руководством Фримана, а ныне учёный из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра), было показано, что углы зданий работают как камеры, создающие грубое изображение того, что находится за углом.


    Снимая полутень на земле рядом с углом (1), можно получить информацию об объектах, находящихся за углом (2). Когда невидимые объекты начинают двигаться, свет и тени от них двигаются под разными углами по отношению к стене. Небольшие изменения интенсивности и цвета обычно нельзя различить невооружённым глазом (3), но можно усилить при помощи алгоритмов. Примитивные видео со светом, идущим под разными углами к полутени, выдают наличие за углом одного движущегося человека (4) и двоих (5).

    Грани и углы, как и пинхолы с точечными камерами, препятствуют прохождению солнечных лучей. Используя обыкновенные камеры, те же iPhone, при дневном свете, Боумен с коллегами снимали полутень на углу здания – область с тенями, подсвечиваемую подмножеством световых лучей, идущих из скрытого участка за углом. Если, к примеру, там пройдёт человек в красной рубашке, эта рубашка отправит небольшое количество красного света в полутень, и этот свет будет перемещаться по полутени, пока человек идёт, невидимый обычным глазом, но обнаруживаемый после постобработки.

    В революционной работе, опубликованной в июне, Фриман с коллегами воссоздали «световое поле» комнаты – картину интенсивности и направления хода лучей света в комнате – из теней, отбрасываемых лиственным растением, стоявшим рядом со стеной. Листья работали в качестве точечных камер, каждый из которых блокировал свой набор световых лучей. Сопоставление тени каждого листа с остальными тенями выдавало это недостающий набор лучей, и позволяло получить изображение части спрятанной сцены. Учитывая параллакс, исследователи затем смогли свести все эти изображения вместе.

    Такой подход даёт куда как более чёткие изображения, чем ранние работы со случайными камерами, поскольку в алгоритм встроены заранее приобретённые знания о мире. Зная форму растения, полагая, что естественные изображения должны быть гладкими, и учитывая несколько других предположений, исследователи смогли сделать определённые выводы, касающиеся сигналов, содержащих шум, что помогло сделать итоговое изображение резче. Технология работы со световым полем «требует знаний об окружающем мире для создания реконструкции, но и даёт вам много информации», — сказал Торральба.

    Рассеянный свет

    А пока Фриман, Торральба и их протеже раскрывают изображения, которые были спрятаны, в другом месте кампуса MIT Рамеш Раскар, специалист по компьютерному зрению, выступавший с докладами на TED, намеревается «изменить мир» и выбирает подход под названием «активное построение изображений». Он использует специализированные дорогие системы лазерных камер для создания изображений высокого разрешения, отображающих то, что находится за углом.


    Рамеш Раскар

    В 2012 году в рамках реализации идеи, посетившей его пять лет назад, Раскар с командой впервые создали технологию, при которой необходимо выпускать лазерные импульсы в стену. Малая часть рассеянного света сумеет обойти препятствие. А через небольшое время после каждого импульса они используют «камеру вспышек», записывающую отдельные фотоны со скоростью миллиарды кадров в секунду, чтобы обнаружить фотоны, отскочившие от стены. Измеряя время, потраченное фотонами на возвращение, исследователи могут узнать, насколько далеко они улетали, и в деталях воссоздать трёхмерную геометрию скрытых за препятствием объектов, на которых рассеялись фотоны. Одна из сложностей состоит в том, что для формирования трёхмерного изображения необходимо проводить растровое сканирование стены лазером. Допустим, что за углом прячется человек. «Тогда свет, отразившийся от определённой точки на голове, от определённой точки на плече, и от определённой точки на колене может прибыть в камеру в одно и то же время, — сказал Раскар. Но если посветить лазером немного в другое место, тогда свет от трёх этих точек уже не прибудет в камеру в одно и то же время». Необходимо скомбинировать все сигналы и решить «обратную задачу» для воссоздания скрытой трёхмерной геометрии.

    Оригинальный алгоритм Раскара для решения обратной задачи требовал слишком много вычислительных ресурсов, а сам аппарат стоил полмиллиона долларов. Но была проделана серьёзная работа по упрощению математики и уменьшению расходов. В марте в журнале Nature была опубликована работа, задавшая новый стандарт эффективного и экономичного построения трёхмерных изображений объекта – в работе воссоздавали фигурку кролика – находящегося за углом. Авторы, Мэтью О’Тул, Дэвид Линдел и Гордон Вецтейн из Стэнфордского университета разработали новый мощный алгоритм для решения обратной задачи и использовали относительно недорогие камеры SPAD – полупроводниковые устройства, частота кадров у которых ниже, чем у вспышковых камер. Раскар, ранее работавший куратором двух авторов работы, назвал её «очень хитроумной» и «одной из моих любимых».

    Предыдущие алгоритмы тонули в деталях: исследователи обычно пробовали обнаружить возвращающиеся фотоны, отразившиеся не от той точки стены, в которую светил лазер, чтобы камера могла избежать сбора рассеянного света лазера. Но направив лазер и камеру почти в одну точку, исследователи смогли составить карту исходящих и приходящих фотонов из одного «светового конуса». Рассеиваясь с поверхности, свет формирует расширяющуюся сферу из фотонов, которая вырисовывает конус, распространяясь в пространстве-времени. О’Тул (с тех пор сменивший место работы со Стэнфорда на Университет Карнеги-Меллона) перевёл физику световых конусов – разработанную учителем Альберта Эйнштейна, Германом Минковским в начале XX века – в лаконичное выражение, связывающее время полёта фотона с расположением рассеивающих поверхностей. Он назвал свой перевод «трансформация светового конуса».

    Робомобили уже используют системы LIDAR для построения прямых изображений, и можно представить, что когда-нибудь обзаведутся SPAD, чтобы заглядывать за угол. «В ближайшем будущем такие датчики будут доступны и в переносном формате», — предсказывает Андреас Велтен, первый автор начальной работы Раскара от 2012 года, руководящий ныне группой, занимающейся построением активных изображений в Висконсинском университете. Теперь стоит задача «обработки более сложных сцен» и реалистичных сценариев, сказал Велтен, «а не просто тщательного создания сцены с белым объектом и чёрным задником. Нам нужна технология, позволяющая направить прибор и нажать кнопку».

    Где находятся вещи

    Исследователи из группы Фримана начали совмещать пассивный и активный подходы. В работе, проведённой под руководством исследователя Кристоса Трампулидиса, показано, что при активном построении изображений при помощи лазера точечную камеру известной формы, находящуюся за углом, можно использовать для воссоздания скрытой сцены, совсем не используя информацию о времени полёта фотонов. «И это должно получиться у нас при помощи обычной

    ПЗС-матрицы

    », — сказал Трампулидис.

    Построение изображений не в прямой видимости когда-нибудь сможет помочь спасательным командам и автономным роботам. Велтен сотрудничает с Лабораторией реактивного движения НАСА, работая над проектом, направленным на построение на расстоянии изображений объектов, находящихся внутри пещер Луны. А Раскар с компанией используют их подход для чтения первых нескольких страниц закрытой книги, и для того, чтобы видеть в тумане.

    Кроме аудиореконструкции, алгоритм усиления движений Фримана может помочь создавать медицинские устройства и системы безопасности, а также детекторы малых астрономических движений. Этот алгоритм – «очень хорошая идея», — сказал Дэвид Хогг, астроном и специалист по данным из Нью-Йоркского университета и Института Флатирон. «Я подумал – мы просто обязаны использовать его в астрономии».

    Что касается вопросов неприкосновенности личной жизни, поднятых недавними открытиями, Фриман обращается к своему опыту. «Об этой проблеме я очень и очень много размышлял всю мою карьеру», — говорит он. Очкарик, любитель повозиться с камерами, всю свою жизнь занимавшийся фотографией, Фриман сказал, что в начале карьеры ему не хотелось работать ни над чем, у чего был бы какой-то военный или шпионский потенциал. Но со временем он стал думать, что «технология – это инструмент, который можно использовать по-разному. Если попытаешься избежать всего, что может иметь хоть какое-то военное применение, то ничего полезного не придумаешь». Он говорит, что даже в случае с военными, «существует очень широкий спектр возможностей использования вещей. Можно помочь кому-то выжить. И, в принципе, знать, где находятся вещи – это полезно».

    Но его больше всего радуют не технологические возможности, а просто открытие явления, прятавшегося у всех на виду. «Мне кажется, что в мире полно всего, что ещё только предстоит открыть», — сказал он.

    Пинхол – что это такое?

