針孔相機

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針孔相機的原理。

針孔相機英语Pinhole camera)是一種沒有鏡頭相機[1],取代鏡頭的是一個小孔,稱為針孔。利用針孔成像原理,產生倒立的影像。


針孔相機的結構相對簡單,由不透光的容器、感光材料和針孔片組成。其中,感光材料可以是底片,也可以是相紙[2]。為了控制曝光,還要有快門結構[3],通常是簡單的活門。


另外,由於進光量少,用針孔相機拍照,需要較長的曝光時間[4]。曝光時間由數秒至數十分鐘不等[4],通常把相機安裝在三腳架上,或把相機放在穩固的地方[3]


一些藝術家利用針孔相機進行創作。例如,芬蘭藝術家Tarja Trygg以針孔相機,拍攝日照軌跡(Solargraphy),曝光時間長達6個月[5]


歷史[编辑]

相機的前身為暗箱(Camera obscura)[2][6],又稱暗盒。原始的暗箱,只是利用一個黑暗的房子的一堵牆上的孔,將外面的景物投射到平面上。實際上,camera obscura的字面意思就是「黑暗的房子」[2]


古代學者如墨子留意到光線通過小孔可形成倒立影像[3][6]亞里士多德在他的著作《論問題》(Problemata)中,提及暗箱的概念[3]海什木的文獻指出,假如陽光透過牆上的小孔,進入黑暗的房子,就能把房子外的景物投射在牆壁上。海什木利用針孔裝置,對日食進行觀察[3]


在15世纪,艺术家開始利用暗箱作繪畫的輔助工具。布魯內萊斯基運用小孔成像原理進行臨摹[3],開創透視繪畫法。這些針孔裝置,其工作原理,和現在被我們稱為針孔相機的工具,是完全一樣的。


攝影誕生後,把感光材料,例如相紙放進暗箱,暗箱就成了針孔相機。


原理[编辑]

主條目:小孔成像

光線沿直線傳播。物體反射的光線,通過針孔,在成像面形成倒立的影像。針孔與成像面的距離,稱為焦距,以毫米英吋標示[3]。針孔接近成像面,可拍攝廣角照片[3][7]。針孔遠離成像面,可拍攝遠攝遠攝照片[3][7]


焦距越長,影像越大[3]。例如,焦距為75mm時,影像剛好覆蓋4x5英吋的底片[3]。焦距為150mm時,影像剛好覆蓋8x10英吋的底片[3]。另外,焦距越短,照片的暗角越明顯[8]


一般而言,針孔越小,影像越清晰,但針孔太小,會導致衍射,反而令影像模糊[3]


針孔的最佳直徑[编辑]

據說,用來計算針孔的最佳直徑的公式,至少有50條[3]。以下是其中一條用來計算針孔的最佳直徑\phi的公式:


\phi=\sqrt{2f\lambda}


其中,f是焦距,\lambda是光的波長[9]光的波長是700nm光的波長是546nm,光的波長是436nm[9]。計算的時候,通常取紅光與綠光的波長的平均值,即623nm[9]。計算的時候,請把波長由nm轉換成mm。因為1nm等於10^-6mm,所以623nm等於623x10^-6mm。


以下是焦距為50mm的例子:


\phi=\sqrt{2\times50\times623\times10^-6}=0.249599679


四捨五入,可得出針孔的最佳直徑是0.25mm[9]


光圈值的計算[编辑]

主條目:光圈值

將焦距除以針孔直徑,可得到光圈值。以下是焦距為50mm、針孔直徑為0.25mm的例子:


 \frac{50}{0.25} \ = 200


可得出光圈值為f/200。


暗角的成因[编辑]

針孔與相紙中央的距離近,與相紙四角的距離遠,這種距離上的差異,導致曝光不平均,形成暗角[4][10][11]。特別是廣角型的針孔相機,暗角尤其明顯[8][10]。解決方法之一,是放置相紙的時候,把相紙捲曲成橢圓[11]。這樣,針孔與相紙的中央距離稍遠,與相紙四角的距離近,令相紙的中央和四角的曝光一致[11]


