핀홀 카메라

Pinhole camera
홈메이드 핀홀 카메라 렌즈

핀홀 카메라는 렌즈가 없는 단순한 카메라이지만, 좁은 구멍(일명 핀홀)을 가지고 있습니다.이것은 효과적으로 한쪽에 작은 구멍이 있는 방광 상자입니다.장면의 빛이 구멍을 통과하여 상자의 반대편에 반전된 이미지를 투영하는데, 이를 카메라 옵스쿠라 효과라고 합니다.이미지의 크기는 물체와 핀홀 사이의 거리에 따라 달라집니다.

역사

카메라 옵스쿠라

상세 정보:카메라 옵스쿠라

카메라 옵스쿠라 또는 핀홀 이미지는 자연스러운 광학 현상입니다.초기에 알려진 기술들은 중국의 모지 문서 (기원전 [1]500년경)와 아리스토텔레스 문제 (기원전 300년경–600년경)[2]에서 발견된다.

핀홀을 통한 이븐 알-헤이탐의 빛의 거동을 관찰한 도표
초기 핀홀 카메라.빛은 작은 구멍을 통해 어두운 상자로 들어가 구멍 [3]반대편 벽에 반전된 이미지를 만듭니다.

알하젠으로도 알려진 아랍 물리학자 이븐 알-헤이탐 (965–1039)은 카메라 옵스쿠라 효과를 묘사했다.수 세기 동안 다른 사람들은 주로 셔터에 작은 구멍이 뚫린 어두운 방에서 주로 빛의 성질을 연구하고 [4]일식을 안전하게 보기 위해 그것을 실험하기 시작했다.

짐바티스타 델라 포르타는 1558년 그의 마지아 내추럴리스에서 오목 거울을 사용하여 이미지를 종이에 투영하고 이것을 그림 보조 [5]도구로 사용하는 것에 대해 썼다.그러나 거의 동시에 핀홀 대신 렌즈를 사용하는 것이 도입되었다.17세기에 렌즈 달린 카메라 옵스쿠라는 처음에는 작은 텐트 안에서, 나중에는 상자 안에서 모바일 기기로 발전하는 인기 있는 드로잉 보조기가 되었다.19세기 초에 개발된 사진 카메라는 기본적으로 박스형 카메라 옵스쿠라를 렌즈로 개조한 것입니다.

광학 분야에서의 "핀홀"이라는 용어는 제임스 퍼거슨의 1764년 기계학, 유체정역학, 공압학, [6][7]광학 분야의 엄선된 주제에 대한 강의에서 발견되었다.

초기 핀홀 촬영

핀홀 사진에 대한 최초의 알려진 설명은 스코틀랜드 발명가 데이비드 브루스터의 1856년 저서 "입체경"에서 발견되었는데, 여기에는 "렌즈가 없고 핀홀만 있는 카메라"라는 설명이 포함되어 있습니다.

William Crookes 경과 William de Wiveleslie Abney는 핀홀 [8]기술을 시도한 다른 초기 사진작가였습니다.

필름 및 일체형 사진 실험

발명가 윌리엄 케네디 딕슨에 따르면, 토마스 에디슨과 그의 연구자들에 의한 최초의 실험은 1887년경에 이루어졌으며 "원통형 껍질 위에 놓인 현미경 핀포인트 사진"을 포함했다.그들은 움직이는 영상과 녹음된 소리를 결합하고 싶었기 때문에 실린더의 크기는 축음기 실린더와 일치했다.사진을 확대했을 때, 선명한 사진을 「놀라운 속도로」, 포토 에멀젼의 「조잡함」으로 기록하는 데 문제가 발생했습니다.그 미세한 핀포인트 사진들은 곧 [9]폐기되었다.1893년 마침내 키네토스코프는 셀룰로이드 필름 스트립에 움직이는 그림과 함께 도입되었다.Kinetograph라고 불리는 영상을 기록한 카메라는 렌즈를 장착했다.

외젠 에스타나브는 일체형 사진을 실험하여 1925년에 결과를 발표하였고 그의 연구 결과를 라 네이처에 발표했다.1930년 이후 그는 렌즈 스크린 [10]대신 핀홀로 실험을 계속하기로 했다.

사용.