    Конструкция, которая позволяет при помощи самодельной камеры получать изображение без использования линз. Название образовано от двух английских слов: «pin» (острие) и «hole» (отверстие)
    Из чего чаще всего делают пинхол-камеры:

    • из спичечных коробков;

    • из картонных коробок;

    • из алюминиевых банок. 

    Принцип работы пинхол-камеры

    В X веке арабским математик и ученый Альхазен обнаружил, что свет, проходя через крошечное отверстие в стене темной комнаты, проецируется на противоположную поверхность. Благодаря этому открытию стали создаваться камеры-обскуры («тёмная комната» на латыни). Перевернутое изображение появлялось на противоположной от отверстия стене специального ящика. Этим эффектом пользовались ученые и астрономы, например, для наблюдения за затмениями.

    С открытием светочувствительных элементов изображение в подобных устройствах стало сохраняться на фотобумаге «само».

    В 1865 году Шотландский физик Дэвид Брюстер году ввел термин «пинхол», сделав фотографию на десятиминутной выдержке через отверстие диаметром менее сотой части дюйма.

    Как выглядят пинхол фотографии

    В отличии от фотоаппаратов с линзами, свет не фокусируется на пленке и изображение получается несколько размытым. Степень размытости регулируется размером отверстия, оно не должно быть как слишком большим, так и слишком маленьким. Сейчас оптимальным размером считается 0,5-1 мм в диаметре, для качественных снимков края отверстия должны быть четкими. 

    Снимки на такие камеры непредсказуемы, но это как раз и считается одной из привлекательных особенностей пинхол-фотографий.

    Как сделать камеру пинхол своими руками

    Мы сделаем пинхол-камеру из спичечного коробка.

    1. На верхней части коробка проделываем отверстие диаметром 5-10 мм и заклеиваем его фольгой или черной изолентой.

    2. Делаем в фольге тонкое отверстие иглой. 

    3. Делаем из картона заслон, который будет закрывать отверстие до момента съемки.

    4. В полной темноте помещаем внутрь коробка пленку. Можно изучить механизмы перемотки пленки или использовать ее по одному кадру.

    5. Чтобы сделать снимок, установите камеру на устойчивую поверхность и отодвиньте затвор. Оптимальную выдержку можно высчитать на практике или узнать с помощью специальных мобильных приложений, посвященных пинхол-камерам.

    Как фотографировать Пинхол с помощью цифровой камеры 📀

    Пинхол-фотография — забавный и старомодный способ захвата изображений; читайте дальше, когда мы приносим технику в 21-й век и покажем вам, как использовать вашу современную DSLR в качестве камеры-обскуры.

    Зачем мне это делать?

    Пинхол-фотография — это весело. Результаты уникальны (и часто удивительны), они богаты характером, и весь процесс манипулирования камерой обскуры является очень интерактивным. Традиционно, однако, вам нужно перепрыгнуть через множество обручей, чтобы насладиться фотографией на кинопленке, основанной на фильмах, от правильной обработки фильма до выбора камеры и часто разрабатывать фильм самостоятельно. Если эти элементы фотографического процесса доставляют вам удовольствие, то непременно продолжайте их наслаждаться.

    Тем не менее, для тех из нас, которые наслаждаются простотой в использовании (и обзором результатов) цифровой фотографии, можно адаптировать процесс обскуры к современности. Вы получаете удовольствие от игры с камерой-обскуром, возитесь со временем экспозиции и создаете творческие образы без всякой суеты. Для процесса, требующего столько же проб и ошибок, что и при съемке с обрывом, способность адаптировать его к DSLR, чтобы вы могли модифицировать свою технику «на лету», неоценима.

    Что такое фотография Пинхол?

    Если вы все уволены, чтобы сделать что-то новое и интересное с вашей камерой, но вы не совсем уверены, что вы уже зарегистрировали, этот раздел учебника для вас.

    Фотография Пинхола — это тип фотографии, в которой нет стеклянной линзы, а вместо этого только крошечный штыревой уголок в непрозрачном экране. Там, где традиционная камера имеет объектив, состоящий из серии оптических элементов, которые фокусируют сцену перед камерой на плоскости, занятой пленкой или цифровым датчиком, камера с отверстиями опирается на довольно симпатичную физику для достижения той же цели не что иное, как крошечное отверстие в светонепроницаемом материале, таком как пластик или металл.

    Как у вас есть объектив без стекла? С помощью традиционной стеклянной линзы оптические элементы имеют форму и полировку, так что объектив способен собирать свет на широкой площади и пропускать этот свет через ствол объектива на фокальную плоскость корпуса камеры (где пленка или датчик ), сохраняя изображение без искажений. С помощью «линзы» с отверстиями достигается тот же эффект, но с помощью разных средств. Поскольку отверстие, или отверстие, или объектив-обскуры настолько малы, что он пропускает через него только очень небольшое количество света. Лучи света и крошечное количество, проходящее через отверстие в отверстии, почти идеально параллельны друг другу (подвиг объектива на стекле требует тщательной обработки и полировки элементов).

    Если вы сделаете отверстие слишком большим, вы позволяете слишком много света, и вы теряете эффект луча в параллели (и ваше изображение становится очень размытым, потому что теперь все лучи света, отскакивающие от вашего объекта, перекрываются друг с другом на фокальной плоскости ). Если вы сделаете отверстие слишком маленьким, то недостаточно света, чтобы войти в тело камеры, и ваше изображение не может быть правильно выставлено.

    Одна из многих опрятных вещей по всему этому заключается в том, что вы можете масштабировать всю операцию. Вы можете превратить целую комнату в камеру с отверстиями, закрыв все отверстия в комнате непрозрачным материалом, а затем пробив крошечную точку в непрозрачном материале, покрывающем одно из окон. Через крошечное отверстие вид на внешний мир будет проецироваться на противоположную стену. Задолго до появления фильма люди использовали эту технику, камеру-обскуру, чтобы спокойно просматривать солнечные затмения и другие природные явления.

    Фактически, самая большая фотография в мире была взята с использованием этой техники с камерой. В 2006 году группа художников построила самую крупную в мире камеру с отверстиями из выведенного из эксплуатации ангара самолета — законченный отпечаток показан выше.

    Независимо от того, используете ли вы здание, кофе или блестящую новую зеркальную фотокамеру, вы можете использовать мощность камеры-обскуры, чтобы создавать отпечатки с большим характером, чем вы могли бы отбить палкой.

    Мы собираемся вникать в практическую сторону создания накидки и фотографирования, но если вы хотите больше узнать об истории и науке об обрыве фотографии, мы рекомендуем проверить следующие ссылки:

    • Удовольствие фотографии Пинхол
    • История фотографии, изображений, камер и формул
    • Собственные ресурсы фонда «Пинхол»

    Теперь, когда мы узнали немного о том, как работает объектив камеры-обскуры, давайте соберем руки. Во-первых, мы покажем вам, как сделать свой собственный для почти ничего. Затем мы покажем вам, где вы можете купить предварительно сделанные крышки отсека для камеры (и почему вы, возможно, захотите это сделать, несмотря на простоту сделать свой собственный).

    Что мне нужно?

    Для этого урока вам понадобятся несколько вещей, в том числе:

    • Крышка корпуса для корпуса вашей камеры (например, такая крышка корпуса Nikon)
    • Пульт дистанционного триггера / камеры (например, такой, как спуск затвора Nikon)
    • Штатив (облучатель должен иметь устойчивую поверхность)
    • Силовая дрель с 1/8 «бит
    • Сода может
    • Ножницы
    • Наждачная бумага тонкого песка или тонкая калибровочная стальная шерсть
    • Черная электрическая лента
    • Швейная игла (чем меньше, тем лучше)
    • Игольчатые плоскогубцы или гемостат (фиксирующие щипцы)

    Список материалов выше, по большей части, довольно гибкий. Вы не иметь Например, для использования сверла 1/8 «(например, вы можете использовать его для брака 7/64»), мы использовали алюминий из содовой банки, потому что это было дешево и легко работать (вы могли бы использовать любой тонкий металл, и мы использовали пару фиксирующих щипцов (также известных как гемостат), которые у нас были в нашем техническом наборе инструментов для удержания иглы, потому что это сделало так, что пробило отверстие. Вы можете так же легко использовать пару плоскогубцев или попытаться вручную.

    К обязательным компонентам списка относятся крышка корпуса (вам нужно, чтобы сформировать хорошее чистое светонепроницаемое уплотнение) и дистанционный триггер (вы можете попытаться использовать таймер задержки вашей камеры с некоторым успехом, но фактический дистанционный триггер / лампочка гораздо полезнее, когда речь идет об игре с экспозициями).