另外,製作針孔的材料越厚,暗角越明顯[7][10]。一些較薄的材料,例如鋁箔,厚度只有0.012mm至0.015mm,比鋁罐(0.15mm)更薄[10]。市面有售的銅片,相對硬身,可以打磨,而且備有不同厚度,可按個人喜好選購[10]


使用減光棒(dodging tool),也可以消除暗角[8][12]。假如用底片拍照,可以在暗房放相的時候,利用減光棒[8]。假如用相紙拍照,可以在拍攝的時候,利用減光棒[12]


畫質的改善[编辑]

使用尺寸較大的感光材料,可以改善畫質。


特性[编辑]

針孔相機的拍攝作例之一,曝光時間為20分鐘。 (Ewan McGregor)

無限景深[编辑]

針孔相機沒有鏡頭,因此不受景深限制,擁有無限景深。不論景物遠近,都有相同的清晰度[1][2][4]。換句話說,用針孔相機拍照,根本不用對焦[1]


長時間曝光[编辑]

由於進光量少,因此需要較長的曝光時間,例如數[4],甚至數十分鐘[1]。為了拍出漂亮的照片,建議使用三腳架,或把針孔相機放在平穩的地方[3]

典型的拍攝題材,除了靜止的物體,還有水的波動、被風吹動的花海、甚至是自拍肖像[3]


眩光[编辑]

用針孔相機拍照,照片容易出現眩光,特別是逆光的時候[13]。解決方法之一,是利用景物來遮擋太陽,例如樹木[13]


自製針孔相機[编辑]

單鏡反光機改裝而成的針孔相機。

針孔相機可以自製。親手製作針孔相機,可以更了解相機的工作原理。製作不透光容器的材料,可以是黑色厚咭紙,也可以是鞋盒、鋁罐[14]、垃圾箱[15]蔬菜[4],甚至是一整棟建築[3]


針孔片的製作[编辑]

一般而言,用來製作針孔片的材料是金屬薄片,例如鋁箔[3][10]。鋁箔厚度只有0.012mm至0.015mm,較其他物料薄[10],可以直接用針刺穿[3],也可以把鋁箔夾在兩塊薄紙板之間,隔著薄紙板用針戳穿鋁箔,戳的時候還要轉動針尖,這樣出來的針孔會比較圓滑[16]。其他常見的材料,還包括銅片和鋁罐[3][10]


用銅片製作針孔片,工序較複雜。先在銅片底下墊一塊紙板,然後用針鑽穿銅片[1]。接下來用砂紙打磨銅片的背面,把凸起的地方磨平,這個步驟非常重要,不能省略[1]。用放大鏡檢查針孔[1][3],好的針孔應該呈圓形[2][16],沒有任何金屬碎屑[3],看起來相當光滑[3]。不光滑的針孔會引起光的衍射,令照片模糊[3]


只要經過適當處理,鋁罐也可用來製作針孔,但過程具有一定危險性。首先,用剪刀把鋁罐的頂部和底部去掉,把罐身裁成長條狀,再剪成大小相同的方形鋁片備用,鋁片邊長20mm。製作針孔前,先用砂紙把鋁片磨薄[17],但要當心,不要把鋁片磨破。在打磨過程中,經常用手指頭輕按鋁片,感受它的厚度變化。當鋁片變得非常薄的時候,就應該停止打磨。


用針尖慢慢的在鋁片上鑽孔,直至出現一個非常細的小孔,千萬不要用力向下壓[17]。同樣用砂紙打磨鋁片背部,用放大鏡檢查針孔[17]。如有需要,可重複鑽孔,直至針孔的大小合乎要求[17]


消光作業[编辑]

容器的內部反射會降低照片的反差[18]。把容器的內部塗黑,或貼上黑色的絨布,可提高照片的反差[18]