핀홀 카메라의 이미지는 실시간 보기(일식을 안전하게 관찰하기 위해 사용됨) 또는 종이에 이미지를 추적하기 위해 반투명 화면에 투사될 수 있습니다.그러나 핀홀 촬영에는 반투명 스크린 없이 핀홀 구멍 구멍과 반대쪽 표면에 사진 필름이나 사진 용지를 배치하는 경우가 많습니다.

핀홀 사진의 일반적인 용도는 오랜 시간 동안 태양의 움직임을 포착하는 것입니다.이런 종류의 사진을 일광절약이라고 한다.핀홀 촬영은 예술적인 이유뿐만 아니라 학생들이 사진의 기본을 배우고 실험할 수 있도록 교육적인 목적으로도 사용됩니다.

CCD(충전 결합 장치)가 있는 핀홀 카메라는 탐지하기 어렵기 때문에 감시에 사용되는 경우가 있습니다.

관련 카메라, 이미지 형성 장치 또는 그에 따른 개발에는 Franke의 와이드필드 핀홀 카메라, 핀스펙 카메라, 핀헤드 미러 등이 포함됩니다.

현대 제조는 디지털 카메라에 적용할 수 있는 고품질 핀홀[11] 렌즈를 생산할 수 있게 해 주었으며, 사진작가와 비디오작가가 카메라 옵스쿠라 효과를 달성할 수 있게 해 주었습니다.

핀홀 카메라 촬영의 특징

  • 핀홀 사진은 시야 깊이가 거의 무한하기 때문에 모든 것이 초점에 맞춰 보입니다.
  • 렌즈의 왜곡이 없기 때문에, 광각의 화상은 일직선으로 유지됩니다.
  • 노출 시간은 대개 길기 때문에 움직이는 물체 주위가 흐릿해지고 너무 빠르게 움직이는 물체가 없습니다.

핀홀 카메라에는 여러 개의 핀홀을 사용하여 이중 이미지를 촬영할 수 있는 기능이나 필름 평면을 구부려 원통형 또는 구형 투시 사진을 촬영할 수 있는 기능 등 다른 특수 기능이 내장될 수 있습니다.

건설

A pinhole camera made from an oatmeal container, wrapped in opaque plastic to prevent light leaks; a box of photographic paper; tongs and dishes for developing film; bottles of film developing chemicals
검은색 플라스틱으로 감싼 수제 핀홀 카메라(왼쪽) 및 관련 현상용품

핀홀 카메라는 특정 목적을 위해 사진작가가 직접 만들 수 있습니다.가장 간단한 형태에서 사진 핀홀 카메라는 한쪽 끝에 핀홀이 있는 감광 박스와 다른 한쪽 끝에 끼워지거나 테이프가 부착된 필름 또는 사진 용지로 구성될 수 있습니다.테이프 힌지가 달린 골판지 플랩을 셔터로 사용할 수 있다.핀홀은 은박지 조각이나 얇은 알루미늄 또는 황동 시트에 바느질 바늘이나 작은 직경의 비트를 사용하여 천공하거나 드릴로 천공할 수 있습니다.그리고 나서 이 조각은 상자를 잘라낸 구멍 뒤에 있는 빛으로 밀폐된 상자 안쪽에 테이프로 붙여집니다.원통형 오트밀 용기를 핀홀 카메라로 해도 좋다.

유효 핀홀 카메라의 내부는 사진 재료 또는 뷰잉 [12]스크린에 입사하는 빛이 반사되지 않도록 검은색입니다.

필름과 핀홀 사이의 거리를 조정할 수 있도록 슬라이딩 필름 홀더 또는 뒤로 핀홀 카메라를 구성할 수 있습니다.이를 통해 카메라의 화각과 카메라의 유효 f-stop 비율을 변경할 수 있습니다.필름을 핀홀 가까이 이동하면 시야가 넓어지고 노출 시간이 단축됩니다.필름을 핀홀로부터 더 멀리 이동하면 망원경 또는 협각 뷰가 생성되고 노출 시간이 길어집니다.

또, 종래의 카메라의 렌즈 어셈블리를 핀홀로 치환하는 것으로, 핀홀 카메라를 구성할 수도 있다.특히 렌즈와 포커스 어셈블리가 손상된 소형 35mm 카메라는 핀홀 카메라로 재사용할 수 있으며 셔터 및 필름 와인딩 메커니즘을 그대로 사용합니다.f-number가 크게 증가했기 때문에 동일한 노출 시간을 유지하면서 직사광선에서는 빠른 필름을 사용해야 한다.