    Самое приятное в этом процессе состоит в том, что почти каждый шаг является обратимым или полностью переработанным без штрафа (например, одна содовая банка и рулон электрической ленты дают достаточный материал для десятков попыток).

    Создание вашей крышки камеры Pinhole для DIY

    Прежде чем мы продолжим, давайте заверяем вас в одном: прежде всего мы протестировали все, чтобы вам не пришлось. В наших усилиях по созданию самой простой и дешевой установки камеры для обследований мы попытались сделать объектив с отверстиями от всего материала от электрической ленты до бумаги, используя раскаленные иглы для пробивания пластикового листа и всевозможные связанные эксперименты. То, что вы видите здесь, — это не менее десяти минут и не имеет возможности использовать огонь. Готовы ли все детали и инструменты? Давайте начнем.

    Уменьшите блеск на крышке. Первое, что вам нужно сделать, это подготовить внутреннюю часть крышки камеры. Как правило, формованный пластик, используемый для изготовления колпачков камеры, очень отражающий. Если вне колпачок блестящий, это очень мало. Если внутри колпачок блестящий, вы хотите воспользоваться моментом, чтобы использовать мелкую шлифовальную бумагу или тонкую калибровочную стальную шерсть для нанесения матового покрытия на внутреннюю часть колпачка.

    Просверлите отверстие. Осторожно выровняйте сверло с центром крышки. Удостоверьтесь, что вы не сверляете прямо над чем-либо, что будет повреждено буровым долотом (например, ваш счетчик сверху), поскольку сверло быстро пройдет через тонкий пластик крышки.

    Удостоверьтесь, что у вас очень крепкое сцепление с колпачком, так как, как только буровое долото поймает, он будет стремиться выкрутить колпачок из вашей руки. Просверлите медленно, но прочно вниз по центру крышки.

    Очистите колпачок. На этом этапе вы захотите сделать две вещи, чтобы очистить колпачок и оставить мусор из камеры. Во-первых, используйте кончики пальцев, чтобы очистить любые очевидные пластиковые заусенцы, созданные буровым долотом. Во-вторых, либо используя влажное бумажное полотенце, либо запустив колпачок прямо под потоком воды из крана, вымыть всю мелкую энергию из процесса шлифования на первом этапе. Вы действительно не хотите, чтобы ультратонкая пластиковая пленка попала в вашу цифровую камеру, поскольку электростатические заряды будут тянуть ее прямо на датчик камеры.

    На этом этапе у нас есть чистая крышка с довольно большим отверстием в ней. Слишком большой для использования в качестве камеры-обскуры (вы можете сфотографировать его и очень быстрое время экспозиции, но это будет один большой размытый беспорядок). Для того, чтобы заняться бизнесом на самом деле фотографировать с отверстиями, нам понадобится отверстие (не отверстие 1/8).

    Вырезать полоски из содовой банки. Предполагая, что вы просверлили отверстие в колпачке без сверления отверстия в себе, это единственный другой шаг во всем проекте, где вы можете повредить себя. Рабочие перчатки не будут плохой идеей, и определенно используйте надлежащую осторожность при работе с алюминиевым покрытием.

    Один из самых простых способов получить максимальное количество алюминия из соды может не разрывать руки вверх, чтобы осторожно вставить одну из ножниц (или наконечник кухонного ножа) в верхнюю часть банки чуть ниже края и в нижней части банки может быть чуть выше нижнего края. Используя эти два отверстия в качестве отправных точек, обрезайте банку ножницами, как будто вы пытаетесь отрезать верх и низ. Это оставит цилиндр из алюминия, который вы можете вырезать прямо в сторону и развернуть на лист около 3,5 «x 6» или около того. Гораздо легче работать с ним таким образом, чем пытаться вырезать чистые кусочки с неповрежденной банки.

    Как только у вас будет большой лист, аккуратно вырежьте его примерно на половину дюймовых полосок. После разрезания полосок отрежьте половину дюйма от конца одной из полосок. Этот квадрат алюминия размером 1/2 «x 1/2» будет вашим пустым отверстием.

    Закрепите заглушку для крышки камеры. Используя четыре маленьких кусочка черной электрической ленты, закрепите края заготовки отверстий (графическая сторона поверхности банки вверх) и закрепите ее на внешней поверхности колпачка. Глядя изнутри крышки, вы должны увидеть отверстие, которое вы просверлили, и очень маленькое пятно из голого алюминия через это отверстие.

    Заметка: Если вы обнаружите, что лента и алюминиевый лист на внешней стороне крышки были эстетически ужасающими, вы можете закрепить их на внутренней стороне. Мы отказались от этого метода, потому что нам не нравилась идея поместить ленту и наклеить ее на куски внутри камеры. Однако, пока вы наклеиваете наклейку на нее надежно, это не должно быть проблемой.

    Проденьте пустую гайку с помощью штифта. Это самая сложная часть всей операции. Помните, что если ваш пинхол слишком мал, вы не сможете правильно отобразить изображение, и если отверстие слишком велико, изображение будет очень размытым. Поскольку вы всегда можете увеличить отверстие, но вы никогда не сможете его сжать (без замены пустого и стартового), выполните очень нежное прикосновение.

    Мы рекомендуем использовать какой-то инструмент для удержания штыря, так как он значительно облегчает манипулирование и избегает слишком большого давления. Маленькая пара зажимных щипцов из нашего инструментария прекрасно работала над задачей. Как только вы закрепите штырь каким-то образом, поместите колпачок лицевой стороной вниз на поверхность, которая обеспечит хорошее сопротивление против пустого отверстия. Мы использовали старую винную пробку, но все, что крепко и что вы можете надавить на колпачок, будет хорошо работать. Вы хотите сохранить маленький кусочек алюминия, когда вы вставляете иглу в него (без пробки позади него мы обнаружили, что медленное постоянное давление иглы начало толкать ленту вверх).

    Вдавите иглу в алюминий достаточно, чтобы проколоть металл с помощью самого наконечника. Не пытайтесь передать все тело иглы в металл, как даже с помощью тонкой иглы, вы можете в конечном итоге сделать отверстие слишком большим. (Вы всегда можете расширить отверстие, если найдете его слишком маленьким.)

    На этом этапе ваш колпачок будет завершен. Идите вперед и прикрепите его к корпусу камеры (помните, что это крышка корпуса, предназначенная для установки непосредственно на корпус вместо традиционного объектива).

    Принимая пробные снимки и наслаждаясь

    Теперь, как вы можете вспомнить из нашего руководства по манипулированию глубиной поля, номер диафрагмы или f-номер — это отношение, которое указывает, насколько большое (или небольшое) открытие механической диафрагмы объектива по сравнению с фокусным расстоянием указанной линзы. Портрета с широкой открытой диафрагмой (скажем, f / 1.4) имеет очень узкую глубину резкости и, поскольку отверстие позволяет так много света, не требует очень длительного времени экспозиции. Объектив общего назначения с апертурой, сгибаемой вниз (например, f / 22), имеет очень широкую глубину резкости и, поскольку апертура настолько мала, требует более длительного времени экспозиции.

    По сравнению с этим объективом с портретом и объективом общего назначения, наша камера-обскура имеет крошечный апертура. Буквально, булавка. F-номер правильно сконструированной камеры-обскуры, как правило, больше f / 100 (и в зависимости от камеры и размера отверстия может даже приближаться к f / 500). Помня об этом (и о том, что мы знаем о сокращении отверстий и увеличении глубины резкости), наша маленькая пробковая крышка даст почти бесконечную глубину резкости, где все, начиная от объекта, прямо от камеры, до шпонов здания через город, будет в фокусе.

    Кроме того, что вы знаете о своей новой и крошечной диафрагме, также помните, что вы будете использовать камеру в ручном режиме отсюда. Вы потеряете измерение через объектив, и камера верят, что объектив не прикреплен (так как пластиковая крышка корпуса отсутствует, наша модификация обскуры в стороне, на самом деле объектив).

    Давайте посмотрим на две фотографии, чтобы выделить пару вещей, о которых вам следует знать при использовании объектива с отверстиями:

    Какие две вещи сразу очевидны при просмотре этой фотографии? Это размыто, и есть некоторые серьезный наличие пыли.

    Это была одна из наших ранних попыток, и мы сделали слишком большой зазор. Это не спасет. Отверстие слишком велико, слишком много света попадает в корпус камеры, и оно просто никогда не создаст более резкое изображение. Осадка слишком велика, объясняет отсутствие фокуса, но как насчет темных пятен повсюду?