相機的組裝[编辑]

先把針孔片貼在不透光容器的內側,再安裝快門[3]。快門可以是一小片黑色膠帶[3],也可以是簡單的活門[19]。茲以黑色膠帶為例。曝光時,掀起黑色膠帶,露出針孔。曝光完成後,再次用黑色膠帶遮蓋針孔。


在正式拍攝前,請檢查相機,確保沒有漏光。


漏光測試[编辑]

檢測漏光的方法,是先把相紙放進相機,塗有感光劑的一面對著針孔[3]。接下來是把相機放在陽光下曝曬,時間為15至20分鐘,但不要打開快門[3]。曝曬其間,每隔一段時間,要轉動相機,讓陽光從不同的角度照片相機的每一面[3]。最後在有安全燈暗房檢查相紙的曝光情況[3]。如果相紙變灰甚至變黑,表示相機漏光[3]


雖然是最笨但可能也是最有效的方法,也就是多拍幾卷(張)底片,將它們沖掃出來,辨認每一幅照片中光線的分佈,來研判漏光的所在位置,確認了之後可以將疑似漏光位置使用黑色膠布補強,再次進行拍攝,重複補強動作,直到拍出來的照片沒有奇怪的光線為止。


應用[编辑]

藝術[编辑]

日照軌跡[编辑]

針孔相機的拍攝作例之二,曝光時間為6個月,記錄太陽的移動軌跡。 (ESO

日照軌跡(Solargraphy)是一種記錄太陽在特定時間內移動軌跡的攝影方法[5][20][21]。拍攝日照軌跡需要很長的曝光時間,通常以為單位,例如6個月[20]。把相紙放進針孔相機,在沒有使用顯影劑的情況下,產生影像[5][22]


值得一題的是,儘管使用黑白相紙,最後獲得的卻是彩色照片[22]。經過6個月的曝光,相紙出現可見的負像。用掃瞄器將影像數碼化,在電腦上用軟件調較色彩平衡反差色相,最終轉化為彩色的正像照片[23]


日照軌跡的概念,源於2000年波蘭一個叫Solaris的小組,這個小組的成員在2000年至2001年期間,率先拍攝日照軌跡照片[24][25]。至2002年,芬蘭藝術家Tarja Trygg在波蘭出席一個國際攝影工作坊的時候,得悉這種攝影的存在。一位攝影師告訴她,在不同緯度的地方,日照軌跡也有不同,激發她的好奇心[24]


為了獲得世界各地的日照軌跡,Tarja Trygg開始尋求別人的協助,最初是她的朋友,然後是任何人,最後成為一項超越國界的計劃,參與者來自世界各地。截至2010年2月,Tarja Trygg已收集到超過500張照片[5]

大型照片[编辑]

使用大型針孔相機,可以拍攝大尺寸的照片。例如,美國攝影師Chris Pinchbeck把一輛旅行拖車,當作針孔相機[3]。他主要在猶他州緬因州拍攝風景照片,照片尺寸為30吋乘75吋[3]。值得一題的是,他的照片是直接正像(Direct positive),每一張都照片是獨一無二,而他當年所用的相紙和藥水現在已經停產。


德國漢堡市,有清潔工人和攝影師攜手進行一項計劃,把1100公升的垃圾箱,改裝成針孔相機[15]。這個名為Trashcam Project的計劃,成員由7名工人和1名攝影師組成,由工人拍攝照片,攝影師僅提供意見及技術支援,例如沖洗照片。


工人把相紙放進相機,再把相機移到拍攝地點,為了更好的拍攝角度,更不惜把相機放在公共燒烤爐上[15]。曝光時間由6分鐘至1小時不等,主要以漢堡市的景物作拍攝對象[15]


