Физика стенопа: удивительные факты о фотоаппарате из мусора

Если раз в год и палка стреляет, то и пустая коробка может превратиться в фотоаппарат. И это вовсе не метафора. Причем, не важен размер: подойдет все от пустого спичечного коробка до коробки из-под холодильника. Перед вами очередное доказательство того, насколько физика может быть простой, изящной и выразительной. «Популярная механика» отобрала самое интересное о необычном аппарате, созданном из мусора и науки.

Стеноп сегодня все чаще называют пинхолом, но есть и другое название — лох-камера. Нет, это не то, о чем вы подумали, в переводе с немецкого Loch означает «отверстие». В его основе принцип камеры-обскуры. Все чертовски просто: это светонепроницаемый ящик с небольшим отверстием в одной из стенок и экраном (матовым стеклом, тонкой белой бумагой или фотопленкой) на противоположной стене. Лучи света, отраженные от объектов, проходя сквозь отверстие, создают перевернутое изображение на экране. Обскурой может быть что угодно — от спичечного коробка до целого здания. С латинского camera obscura так и переводится — «темная комната».

При своей простоте стеноп имеет ряд нюансов. Прежде всего, само отверстие — для карманных устройств оно может варьироваться в пределах от 0,2 до 1 миллиметра. Все дело в том, что если отверстие будет меньше, то эффект дифракции (переотражение световых лучей от стенок отверстия) приведет к потере резкости изображения. Слишком большое отверстие пересветит фотоэлемент. Оптимальный диаметр отверстия вычисляется по формуле Джона Уильяма Стретта, больше известного как лорд Рэйли:

D = K * √F * λ

Где D — диаметр отверстия, K — коэффициент = 1,9, F — расстояние от фотоматериала до отверстия, λ - длина волны света (0,00055).

Как такового фокусного расстояния у стенопа нет: как не приближай (отдаляй) фотоматериал, на нем все равно будет формироваться резкое изображение. Меняется только угол зрения: чем ближе отверстие к светочувствительному элементу, тем шире угол. Причем, если диаметр отверстия и расстояние до него подобраны правильно, то глубина резкости будет безграничной. При этом важное отличие стенопа от классического фотоаппарата в ортоскопичности изображения: даже на максимально возможных широких углах изображение начисто лишено искажений. То есть, прямые линии остаются прямыми, форма и пропорции сохраняются в точности. Дисторсия также стремится к нулю — коэффициент линейного увеличения не изменяется по мере удаления отображаемых предметов от оптической оси.

Стеноп можно сделать самому. Малое отверстие, выполняющее роль объектива, обычно совершенно антинаучно прокалывается швейной иглой в фольге или тонкой алюминиевой (латунной) пластине, чтобы избежать эффекта дифракции. Затем пластина закрепляется изнутри коробки, перекрывая отверстие большего диаметра. В качестве затвора может использоваться обычный кусок картона. На противоположной стороне фиксируется фотопленка. Стеноп можно сделать из любого фотоаппарата со сменной оптикой, хоть цифрового, хоть пленочного. Сверлим в заглушке для «тушки» сначала большое отверстие, закрываем его фольгой, которую затем все также антинаучно и предельно аккуратно протыкаем иголкой. Вуаля!

Стеноп не терпит спешки. При столь малом отверстии освещенность фотоматериала крайне низкая, а в переводе на привычные параметры диафрагменное число исчисляется не единицами и даже не десятками, а сотнями. При столь зажатой «дырке» выдержка даже в солнечный день и при значении светочувствительности 100 ISO равна нескольким секундам, чего уж говорить про более темные условия, когда выдержка равна уже нескольким часам.

Стеноп также может использоваться для съемки двойных изображений, если в передней стенке сделать несколько отверстий, или для получения фотографий с цилиндрическими или сферическими перспективными искажениями, если изогнуть плоскость с фотоматериалом. Словом, у незатейливого на вид устройства безграничные художественные возможности. А ведь по сути банальный мусор: картонная коробка с дыркой.

Источник

31.03	37-й IT talk »
17.11	MBLTdev #2 »
16.11	GeekWeek-2015 »