    Темные пятна — частицы пыли на датчике нашей цифровой камеры. В последнее время мы очень грубо относимся к этой конкретной камере, и, очевидно, немного пыли и мусора попало на датчик. Почему это выглядит так очевидно, когда мы используем объектив с отверстиями, как противостоящий любому другому объективу? Вспомните, как мы обсуждали ранее в учебнике, как отверстие обтекает путь почти параллельных лучей света на датчик? Чем меньше диафрагма, тем тверже тень частиц пыли. Здесь есть отличный визуальный помощник по этой теме.

    Мы можем исправить проблему фокуса, сделав новую пластину для обскуры для нашей крышки, но мы не можем исправить проблему пыли без очистки камеры (это учебник еще на один день, но учитывая, насколько грязный наш датчик, ожидайте его в ближайшее время). Давайте посмотрим на те же бутылки, сфотографированные с более тщательно продуманным отверстием:

    Простите, если хотите, что мы переместили треногу во время этапа восстановления / повторной съемки и не понимали, что картины были обрамлены немного по-другому, пока не стало слишком поздно, чтобы соответствовать им.

    Обратите внимание, что на второй фотографии все намного четче (по стандартам камеры с отверстиями). Пыль, как и следовало ожидать, все еще довольно заметна. В то время как мы определенно собираемся приблизиться к очистке датчика камеры в ближайшее время, это действительно дает камерам-обскурым игрушечной камеры 1960-х годов, что весело.

    Теперь, когда мы установили, у нас есть рабочий объектив с подходящим фокусом, давайте отправимся на улицу и протестируем его:

    Почему серьезное лицо вы спрашиваете? Экспозиции с настройкой обскуры могут варьироваться от 1-2 секунд до минуты в зависимости от доступного света. Никто не был уверен, что смогу улыбнуться так долго, поэтому мы серьезно посмотрели.

    Не забудьте, что длительное время экспозиции предлагает аккуратное окно, в котором вы сможете создавать свои фотографии:

    Фотография выше была 4-секундной экспозицией. Я сидел на скамейке на половину экспозиции (я только встал и ушел через 2 секунды). В результате фотография была наполовину выставлена ​​мне в рамке и наполовину выставлена ​​со мной из рамы, создавая призрачный образ, где вы можете видеть деревья через мое тело.

    Еще один интересный способ, которым вы можете воспользоваться длительным временем экспозиции, обеспечиваемым камерами-обскурами, — это вручную обрезать обруч куском черного картона, поднимая карточный запас, когда вы хотите выставить изображение.Используя эту технику открытого открывания, вы можете делать аккуратные вещи, например, стоять рядом с собой, создавать световые картины с использованием светодиодных брелок для ключей или свечей или иным способом играть с фотографией, как правило, недоступными при использовании стандартных объективов.

    Покупка коммерческого колпака

    Обычно, когда мы показываем технику DIY, мы часто указываем только на коммерческую версию: «Конечно, если вы этого хотите прямо сейчас, и вы не хотите делать DIY, продолжайте покупать и покупайте». Однако в случае крышки отсека для камеры с отверстиями, есть два различных преимущества, которые приходят с покупкой коммерческого продукта.

    Во-первых, коммерческие модели готовятся с помощью лазерных резцов. Это означает, что вы можете заказать чрезвычайно точные крышки для пробирок, где, когда говорят, что отверстие в отверстии составляет 0,24 мм, вы можете быть уверены, что это на самом деле 0,24 мм. Открытие также будет идеально круглым, без искажений.

    Во-вторых, в отличие от традиционной крышки для тела, в тело камеры — см. фото выше, которое показывает заднюю часть крышки Wanderlust Pinwide. Почему это имеет значение? Чем ближе к пленке / сенсору вы получаете отверстие, тем больше угол обзора. Если вы хотите захватить больше в кадре, покупка коммерческой крышки с утопленным отверстием — это путь.

    Имея это в виду, вы можете рассмотреть шапки:

    • Штучная камера камеры Wanderlust (только 4/3 камеры)
    • Крышка Holga Pinhole для корпусов Nikon и Canon
    • Лампа Lenox для лазерной крышки для корпусов Nikon, Canon и Pentax

    Хотя мы слышали о вещах Wanderlust Pinwide, а Holga Pinhole Cap — классический инструмент, единственными продуктами, которые мы можем поручить для полевых испытаний, являются модели Lenox Laser.

    Получение вдохновения

    Прежде, чем мы оставим учебник вместе, мы оставим вам прощальный подарок: кучу интересных фотографий с фотографией, чтобы вас вдохновить. фото Чай, два сахара.

    • Витрина фотографий Пинхол в журнале Smashing
    • Группа фотографий Пинхола на Flickr
    • Пинхол Фотографии на Flickr Отсортировано по интересности
    • Галерея Пинхола

    Мы уверены, что вы найдете больше, чем несколько снимков в вышеупомянутых галереях, которые вы любите, и которые вдохновляют вас на то, чтобы захватить здания, заброшенные автомобили и все, что находится между ними, с вашей установкой для обскуры.


    Есть ли какое-нибудь остроумие, мудрость или советы? Перейдите на наш дискуссионный форум ниже и разделите богатство.

  • Зачем мне это делать?
  • Что такое фотография Пинхол?
  • Что мне нужно?
  • Создание вашей крышки камеры Pinhole для DIY
  • Принимая пробные снимки и наслаждаясь
  • Покупка коммерческого колпака
  • Получение вдохновения
  • Tweet

    Share

    Link

    Plus

    Send

    Send

    Pin

    Пинхол- дырка в мир — Хроники одной извилины — LiveJournal


    Идея сделать простейший фотоаппарат из спичечного коробка зрела около года. Наконец, неожиданно, наличие времени и наличие желания совпали и фотокоробок был сделан. Уже сам процесс изготовления был интересен, тем более интересно было его применение.

    Сама камера имеет несколько часто используемых названий- это и «пинхол-камера», и «камера-обскура», и «стеноп», и другие термины, переведённые с иностранных языков. В любом случае, в основе получения изображения таким устройством лежит прямолинейность распространения света. Физическая основа работы аппарата хорошо описана в старом учебнике физики. Приведу выдержку из него здесь.


    Сам процесс изготовления фотоаппарата из коробка спичек описан подробно и в нескольких вариантах. Самые толковые инструкции, на мой взгляд, приведены здесь и здесь.

    Опишу лишь некоорые полезные моменты, которые помогли мне в проколе- резке- клейке- покраске аппарата.

    Первое— подумать, как именно, что за чем нужно сделать )

    Второе— рассчитать пинхол- камеру. Да, даже коробок нужно рассчитывать. Основное значение, очень сильно влияющее на качество изображения имеет диаметр отверстия. Рассчитать можно по формуле :

    D = K * √F * λ

    где
    D — диаметр отверстия
    K — коэффициент = 1.9
    F — фокусное расстояние, в данном случае это расстояние от отверстия до пленки
    λ — длина волны света = 0,00055 (мм)

    Подставив все коэффициенты:
    D = 1.9 * √F * 0.00055

    Можно считать самому, но проще воспользоваться специализированной программой- «Pinhole Designer». Программа- маленькая, вполне доступная и понятная. Выдаёт все необходимые данные для постройки своей камеры без линзы.

    Вот данные, которые я получил до начала работы:

    Фокусное расстояние ФР (конкретно для моего коробка)= 14 мм
    Диаметр отверстия (идеальный для данного ФР)= 0,16 — 0,17 мм
    Диаметр отверстия (реальный)= 0,2 мм
    Угол зрения камеры = 114°
    Значение «диафрагмы» (F)= 70

    Из всего этого следуют два замечания-
    а) идеальное фокусное расстояние для такого отверстия- больше ( 18-20 мм)
    б) при таком значении «диафрагмы» выдержку, по сравнению с привычной, нужно будет увеличивать во много раз. Снова нужно считать коэффициент- (F1/F2)² = t1/t2

    Пример, приведённый на одном из форумов:

    пинхол f= 172
    t1/t2 = (172/8)² = 462.25
    Соотвественно если на экспонометре 1/250 для f8,
    то для f= 172 t1 = 462*t2 = 462 * (1/250) ~ 2 с

    И третье— сааамый интересный вопрос- а как, собственно, получить и измерить такое отверстие ?

    Прокалывать дырочку лучше в тонкой алюминиевой фольге для выпечки, размером 15х15 мм. Для прокола я использовал иглу от циркуля- она круглая и острая.Для того, чтобы отверстие получилось круглым, иглу нужно вращать. Под фольгу нужно подложить что- то плотное, например- пластмассу. Подложка поможет избежать слишком больших проколов.
    Уверен, что нужное отверстие получится не сразу. У меня, например, круглая маленькая (0,2 мм) дырочка оказалась проколота раза с пятнадцатого. Измерение я провёл варварским способом- засунул под микроскоп фольгу на фоне металлической линейки, совместил дырку и миллиметровое деление и сравнил их. Получилось, что отверстие- 1\5 деления (0,2 мм).