SLR의 렌즈 대신 핀홀(홈메이드 또는 상용)을 사용할 수 있습니다.디지털 SLR과 함께 사용하면 시행착오에 의한 계측과 합성이 가능하며, 효과적으로 무료이기 때문에 핀홀 [13]촬영을 시도할 수 있는 인기 있는 방법입니다.

핀홀 크기 선택

어느 정도까지는, 구멍이 작을수록 화상은 선명하게 비쳐지지만, 투사 화상은 어두워집니다.최적의 경우 조리개 크기는 조리개와 투영된 이미지 사이의 거리의 1/100 이하여야 합니다.

한계 내에서 얇은 표면을 통과하는 작은 핀홀은 이미지 평면에서 투영된 혼동의 원이 핀홀과 실질적으로 동일하기 때문에 더 선명한 이미지 해상도를 얻을 수 있습니다.그러나 극히 작은 구멍은 빛의 [14]파동 특성 때문에 상당한 회절 효과와 덜 선명한 이미지를 생성할 수 있습니다.또한 구멍의 옆면이 90도 이외로 들어오는 빛을 방해하기 때문에 구멍의 지름이 구멍 뚫린 재료의 두께에 가까워질 때 비그네팅이 발생한다.

최적의 핀홀은 완전히 둥글고(불규칙이 고차 회절 효과를 일으키기 때문에) 매우 얇은 재료 조각에 있습니다.산업적으로 생산된 핀홀은 레이저 식각의 혜택을 받지만, 취미 생활자는 사진 작업을 위해 충분히 고품질의 핀홀을 제작할 수 있습니다.

최적의 핀홀 직경을 계산하는 방법은 1857년 Joseph Petzval에 의해 처음 발표되었습니다.영상 포인트의 가능한 가장 작은 직경, 따라서 가능한 가장 높은 영상 분해능 및 가장 선명한 영상이 다음과 같은 [15]경우에 제공됩니다.

(여기서 d는 핀홀 직경, f는 핀홀에서 이미지 평면까지의 거리 또는 "초점 길이"이며 θ는 빛의 파장입니다.)

이 문제에 파동 이론을 최초로 적용한 사람은 1891년 레일리 경이었다.하지만 부정확하고 자의적인 추리 때문에 그는 다음과 같은 결론을 [16]내렸습니다.

그래서 그의 최적의 핀홀은 페츠발보다 약 1/3 더 컸다.

정확한 최적치는 다음과 같은 위치에서 원형 개구부 뒤에 있는 회절 패턴의 프라운호퍼 근사치를 통해 찾을 수 있습니다.

이는 d . f f}}(d 및 f 단위가 밀리미터이고 θ = 550 nm = 0.00055 mm일 때, 황록에 해당)로 단축할 수 있습니다.

핀홀과 필름 사이의 거리가 1인치 또는 25.4mm인 경우, 이는 직경 0.185mm(185미크론)의 핀홀에 해당합니다.f = 50 mm의 경우 최적 직경은 0.259 mm입니다.


필드의 깊이는 기본적으로 무한하지만 광학적 흐림이 발생하지 않는 것은 아닙니다.시야 깊이가 무한하다는 것은 이미지가 물체의 거리가 아니라 조리개로부터 필름 평면까지의 거리, 조리개 크기, 광원의 파장, 피사체 또는 캔버스의 움직임과 같은 다른 요인에 의해 좌우된다는 것을 의미합니다.또한 핀홀 촬영은 헤지 현상을 피할 수 없습니다.

An example of a 20-minute exposure taken with a pinhole camera
핀홀 카메라로 촬영한 20분 노출의 예
A photograph taken with a pinhole camera using an exposure time of 2s
핀홀 카메라로 2초의 노광시간을 이용하여 촬영한 사진
핀홀 카메라의 해상도 한계를 초점거리(화상거리)의 함수로서 나타낸 그래프.