香港,有團隊以鋁管和黑色膠袋,製作一部大型針孔相機,高2米,闊3米,深1米,需要逾10人搬運和安裝[2]。相機使用相紙作感光物料,先拍攝負像照片,再以接觸式印相,製作正像的照片[2]。由於使用卷裝黑白相紙,在顯影的時候,還要用自製的顯影盤[2]


用這部相機拍攝的照片,高1.3米,闊2.3米,記錄了香港市區的風貌,游泳池行車天橋和住宅大廈清晰可見[2]。據悉,由拍攝到完成作品,歷時數星期[2]


世界之最[编辑]

根據健力士紀錄,世上最大的針孔相機,高13.71米,闊48.76米,深24.38米,前身為一個飛機倉庫,位於美國加州一座軍事基地[26]。用這部相機拍攝的照片,高9.62米[26],闊33.83米[26],稱為The Great Picture,於2006年7月8日[27]上午11時[28]拍攝,曝光時間為35分鐘[27]。相機的針孔直徑只有6毫米[26]


據悉,是次拍攝為「遺產計劃」(Legacy Project)的一部分,該計劃由6名藝術家主導,透過照片記錄基地的面貌[27]。這座軍事基地自1990年代初關閉後,政客就如何使用這片土地展開連串爭辯,最終決定發展成一個公園,但仍無法改變基地荒廢的事實[27]


攝影課程導師Jerry Burchfield和他的學生,決定到基地外圍拍照[27]。後來,藝術家Clayton Spada由中國回到美國,他建議把基地的其中一棟荒廢設施,改建成巨型針孔相機[27]。值得一題的是,這位藝術家在中國的時候,曾指導當地的學生拍攝大型照片[27]


從2004年到2006年,團隊與美國政府談判,爭取基地設施的使用權[27]。經過歷時數月的準備,終於在2006年7月8日[27]早上11時[28]拍攝照片。由於拍攝機會只有一次,團隊在數天前進行多次試拍,決定曝光時間為35分鐘[27]


照片的沖洗同樣工程浩大。一共有60名志願者參與照片的沖洗,他們只能在鈉燈的照明下工作,即使是手機發出的光,也足以令照片起霧[28]。他們使用了逾千加侖的顯影劑和定影劑,洗水的過程還出動了消防喉。而照片本身是一塊特製的棉布,從德國進口[28],由拍攝者以人手方式塗上明膠鹵化銀乳劑[29]。照片曾在加州多地展出,並於2011年3月在北京中央美術學院展出[29]


科學[编辑]

拍攝核試[编辑]

據悉,洛斯阿拉莫斯實驗室科學家用針孔相機,拍攝1945年7月16日的一次核試[30][31]


全球針孔攝影日[编辑]

全球針孔攝影日(Worldwide Pinhole Photography Day)是一個國際性的節日,於每年四月最後一個星期天舉行[32],以推廣及慶祝針孔攝影為宗旨[32]

備註[编辑]