    Всё, теоретические сложности закончились ! Приступаем к радости созидательного труда.

    Все внутренние детали камеры нужно закрасить чёрной краской во избежание переотражений света и бликов. Важно, я здесь совершил ошибку- один слой чёрной изоленты пропускает яркий свет, что даёт характерные вертикальные полосы засветки на плёнке. В следующий раз я буду использовать сочетание изолента + чёрная бумага.

    И ещё- так как нас ожидают длинные выдержки, то лучше снимать с упором или со штатива. Я просто приклеил к коробку подходящую к резьбе штатива гайку. Такой ход избавит камеру и снимки от ненужной «шевелёнки».

    Вот, что получилось в итоге )))



    На аппарате, в силу его необычности, можно написать его основные характеристики.


    И, наконец, то , ради чего всё это затевалось- фотографии !
    Использовалась плёнка «Agfa», чувствительность- 100 ISO.
    Размер кадра- 24х36 мм, для удобства сканирования.

    Выдержка= 1´ 40″.


    Выдержка= 1´ 40″.


    Выдержка= 1´ 30″.


    Выдержка= 1´ 30″. Психоделические наложения и цвета возникли из- за «мультиэкспозици», говоря проще- я забыл перемотать плёнку на следующий кадр )


    Выдержка= 3´.


    Выдержка= 3´. Фотограф забавно размазался, двигаясь у штатива.


    Выдержка= 1,8″.


    Выдержка= 8´. Здесь- физический эффект, проявления которого я не ожидал- дифракция света(!) в виде тёмных дуг и полос на изображениях фонарей. Выходит- пинхол это ещё и интересная физическая установка.


    Что мы имеем в итоге- характерное, несколько размытое «пинхольное» изображение, виньетирование кадра, бесконечную глубину резко изображаемого пространства, необычную отрисовку перспективы и конечно- море удовольствия от работы со своей первой камерой собственной постройки.

    Пробуйте, всё получится !

    Компьютерная фотография — PA0

    Часть 1: Базовая камера-обскура

    Дизайн камеры

    Камера-обскура:

    в качестве корпуса мы использовали картонную коробку и сделали ее затемненной светонепроницаемой лентой.
    Левое отверстие предназначено для сменных пинхол-карт, а правое — для камеры.
    Хотя лучший размер отверстия, который мы рассчитали по формуле, составляет около 0,7 мм, проколоть или измерить такое маленькое отверстие непросто. Вместо этого мы сделали четыре пинхол-карты разного размера: 1 мм, 2 мм, 3 мм и 5 мм.Чтобы отрегулировать размер пинхола, мы просто вставляем карту желаемого размера и полностью закрываем левое отверстие.
    Мы прикрепили бленду объектива к правому отверстию, чтобы убедиться, что цифровую камеру можно зафиксировать на нашей камере-обскуре, и это не повлияет на качество фотографий.

    Внешний вид нашей цифровой камеры


    Пинхол карты


    Настройка камеры:

    Штатив для устойчивости камеры при длительной выдержке и шарф во избежание утечки света.

    Фотосъемка на зеленом

    Фото со светом, просачивающимся через бленду объектива


    Сравнение диаметров точечных отверстий

    Мы можем четко видеть разницу в яркости и резкости между фотографиями, сделанными с разным размером пинхола. Используя меньшее отверстие, мы можем получить более четкое, но более тусклое изображение.

    Сцена 1: вид рабочего стола

    Настройки камеры: f: 2,8, ISO: 1000, время экспозиции: 30 с


    Сцена 2: вид на дом

    Настройка камеры : f: 5.0, ISO: 400, время экспозиции: 30 с


    Лучший диаметр (вид снаружи)

    Хорошо работают как 1 мм, так и 2 мм. Однако 1 мм лучше всего работает только в солнечные дни, а 2 мм подходит для некоторых сцен в помещении.

    Отверстие 2 мм

    Настройка камеры: f: 2,8, ISO: 500, время экспозиции: 30 с

    Отверстие 1 мм

    Настройка камеры: f: 2,8, ISO: 800, время экспозиции: 30 с


    Часть 2: Дополнения

    Подзадача 1: Светопись

    Фото

    Мы выбрали отверстие большого размера (3 мм, 5 мм), высокое значение ISO, большую диафрагму и длительную выдержку (10–30 с), чтобы сделать эти фотографии.

    Светопись 1: Звезды

    Светопись 2: Улыбка

    Светопись 3: Чайник


    Подзадача 2: Стереокамера

    Изначально мы использовали цветные фильтры для камеры мгновенной печати в качестве красных и синих фильтров. Однако результаты не вполне удовлетворительны. Их форма также ограничивала расстояние между красными и синими отверстиями.
    Для лучшего результата нам удалось позаимствовать красный и голубой светофильтры и скорректировать расстояние между отверстиями.

    Фото

    Изображения, полученные с использованием фильтров камеры мгновенной печати

    Только синий канал

    Только красный канал

    Камера-обскура с красным и голубым фильтрами

    Голубой

    Красный

    Изображения, полученные с использованием красного и голубого светофильтров

    Подзадача 3: Превратить нашу комнату в камеру-обскуру

    Мы закрыли все окна в нашей комнате алюминиевой фольгой, чтобы сделать ее темной.

    Фото

    Камера-обскура в моей комнате

    Вид на стену

    Подзадача 4: Калька

    На основе темной комнаты, которую мы создали в задании 3, мы смогли сделать коробку с калькой и увидеть виды снаружи.

    Фото

    Коробка с калькой

    Посмотреть на кальке

    Создание камеры-обскуры — действие

    (1 оценка)

    Быстрый просмотр

    Уровень: 5 (3-5)

    Необходимое время: 15 минут

    Расходные материалы Стоимость/группа: 1 доллар США. 00

    Размер группы: 1

    Зависимость от активности: Нет

    предметных областей: Физические науки

    Ожидаемые характеристики NGSS:


    Поделиться:

    Резюме

    В этом упражнении учащиеся создают свою собственную камеру-обскуру, чтобы наблюдать за поведением света. Эта учебная программа по инженерному делу соответствует научным стандартам следующего поколения (NGSS).

    Инженерное подключение

    Инженеры-оптики должны понимать, как работают световые лучи, чтобы проектировать и создавать такие устройства, как камеры, лазеры и оптоволокно.

    Цели обучения

    После этого задания учащиеся должны уметь:

    • Понимание того, как световые лучи движутся по прямым линиям, используется при обработке изображений.
    • Используйте световые лучи для создания фотографического изображения.
    • Объясните основы работы камеры-обскуры.

    Образовательные стандарты

    Каждый урок или занятие TeachEngineering соотносится с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.

    Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются Achievement Standards Network (ASN) , проект D2L (www.достижениястандарты.org).

    В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по сортам, и т.д. .

    NGSS: научные стандарты нового поколения — наука
    Ожидаемая производительность NGSS

    3-5-ЭТС1-1.Определите простую задачу проектирования, отражающую потребность или желание, которая включает определенные критерии успеха и ограничения по материалам, времени или стоимости. (3-5 классы)

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

    Нажмите, чтобы просмотреть другую учебную программу, соответствующую этому ожидаемому результату
    Это занятие сосредоточено на следующих аспектах трехмерного обучения NGSS:
    Научная и инженерная практика Ключевые дисциплинарные идеи Концепции поперечной резки
    Определите простую задачу проектирования, которая может быть решена путем разработки объекта, инструмента, процесса или системы и включает несколько критериев успеха и ограничений по материалам, времени или стоимости.

    Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

    Возможные решения проблемы ограничены доступными материалами и ресурсами (ограничения). Успех спроектированного решения определяется учетом желаемых характеристик решения (критериев). Различные предложения решений можно сравнивать на основе того, насколько хорошо каждое из них соответствует заданным критериям успеха или насколько хорошо каждое из них учитывает ограничения.

    Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

    Потребности и желания людей со временем меняются, как и их потребности в новых и улучшенных технологиях.

    Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

    Ожидаемая производительность NGSS

    4-ПС4-2. Разработайте модель, описывающую, что свет, отражающийся от объектов и попадающий в глаз, позволяет видеть объекты. (4 класс)

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

    Нажмите, чтобы просмотреть другую учебную программу, соответствующую этому ожидаемому результату
    Это занятие сосредоточено на следующих аспектах трехмерного обучения NGSS:
    Научная и инженерная практика Ключевые дисциплинарные идеи Концепции поперечной резки
    Разработка моделей для описания явлений.

    Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

    Объект можно увидеть, когда свет, отраженный от его поверхности, попадает в глаза.

    Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

    Обычно устанавливаются причинно-следственные связи.

    Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

    Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – Технология
    • Инструменты, материалы и навыки используются для изготовления вещей и выполнения задач.(Оценки 3 — 5) Подробнее

      Посмотреть согласованную учебную программу

      Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

    • Объясните, как могут существовать различные отношения между технологией и инженерией и другими областями контента. (Оценки 3 — 5) Подробнее

      Посмотреть согласованную учебную программу

      Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

    ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

    Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

    Список материалов

    Каждой группе нужно:

    • Пакет из-под молока или сока объемом 1 ½ галлона (по одному на учащегося)

    Чтобы поделиться со всем классом:

    • вощеная бумага
    • малярная/целлофановая лента
    • шпильки
    • 3-4 фонарика (для групп, чтобы проверить свои фотоаппараты)

    Больше учебных программ, подобных этому

    Предварительные знания

    Продольные и поперечные волны (Урок 1), Длина волны и амплитуда (Урок 2), Частота (Урок 3), Свет (Урок 6), Электромагнитные волны (Урок 7).

    Введение/Мотивация

    Студенты, это самое последнее занятие в нашем отделе звука и света. Вы все проделали большую работу, изучая звук и свет и то, как инженеры используют свои знания о звуке и свете, чтобы улучшить наш мир. Сегодня мы собираемся создать что-то действительно красивое — наши собственные маленькие камеры!

    На уроке мы узнали, что свет распространяется прямолинейно и инвертируется, когда проходит через маленькое отверстие.Сегодня мы увидим этот принцип в действии. Создадим камеру!

    Процедура

    Фон

    Сотни лет назад изображения гравировались на камне, а позже, с развитием модернизации, на различных тканях и даже на бумаге. В этот момент эти изображения могли на самом деле быть пейзажами, портретами или натюрмортами (например, вазой с фруктами или растением).По определению, изображение — это точная копия изображения — дубликат изображения, а не просто перерисованная копия.

    Итак, до создания того, что мы знаем сегодня как цифровые фотоаппараты (или пленочные фотоаппараты, которые до сих пор широко используются), что делали люди, чтобы получить копию определенного изображения? Что ж, в середине 1600-х темная комната, также известная как темная камера или камера-обскура , искусно использовалась для переноса внешнего изображения на бумагу внутри комнаты. Чтобы объяснить, в большой комнате есть дыра в одной из стен.Когда свет попадает в маленькое отверстие, внешнее изображение отражается на противоположной стене. Затем художник, стоящий в комнате, рисовал на бумаге изображение, которое появляется на стене.

    Затем, в середине 1800-х годов, использование камеры-обскуры стало более распространенным явлением. Камера-обскура была портативной, что позволяло фотографу делать (то есть рисовать) снимки, которые ранее нельзя было скопировать через темную камеру или камеру-обскуру. Камера-обскура работает так же, как темная камера, в том смысле, что небольшое отверстие в боковой части коробки размером с рабочий стол импортирует изображение на противоположную стену. Поскольку лучи света распространяются по прямым линиям, изображение на самом деле перевернуто. Зеркала внутри коробки с камерой-обскурой отражают изображение на верхнюю часть коробки, после чего художник переносит изображение на бумагу.

    Сегодня, с открытием пленки и, в настоящее время, цифровых компьютеров, заключенных в небольшие корпуса размером с колоду карт, можно сделать несколько снимков в быстрой последовательности. Фотографы могут выбирать, какие снимки оставить, а какие удалить, одним нажатием кнопки.

    Инженеры играли большую роль в разработке камер с самых ранних времен — от химических растворов, используемых для проявления пленки, до ультрасовременных возможностей оцифровки современных камер.

    Теперь давайте создадим нашу собственную камеру-обскуру, как пионеры 19-го века!

    Перед занятием

    Примечание : За две недели до занятия попросите учащихся принести из дома пакет молока или сока объемом 0,5 галлона. Попросите учащихся тщательно промыть контейнер теплой водой с мылом. Периодически напоминайте студентам не забывать приносить коробки.

    • Соберите все необходимые материалы.
    • Отрежьте верхнюю часть (сторону с носиком) у каждой упаковки из-под молока/сока.

    Со студентами

    Примечание : в начале этого задания поставьте учащимся несколько источников света, чтобы они могли смотреть на них через свои камеры. Хорошо подойдут большие фонарики, так как они яркие и их можно правильно направить.

    1. Попросите учащихся приклеить кусок вощеной бумаги поверх упаковки из-под молока/сока.Отверстие камеры-обскуры можно легко проткнуть безопасной булавкой. Авторское право

      Copyright © Программа ITL, Колорадский университет в Боулдере, 2010 г. Фотография Элисон Пенчак.

    2. Попросите их перевернуть коробку на бок и с помощью крепкой булавки (лучше всего подойдет английская булавка) или сверла/сверла небольшого диаметра сделать очень маленькое отверстие в дне коробки (это будет внешняя часть коробки). коробка, а не внутри). (Примечание: влияние использования отверстий разного размера будет предметом обсуждения позже).Они должны сделать только одно чистое и гладкое отверстие! См. рис. 1.
    3. Когда все учащиеся закончат, приглушите верхний свет в комнате и включите дополнительные источники света.
    4. Попросите учеников посмотреть на источники света через их камеры-обскуры. Напомните им, чтобы они смотрели через конец вощеной бумаги. Изображение, которое они видят, должно быть немного нечетким, но узнаваемым.
    5. Учащиеся могут перемещать свои камеры ближе и дальше от источников света и смотреть, как это влияет на изображения.
    6. Позвольте учащимся поэкспериментировать с размером отверстия и посмотреть, как это повлияет на изображение. Примечание: очень большие отверстия не будут отображать идентифицируемое изображение; Попросите учащихся медленно увеличивать размер отверстий для булавок.
    7. Соберите студентов вместе и обсудите, как работает их камера. См. ниже идеи для обсуждения. В конце дня студенты могут забрать свои камеры домой.

    Словарь/Определения

    световой луч: Луч света с малым поперечным сечением.

    Камера-обскура: простая камера, использующая отверстие для фокусировки света на поверхности позади него. Все изображения, созданные камерой-обскурой, перевернуты — верх становится нижним, левый становится правым. Это также можно назвать камерой-обскурой.

    лучевая диаграмма: изображение, которое предсказывает, как будет выглядеть изображение. Лучи света на диаграмме лучей изображаются прямыми линиями.

    Оценка

    Предварительная оценка

    Обзор ключевых идей : еще раз обсудите с учащимися ключевые идеи урока.Помнят, какой инженер работает со светом? (Ответ: инженер-оптик) Как распространяется свет? (Ответ: по прямой) Как называлась первая камера? (Ответ: камера-обскура) Узнайте, не желает ли кто-нибудь из учащихся нарисовать на доске диаграмму лучей.

    Встроенная оценка деятельности

    Как мы можем сделать его лучше? Напомните учащимся о важности итераций в инженерном проектировании и предложите им во время работы со своими камерами задать себе вопрос: «Как мы можем сделать это лучше?» Поощряйте учащихся экспериментировать с новыми идеями и быть добрыми и полезными друг другу, когда они делятся идеями между собой.

    Оценка после активности

    Обсуждение в классе : Чья камера-обскура сработала действительно хорошо? Почему? Как размер отверстия влияет на яркость изображения на вощеной бумаге? (Ответ: Чем больше отверстие, тем ярче изображение.) Как размер отверстия влияет на резкость изображения? (Ответ: чем больше отверстие, тем размытее изображение.)

    Исследовательские вопросы

    • Кто изобрел первую камеру?
    • Когда появились первые цифровые камеры?
    • Сколько фотографий ежегодно проявляется в Америке?

    Вопросы безопасности

    Напомните учащимся, чтобы они были осторожны при использовании булавок и не тыкали ими друг друга.

    Советы по устранению неполадок

    Чтобы увидеть более четкое изображение, поместите лист бумаги с рисунком или лист бумаги с вырезанной фигурой над источником света (например, над линзой фонарика).

    Расширения деятельности

    Учащимся следует предложить изучить различные камеры внутри и снаружи, увидеть линзы и то, как размещается пленка для записи изображений.Вы можете приобрести недорогие старые фотоаппараты в местном комиссионном магазине, которые ученики могут разобрать на уроке.