1970년대에 영은 핀홀[17] 직경의 함수로 핀홀 카메라의 해상도 한계를 측정했고 나중에 The Physical [18]Teacher에 튜토리얼을 실었다.부분적으로 다양한 직경과 초점거리를 가능하게 하기 위해 그는 두 개의 정규화된 변수를 정의했습니다. 즉, 핀홀 반지름을 분해능 한계로 나눈 값과 초점 거리를 s/θ로 나눈2 값입니다. 여기서 s는 핀홀 반지름이고 θ는 빛의 파장, 일반적으로 약 550 nm입니다.그의 결과는 그림에 표시되어 있다.

그래프 왼쪽에는 핀홀이 크고 기하학적 광학이 적용됩니다.해상도 한계는 핀홀 반지름의 약 1.5배입니다(스플리어스 해상도는 기하학적 광학 한계에도 표시됩니다).오른쪽은 핀홀이 작고 프라운호퍼 회절이 적용됩니다.해상도 한계는 그래프에 나타난 원거리장 회절식에 의해 주어지며 핀홀이 작아질수록 증가합니다.근접장 회절 영역(또는 프레넬 회절)에서 핀홀은 빛을 약간 집중시키며, 초점거리 f(핀홀과 필름 평면 사이의 거리)가 f2 = s/del만큼 주어지면 분해능 한계가 최소화된다.이 초점거리에서는 핀홀이 빛을 약간 집중시켜 분해능 한계는 핀홀 반경의 약 2/3이다.이 경우 핀홀은 단일 존이 있는 프레넬존 플레이트와 동일합니다.값 s/θ는2 어떤 의미에서 핀홀의 자연 초점 거리입니다.

f = s2/matrix의 관계는 최적의 핀홀 직경 d = 2µfθ이므로 실험값은 위의 Petzval의 추정치와 약간 다르다.

f-number 및 필수 노출 계산

신발상자로 만든 핀홀 카메라로 촬영된 소화전을 사진용지에 노출시켜 네거티브 이미지(상단)를 만듭니다.양성 영상(하단)은 음성 영상으로부터 디지털로 생성되었습니다.노출의 길이는 40초였다.이미지의 오른쪽 하단 모서리에 현저한 플레어가 있습니다.아마 카메라 박스에 외부 빛이 들어오기 때문일 수 있습니다.

카메라의 f-번호는 핀홀에서 영상 평면까지의 거리(초점 거리)를 핀홀 직경으로 나누어 계산할 수 있습니다.예를 들어 직경이 0.5mm이고 초점 거리가 50mm인 카메라는 f-숫자가 50/0.5 또는 100(기존 표기법으로는 f/100)입니다.

핀홀 카메라의 f-number가 크기 때문에 노출은 종종 상호 [19]실패에 직면합니다.노출 시간이 필름의 경우 약 1초 또는 용지의 경우 약 30초를 초과한 경우, 더 긴 노출을 사용하여 조명 강도에 대한 필름/용지의 선형 응답 고장을 보상해야 합니다.

현대의 감광 사진 필름에 투사되는 노출은 일반적으로 5초에서 최대 몇 시간까지이며, 작은 핀홀은 동일한 크기의 이미지를 생성하기 위해 더 긴 노출이 필요합니다.핀홀 카메라는 장시간 노출이 필요하기 때문에 핀홀을 덮고 여는 불투명한 소재로 만든 플랩과 같이 셔터를 수동으로 조작할 수 있습니다.

코드화된 개구부

주요 기사:코드화된 개구부

비초점 부호화-자세 광학계는 복수의 핀홀 카메라와 조합하여 생각할 수 있다.핀홀을 추가함으로써 광스루풋이 향상되어 감도가 향상된다.그러나 여러 개의 이미지가 형성되며, 일반적으로 컴퓨터 디콘볼루션(deconvolution)이 필요합니다.

핀홀 사진에 대한 현대의 관심

최근 몇 년간 Kickstarter 크라우드 펀딩 캠페인의 성공으로 인기의 부활이 뚜렷해졌다.나무로 만든[20] 카메라에서 DSLR과 MILC 디지털 카메라용으로 설계된 날렵한 렌즈인 Pinhole[11] Pro에 이르기까지 이 프로젝트들은 수십만 달러를 모으기 위해 수천 명의 열성적인 후원자들로부터 투자를 이끌어냈습니다.

자연 핀홀 현상

부분 일식의 복제 이미지.