參考資料[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 李江龍. 針孔攝影常見問題. 全球針孔攝影日. [2013-05-25]. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 翟錦文. 《寫我心情—數碼攝影基本技法示範》. 中華書局(香港)有限公司. 2006. ISBN 962-231-497-X. 
  3. ^ 3.00 3.01 3.02 3.03 3.04 3.05 3.06 3.07 3.08 3.09 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 3.30 3.31 3.32 克里斯多佛·詹姆士. 《美國攝影圖片製作工藝專業教程》. 上海人民美術出版社. 2006. ISBN 7-5322-4707-4. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 David Balihar. What is a pinhole camera?. PINHOLE.CZ. [2013-05-12] (英文). 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 光影幻變呈現日照軌跡. 大公報 (香港). 2010-2-13 [2013-05-12] (中文). 
  6. ^ 6.0 6.1 吳鋼. 《攝影史話》. 中國攝影出版社. 2006. ISBN 7-80007-955-4. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 日本針穴写真協会. 針穴写真の基礎 (PDF). [2013-05-22] (日文). 
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 8.3 M.Nakajima. 4×5inch超広角ズームピンホールカメラ. ピンホールカメラ. [2013-05-22] (日文). 
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 9.3 M.Nakajima. ピンホール最適孔径. ピンホールカメラ. [2013-05-21] (日文). 
  10. ^ 10.0 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 M.Nakajima. ハリアナ写真の「周辺光量の低下」. ピンホールカメラ. [2013-05-19] (日文). 
  11. ^ 11.0 11.1 11.2 Hila Research Center. Pinhole Panorama Camera. Hila Projects. [2013-05-22] (英文). 
  12. ^ 12.0 12.1 M.Nakajima. 周辺光量低下緩和覆い. ピンホールカメラ. [2013-05-22] (日文). 
  13. ^ 13.0 13.1 M.Nakajima. ハリアナ写真の「フレア・ゴースト」. ピンホールカメラ. [2013-05-19] (日文). 
  14. ^ Estudio Redondo. The camera. TIME IN A CAM .ORG. [2013-05-12] (英文). 
  15. ^ 15.0 15.1 15.2 15.3 Hamburg´s garbagemen; Matthias Hewing. Trashcam Project. flickr. [2013-05-11] (英文). 
  16. ^ 16.0 16.1 柯達. How to Make and Use a Pinhole Camera. Kodak. [2013-05-25] (英文). 
  17. ^ 17.0 17.1 17.2 17.3 David Balihar. Making the pinhole. PINHOLE.CZ. [2013-05-26] (英文). 
  18. ^ 18.0 18.1 M.Nakajima. 内面反射の影響(軟調なネガ). ピンホールカメラ. [2013-05-29] (日文). 
  19. ^ David Balihar. My pinhole cameras. PINHOLE.CZ. [2013-05-26] (英文). 
  20. ^ 20.0 20.1 Estudio Redondo. About the project. TIME IN A CAM .ORG. [2013-05-12] (英文). 
  21. ^ Tarja Trygg. What is solargraphy?. SOLARGRAPHY GALLERY. [2013-05-12] (英文). 
  22. ^ 22.0 22.1 Tarja Trygg. Technique. SOLARGRAPHY GALLERY. [2013-05-12] (英文). 
  23. ^ Tarja Trygg. Making a solargraph after exposing. SOLARGRAPHY GALLERY. [2013-05-12] (英文). 
  24. ^ 24.0 24.1 Tarja Trygg. A World Map of Solargraphs. SOLARGRAPHY GALLERY. [2013-05-12] (英文). 
  25. ^ Tarja Trygg. Theory. SOLARGRAPHY GALLERY. [2013-05-12] (英文). 
  26. ^ 26.0 26.1 26.2 26.3 健力士世界紀錄大全. Largest pinhole camera. Guinness World Records Officially Amazing. [2013-05-14] (英文). 
  27. ^ 27.0 27.1 27.2 27.3 27.4 27.5 27.6 27.7 27.8 27.9 Anthony Mournian. The world’s largest pinhole photograph. AlternativePhotography.com. [2013-05-14] (英文). 
  28. ^ 28.0 28.1 28.2 28.3 Sonya Smith. World's largest photo taken in defunct El Toro base hangar. The Orange County Register (美國). 2006-07-13 [2013-06-10] (英文). 
  29. ^ 29.0 29.1 Sue Wang. World’s Largest Photograph – The Great Picture by The Legacy Project. CAFA ART INFO. [2013-06-11] (英文). 
  30. ^ World's largest pinhole photo collection. Telegram & Gazette (美國). 2012-06-26 [2013-05-12] (英文). 
  31. ^ Julian Mack; Los Alamos National Laboratory. Pinhole photograph of Trinity Site explosion, July 16, 1945. New Mexico's Digital Collections. The University of New Mexico University Libraries. 2012.06 [2013-05-12] (英文). 
  32. ^ 32.0 32.1 Worldwide Worldwide Pinhole Photography Day

延伸閱讀[编辑]

外部連結[编辑]