    Масштабирование активности

    Для старшеклассников найдите добровольцев, которые сделают большую камеру-обскуру. В этой камере корпус камеры должен быть полностью закрыт окном просмотра сбоку, чтобы видеть заднюю сторону, куда падает изображение. Также можно купить пленку и поместить ее сзади этой камеры, чтобы сделать снимок с длинной выдержкой. Подробности можно найти на http://brightbytes.com/cosite/what.html

    .

    Для младших классов занятия по-прежнему должны быть подходящими, хотя учащимся может потребоваться дополнительная помощь в сборке своих камер.

    Дополнительная мультимедийная поддержка

    Дополнительные ресурсы по изготовлению и использованию камеры-обскуры см. на веб-сайте Kodak по адресу http://www.kodak.com/eknec/PageQuerier.jhtml?pq-path=11865&pq-locale=en_US&_requestid=45980

    .

    использованная литература

    Штат Юта, История для детей, «Удивительная история фотографии», по состоянию на 31 июля 2007 г.http://ilovehistory.utah.gov/index.html

    Авторские права

    © 2007 Регенты Университета Колорадо.

    Авторы

    Люк Симмонс; Фрэнк Беркхолдер; Эбигейл Уотрус; Джанет Йоуэлл; Элисон Пенсиак

    Программа поддержки

    Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж Колорадского университета в Боулдере

    Благодарности

    Содержание этой учебной программы цифровой библиотеки было разработано в рамках гранта Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), U. S. Грант ГК-12 Министерства образования и Национального научного фонда № 0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вы не должны исходить из того, что оно одобрено федеральным правительством.

    Последнее изменение: 22 февраля 2022 г.

    Вы когда-нибудь пользовались камерой-обскурой?

    Сегодняшнее чудо дня было вдохновлено Чарис из Хьюстона, штат Техас. Charis Wonders , “ Что такое камера-обскура и как она работает? ”Спасибо, что ДУМАЕТЕ вместе с нами, Чарис!

    Вам нравится вспоминать с друзьями и членами семьи, просматривая старые фотоальбомы? Так приятно оглянуться назад и вспомнить хорошие воспоминания прошлых лет.

    Через двадцать лет вы, возможно, оглянетесь на фотогалереи в социальных сетях, таких как Facebook и Instagram, а не на фотографии в книгах. И, вероятно, будут сотни, если не тысячи фотографий, которыми можно насладиться.

    Благодаря передовым технологиям, благодаря которым цифровая камера встроена в каждый смартфон, стало намного проще сохранять воспоминания, фотографируя повседневные события нашей жизни по мере их возникновения. Все эти передовые технологии могут заставить нас забыть, насколько стара и проста на самом деле фундаментальная наука, лежащая в основе фотографии.

    Самая простая камера называется камерой-обскурой и состоит всего из нескольких вещей: светонепроницаемой коробки, пленки и отверстия-обскуры.

    Камера-обскура, иногда известная как камера-обскура или темная камера, работает очень просто. Пинхол действует как линза, пропуская свет, излучаемый любой сценой, на которую он направлен.

    Поскольку пинхол крошечный и пропускает очень мало света, вы должны держать камеру-пинхол направленной на сцену гораздо дольше, чем обычную камеру. Типичное время экспозиции может варьироваться от пяти секунд до нескольких часов. В конце концов, каждая точка света, проходящая через точечное отверстие, обнажает крошечную часть пленки, создавая перевернутое и перевернутое изображение на пленке.

    Поскольку крошечное отверстие вынуждает каждый бит света, который он пропускает, экспонировать крошечную часть пленки, это обычно приводит к довольно четким, четким изображениям после проявления пленки. В обычной камере линза используется для создания гораздо большего отверстия, пропускающего свет, поэтому время экспозиции значительно сокращается.

    Основы науки о фотографии в работе с камерой-обскурой (известной как прямолинейное распространение света) были признаны еще в 5 -м веке до нашей эры. в Китае.Греческий математик Евклид разработал основные принципы более 2300 лет назад. Леонардо да Винчи также был очарован простотой камеры-обскуры.

    Сегодня камеры-обскуры часто изготавливаются дома в рамках научных проектов. Одно из популярных применений — безопасное наблюдение за солнечными затмениями, поскольку вы можете косвенно наблюдать за событием через камеру-обскуру.

    Профессиональные камеры-обскуры производятся до сих пор и пользуются популярностью у профессиональных фотографов, которые хотят пополнить свой фотографический арсенал уникальным инструментом.Камеры-обскуры из-за их небольшого размера также часто используются для скрытого наблюдения.

    Как создать цифровую камеру-обскуру с помощью Raspberry Pi

    В конце 2015 года Raspberry Pi Foundation удивила мир, выпустив миниатюрную Raspberry Pi Zero. Более того, раздали бесплатно на обложке журнала MagPi . Я немедленно выбежал и обыскал несколько газетных киосков, пока не нашел два последних экземпляра в этом районе.Я не был уверен, для чего я буду их использовать, но я знал, что их небольшой размер позволит мне делать интересные проекты, которые не может удовлетворить полноразмерный Pi.

    Из-за моего интереса к астрофотографии я ранее модифицировал веб-камеру Microsoft LifeCam Cinema HD, сняв ее корпус, объектив и инфракрасный фильтр, чтобы обнажить голый чип ПЗС. Я использовал его с изготовленным на заказ футляром вместо окуляра в моем телескопе Celestron для астрофотографии. Он запечатлел невероятные виды Юпитера, крупные планы кратеров на Луне и солнечных пятен на Солнце (с подходящей защитной пленкой Baader).

    Еще до этого я превратил свою пленочную зеркальную камеру в камеру-обскуру, просверлив отверстие в крышке корпуса (крышка, которая защищает внутренние механизмы камеры, когда к ней не прикреплен объектив) и накрыв ее тонким диском. из банки из-под газировки, проколотой иглой, чтобы образовалась дырочка. Совершенно случайно однажды этот пинхол-кепка лежал у меня на столе рядом с модифицированной веб-камерой для астрофотографии. Мне было интересно, достаточно ли хороша веб-камера при слабом освещении, чтобы снимать изображение из-за крышки корпуса с точечным отверстием.С приложением GNOME Cheese потребовалась всего минута, чтобы убедиться, что веб-камера-обскура действительно является жизнеспособной идеей.

    Из этой идеи у меня появился способ использовать один из моих Raspberry Pi Zero! Камеры-обскуры, которые строят люди, обычно минималистичны и не предлагают никаких элементов управления, кроме продолжительности экспозиции и рейтинга ISO пленки. Цифровые камеры, напротив, имеют 20 или более кнопок и сотни дополнительных настроек, спрятанных в меню. Моя цель при создании цифровой веб-камеры с пинхолом заключалась в том, чтобы остаться верным традициям пинхол-фотографии и создать минималистское устройство без каких-либо элементов управления, даже без времени экспозиции.

    Цифровая камера-обскура, созданная из Raspberry Pi Zero, веб-камеры HD и пустой пудреницы, стала первым проектом в продолжающейся серии камер-обскуры, которые я создавал. Вот как я это сделал.

    Оборудование

    Поскольку у меня уже был Raspberry Pi Zero, для этого проекта мне понадобилась веб-камера. Учитывая, что Pi Zero продается в Великобритании по цене 4 фунта стерлингов, я хотел, чтобы другие части проекта оценивались аналогично. Тратить 30 фунтов стерлингов на камеру для использования с компьютерной платой за 4 фунта стерлингов просто несбалансированно.Очевидным ответом было отправиться на известный интернет-аукцион и сделать ставку на подержанные веб-камеры. Вскоре я приобрел обычную веб-камеру с разрешением HD всего за 1 фунт стерлингов плюс доставка. После быстрого теста, чтобы убедиться, что он правильно работает с Fedora, я начал разбирать корпус, чтобы проверить размер электроники.

    Далее мне понадобился чехол для камеры. Печатная плата Raspberry Pi Zero имеет размеры всего 65 мм x 30 мм x 5 мм. Печатная плата веб-камеры еще меньше, хотя на ней есть пластиковое крепление вокруг чипа ПЗС, удерживающее объектив на месте.Я осмотрел дом в поисках контейнера, в который поместились бы две крошечные печатные платы. Я обнаружил, что пудреница моей жены была достаточно широкой, чтобы вместить печатную плату Pi Zero. Немного повозившись, оказалось, что я могу втиснуть внутрь и плату веб-камеры.