핀홀 카메라 효과는 자연스럽게 발생할 수 있습니다.겹치는 나뭇잎 사이의 틈새로 형성된 작은 "핀홀"은 평평한 표면에 태양의 복제 이미지를 만들어 낼 것입니다.일식 동안, 이것은 부분 일식의 경우 작은 초승원을 생성하며, 고리 모양의 경우 중공 고리를 생성한다.

관찰

세계 핀홀 사진의 날은 매년 [21]4월 마지막 일요일에 기념됩니다.

이 기술을 사용하는 사진작가

「 」를 참조해 주세요.

대안
사진술
Ice Cream Dreams, by Chris Marchant.jpg

레퍼런스

  1. ^ "CS194-26: proj2". inst.eecs.berkeley.edu. Retrieved 2022-01-07.
  2. ^ "Camera Obscura: Ancestor of Modern Photography Encyclopedia.com". www.encyclopedia.com. Retrieved 2022-01-07.
  3. ^ Kirkpatrick, Larry D.; Francis, Gregory E. (2007). "Light". Physics: A World View (6 ed.). Belmont, California: Thomson Brooks/Cole. p. 339. ISBN 978-0-495-01088-3.
  4. ^ Plott, John C. (1984). Global History of Philosophy: The Period of scholasticism (part one). p. 460. ISBN 978-0-89581-678-8.
  5. ^ Zik, Yaakov; Hon, Giora (10 February 2019). "Claudius Ptolemy and Giambattista Della Porta: Two Contrasting Conceptions of Optics". arXiv:1902.03627 [physics.hist-ph].
  6. ^ "Nick's pinhole photography". idea.uwosh.edu. Retrieved 29 January 2018.
  7. ^ Ferguson, James (1764). Lectures on select subjects in mechanics, hydrostatics, pneumatics, and optics with the use of the globes, the art of dialing, and the calculation of the mean times of new and full moone and eclipses.
  8. ^ "Pinhole photography history". photo.net. Archived from the original on 2017-02-02. Retrieved 29 January 2018.
  9. ^ History of the kinetograph, kinetoscope, & kinetophonograph [by] W. K. L. Dickson and Antonia Dickson. Literature of cinema. Arno Press. 1970. hdl:2027/mdp.39015002595158. ISBN 9780405016110.
  10. ^ Timby, Kim (31 July 2015). 3D and Animated Lenticular Photography. ISBN 9783110448061.
  11. ^ a b "Pinhole Pro Lens by Thingyfy". 2018.
  12. ^ "How to Make and Use a Pinhole Camera". Archived from the original on 2016-03-05.
  13. ^ "V3 - digital transformation news, analysis and insight". v3.co.uk. Retrieved 18 October 2018.
  14. ^ Hecht, Eugene (1998). "5.7.6 The Camera". Optics (3rd ed.). ISBN 0-201-30425-2.
  15. ^ 페츠발, 요제프 막시밀리안(1857), "베리히트 über dioptrische Untersuchungen."Vortrag는 23을 토했다.줄리 1857; in: Sitzungsberichte der Kaiserlichen Akademie der Wissenschaften, mathisch-naturwissenschaftelice Classe, vol. XXVI, S.33-90
  16. ^ 레일리 경 R.S. (1891년), X."핀홀 사진", 인: 철학 매거진 시리즈 5, 제31권, 1891년 - 제189호, 페이지 87-99
  17. ^ Young, M. (1971). "Pinhole optics". Applied Optics. 10 (12): 2763–2767. Bibcode:1971ApOpt..10.2763Y. doi:10.1364/ao.10.002763. PMID 20111427.
  18. ^ Young, Matt (1989). "The pinhole camera: Imaging without lenses or mirrors". The Physics Teacher. 27 (9): 648–655. Bibcode:1989PhTea..27..648Y. doi:10.1119/1.2342908.
  19. ^ breslin, nancy a. "Nancy Breslin's pinhole camera exposure tips". www.nancybreslin.com. Retrieved 29 January 2018.
  20. ^ "Wooden pinhole camera by ONDU". 2015.
  21. ^ "Worldwide Pinhole Photography Day". pinholeday.org.

추가 정보

  • Eric Renner 핀홀 사진: 과거 기술에서 디지털 애플리케이션으로[ISBN missing]

외부 링크

Wikimedia Commons의 핀홀 카메라 관련 매체