    Я решил снять корпус с веб-камеры, открутив несколько крошечных винтов, чтобы добраться до внутренностей. Размер корпуса веб-камеры мало что говорит о размере печатной платы внутри или о том, где расположена ПЗС-матрица.Мне повезло, что эта веб-камера оказалась маленькой с удобной компоновкой. Поскольку я делал камеру-обскуру, мне пришлось снять объектив, чтобы обнажить голый чип ПЗС.

    Пластиковое крепление было около 1 см в высоту, что было бы слишком высоко, чтобы поместиться внутри пудреницы. Я мог бы полностью удалить его с помощью еще пары винтов на задней части печатной платы, но я подумал, что было бы полезно оставить его, чтобы блокировать свет, поступающий из зазоров в корпусе, поэтому я обрезал его до высоты 4 мм с помощью канцелярского ножа. , затем снова прикрепил его.Я согнул ножки светодиода, чтобы уменьшить его высоту. Наконец, я отрезал вторую пластиковую трубку, установленную над микрофоном, которая направляла звук, так как я не собирался записывать звук.

    У веб-камеры был длинный USB-кабель с полноразмерным штекером, а в Raspberry Pi Zero используется разъем Micro-USB, поэтому мне понадобился переходник USB-Micro-USB. Но с подключенным адаптером Pi не поместится в пудреницу, равно как и 1 м USB-кабеля. Поэтому я поднес острый нож к адаптеру Micro-USB, полностью отрезав его USB-разъем и зачистив пластик, чтобы открыть металлические дорожки, ведущие к разъему Micro-USB. Я также обрезал USB-кабель веб-камеры примерно до 6 см и снял его внешний пучок и обертку из фольги, чтобы обнажить четыре отдельных жилы кабеля. Я припаял их прямо к дорожкам на штекере Micro-USB. Теперь веб-камеру можно было подключить к Pi Zero, и пара по-прежнему помещалась в компактном футляре.

    Сначала я думал, что это конец моей электрической конструкции, но после тестирования я понял, что не могу сказать, записывает ли камера изображения и даже включен ли. Я решил использовать выводы GPIO Pi для управления светодиодными индикаторами.Желтый светодиод загорается, когда работает программное обеспечение для управления камерой, а зеленый — когда веб-камера захватывает изображение. Я подключил контакты BCM 17 и 18 к положительному полюсу светодиодов через токоограничивающие резисторы на 300 Ом, затем подключил оба отрицательных вывода к общему контакту заземления.

    Далее пришло время модифицировать пудреницу. Во-первых, я удалил внутренний лоток, в котором хранится порошок, чтобы освободить место внутри корпуса, отрезав его ножом по шарниру. Я планировал запустить Pi Zero от портативной батареи USB-блока питания, которая не помещалась внутри корпуса, поэтому я вырезал отверстие сбоку корпуса для разъема USB-кабеля.Светодиоды должны быть видны снаружи корпуса, поэтому я использовал 3-миллиметровое сверло, чтобы сделать два отверстия в крышке.

    Затем я использовал сверло 6 мм, чтобы сделать отверстие в центре нижней части корпуса, которое я закрыл тонким куском металла и с помощью швейной иглы проткнул отверстие в его центре. Я убедился, что только самый кончик иглы протыкается, так как введение всей иглы сделало бы отверстие слишком большим. Я использовал мелкую влажную/сухую наждачную бумагу, чтобы сгладить отверстие, а затем повторно проткнул его с другой стороны, снова используя только кончик иглы.Целью камеры-обскуры является получение чистого круглого отверстия без деформаций или выступов, которое едва пропускает свет. Чем меньше отверстие, тем четче изображение.

    Осталось собрать готовое устройство. Сначала я закрепил печатную плату веб-камеры в корпусе, используя синюю замазку, чтобы закрепить ее на месте, чтобы ПЗС-матрица находилась прямо над отверстием. Использование замазки позволяет мне легко перемещать ПЗС-матрицу, когда мне нужно очистить пятна от пыли (и в качестве страховки на случай, если я поставлю ее не в то место).Я разместил плату Raspberry Pi Zero прямо поверх платы веб-камеры. Для защиты от короткого замыкания между двумя платами я покрыл заднюю часть Pi несколькими слоями изоленты.

    Raspberry Pi Zero настолько идеально подходил для компактной пудры, что ему не нужно было ничего, кроме USB-кабеля для аккумулятора, торчащего через отверстие в корпусе. Наконец, я просунул светодиоды через ранее просверленные отверстия и приклеил их на место.Я добавил больше изоленты на ножки светодиодов, чтобы предотвратить короткое замыкание на плату Pi Zero, когда крышка закрыта.

    Программное обеспечение

    Конечно, компьютерное оборудование бесполезно без программного обеспечения для управления им. Raspberry Pi Zero может запускать то же программное обеспечение, что и полноразмерный Pi, но загрузка традиционного образа ОС Raspbian — очень трудоемкий процесс из-за низкой скорости процессора Zero. Камера, для включения которой требуется более минуты, — это камера, которая не будет широко использоваться в реальном мире.Кроме того, почти ничего из того, что работает в полной ОС Raspbian, не полезно для этой камеры. Даже если я отключу все избыточные службы, запускаемые при загрузке, все равно загружается неоправданно долго. Я решил, что единственным стандартным программным обеспечением, которое я буду использовать, является загрузчик U-Boot и ядро ​​Linux. Специально написанный двоичный файл init монтирует корневую файловую систему с карты microSD, загружает модули ядра, необходимые для управления веб-камерой, заполняет /dev и запускает двоичный файл приложения.

    Двоичный файл приложения — это еще одна пользовательская программа на языке C, которая выполняет основную работу по управлению камерой. Во-первых, он ждет, пока драйвер ядра инициализирует веб-камеру, открывает ее и инициализирует с помощью низкоуровневых вызовов v4l ioctl . Выводы GPIO настроены на управление светодиодами путем обращения к регистрам через /dev/mem .

    Если инициализация отключена, камера зацикливается. Каждая итерация захватывает один кадр с веб-камеры в формате JPEG с настройками экспозиции по умолчанию, сохраняет изображение прямо на SD-карту, а затем засыпает на три секунды. Этот цикл работает вечно, пока батарея не будет отключена.Это прекрасно достигает первоначальной цели, которая заключалась в создании цифровой камеры с простотой наравне с типичной аналоговой камерой-обскурой.

    Код для этого пользовательского пространства доступен под лицензией GPLv3 или любой более поздней версии. Для Raspberry Pi Zero требуется двоичный файл ARMv6, поэтому я собрал его с хоста x86_64, используя эмулятор QEMU ARM для запуска компиляторов из chroot , заполненного набором инструментов для дистрибутива Pignus (порт Fedora 23/перестроение для ARMv6). Оба двоичных файла были статически связаны с glibc, поэтому они автономны.Я создал собственный RAMDisk, содержащий двоичные файлы и несколько необходимых модулей ядра, и скопировал его на SD-карту, где загрузчик сможет их найти.

    Съемка фотографий

    Когда аппаратное и программное обеспечение завершено, пришло время посмотреть, на что способна камера. Всем известно превосходное качество изображений, создаваемых современными цифровыми камерами, будь то профессиональные цифровые зеркальные фотокамеры или мобильные телефоны. Здесь важно сбросить ожидания на более реалистичный уровень.Веб-камера HD снимает с разрешением 1280×1024 (~ 1 мегапиксель). ПЗС изо всех сил пытается захватить изображение из крошечного количества света, пропускаемого через точечное отверстие. Веб-камера автоматически увеличивает усиление и время экспозиции для компенсации, что приводит к очень шумным изображениям. Изображения также страдают от очень узкого динамического диапазона, о чем свидетельствует сжатая гистограмма, которую необходимо растянуть при постобработке, чтобы получить истинные черные и белые цвета.

    Наилучшие результаты достигаются при съемке изображений на открытом воздухе при дневном свете, так как в большинстве интерьеров недостаточно освещения для регистрации любого пригодного для использования изображения.ПЗС-матрица имеет диаметр всего около 1 см и находится всего в нескольких миллиметрах от отверстия, что создает относительно узкое поле зрения. Например, в селфи, сделанном с камерой на расстоянии вытянутой руки, голова человека заполняет весь кадр. Наконец, изображения получаются в очень мягком фокусе, что является определяющей характеристикой всех камер-обскуров.

    Сначала я использовал камеру только для съемки небольшого количества неподвижных изображений. Позже я уменьшил циклическую задержку с трех секунд до одной секунды и использовал камеру для захвата последовательности изображений в течение многих минут.Я преобразовал изображения в замедленные видеоролики с помощью GStreamer.

    Вот видео, которое я создал с помощью этого процесса: