Camera obscura (tumšā kamera): kas tā ir un kā darbojas

Uzzini Camera obscura (tumšā kamera) darbības principu, vēsturi un kā veidot pinhole kameru — noslēpumi, kas aiz fotogrāfijas pirmsākumiem.

Camera obscura latīņu valodā nozīmē “tumšā kamera”. Tas ir vienkāršs optisks ierīces princips — gaisma no ārpuses nonāk caur nelielu atveri tumšā telpā vai kastē un uz pretējās sienas veido reālu attēlu. Camera obscura ideja bija svarīgs solis, kas galu galā noveda pie fotogrāfija rašanās. Angļu vārds camera cēlies no tā paša latīņu vārda caur viduslaiku itāļu valodu un burtiski nozīmē “istaba, kambaris”.

Kā tas darbojas

Vienkāršākā camera obscura var būt pat istabas lieluma vai neliela kaste. Uz vienas puses ir maza caurumiņa — tikai tieši noteikta virsmas daļa caur to ļauj iekļūt gaismai. Katrs punktu laukums no ārpuses caur šo atveri projekcējas uz iekšējās sienas kā atsevišķs punkts, tāpēc kopumā veidojas kopējs attēls. Attēls vienmēr ir apgriezts otrādi (gandrīz 180° apgrieziens) — augšā kļūst apakša, labajā pusē kļūst kreisā.

Ja izmanto tikai caurumiņu (pinhole), attēla asums un spilgtums ir atkarīgs no atveres izmēra un attāluma līdz projekcijas virsmai:

• mazāks caurumiņš parāda asāku attēlu, bet tas būs tumšāks;
• lielāks caurumiņš palielina gaismas daudzumu un attēls kļūst spožāks, taču sāksies apjoma izplūde un attēls kļūs neskaidrs;
• ideālais cauruma izmērs ir kompromiss starp asumu un gaismas daudzumu — praktiski parasti lieto apmēram 0.2–0.6 mm atkarībā no attāluma starp caurumu un iekšējo ekrānu.

Ja vietā no caurumiem izmanto lēcu (konvexu stikla lēcu), liela gaismas daļa tiek savākta un rezultātā iegūst gaišāku un asāku attēlu. Lēca arī ļauj mainīt fokusēšanu — tāpēc modernās kameras izmanto lēcas sistēmas, kas balstās uz to pašu pamatprincipu kā camera obscura.

Vēsture un lietojumi

Camera obscura parādījās jau senās civilizācijās: par pinholla efekta novērojumiem rakstīja Aristotelis, vēlāk šo fenomenu pētīja Āzijas un Arābu mūsdienu zinātnieki (piem., Ibn al‑Haytham/Alhazen). Renesanses un baroka laikos to bieži izmantoja gleznotāji (pazīstami piemēri ir kādu meistaru studijas), lai precīzāk uzmērītu perspektīvu un līnijas, kā arī sabiedriskās izrādēs un izglītībā. 17.–18. gadsimtā radās arī portatīvās camera obscura kastes un teltis ar spoguļiem, kas ļāva projektēt attēlu pareizi uzlabotā formā vai uz horizontālas virsmas. Mūsdienās pastāv publiskas “camera obscura” izstādes un lieli istabas izmēra piemēri tūristu apmeklētām vietām.

Kā pagatavot vienkāršu pinhole kameru mājās

Vienkārša demonstrācijas kamera ir viegli izgatavojama:

• Materiāli: tumša kaste (piem., kurpju kaste), plāna metāla folija (vai alumīnija papīrs), adata vai ļoti smalka urbīte, melna matēta krāsa vai melns papīrs, caurspīdīgs papīra ekrāns (balts papīrs) un līmlente.
• Soļi: nokrāso kastes iekšpusi matēti melnu (lai samazinātu odziņas), uz viena gala izveido nelielu taisnstūrveida atveri un tās priekšā piesien plānu folijas gabalu, izveido mazu apaļu caurumiņu folijā ar adatu (mēģini nedurt caurumam neripinot malas), iebāz balto papīru pretējā kastes iekšējā sienā kā ekrānu. Slēdz kasti un novieto to tā, lai gaisma kritītu uz caurumiņu — iekšpusē parādīsies ārējā skata mazs, apgriezts attēls.
• Eksperimenti: maini attālumu starp caurumu un ekrānu, mēģini dažādus cauruma izmērus, vai aizvieto foliju ar nelielu lēcu, lai redzētu atšķirību.

Drošības piezīmes

Nekad neskatieties tieši caur caurumu uz Sauli — tas var sabojāt acu tīkleni. Ja izmantojat camera obscura, lai demonstrētu Saules projekciju (piemēram, aptumšošanas laikā), projicējiet Saules attēlu uz ekrāna un skaties tikai uz ekrānu, nevis tieši uz Sauli vai caur atveri.

Kopsavilkums

Camera obscura ir vienkāršs, bet spēcīgs optisks princips — tumšā telpā gaismas stari caur nelielu atveri veido reālu, apgrieztu attēlu. Tas deva pamatu gan glezniecības tehnikām, gan vēlākajai fotogrāfijas izveidei, un principu joprojām var viegli demonstrēt ar nelielu mājas izgatavotu pinhole kameru.

Atklājums un izcelsme

Pirmo reizi par pinhole kameras, kas ir camera obscura priekštece, principiem un to atklāšanu raksta ķīniešu filozofs un mohisma pamatlicējs Mozi (470-390 p.m.ē. pirms mūsu ēras). Vēlāk Aristotelis (384-322 p.m.ē.) saprata pinhole kameras optisko principu. Viņš caur caurumiem sietā un spraugām starp plakana koka lapām aplūkoja daļēji aptumsušās saules pusmēness formu, kas tika projicēta uz zemes.

Pirmo camera obscura vēlāk uzbūvēja irākiešu zinātnieks Abu Ali Al-Hasan Ibn al-Haytham, dzimis Basrā (965-1039 AD), Rietumos pazīstams kā Alhacen vai Alhazen, kurš savā "Optikas grāmatā" veica praktiskus eksperimentus optikas jomā.

Savos dažādos eksperimentos Ibn Al-Haitham izmantoja terminu "al-Bayt al-Muẓlim" (arābu: البيت المظلم), kas angļu valodā tiek tulkots kā tumša telpa. Eksperimentā, ko viņš veica, lai pierādītu, ka gaisma pārvietojas laikā un ar ātrumu, viņš saka: "Ja caurums bija aizklāts ar aizkaru un aizkars tika noņemts, gaisma, ceļojot no cauruma uz pretējo sienu, patērēs laiku." To pašu pieredzi viņš atkārtoja, kad konstatēja, ka gaisma pārvietojas pa taisnēm. Atklinošākais eksperiments, kas patiešām ieviesa camera obscura, bija pētījumi par saules attēla pusmēness formu aptumsumu laikā, ko viņš novēroja uz sienas pretī loga slēģos izveidotam nelielam caurumam. Savā slavenajā esejā "Par aptumsuma formu" (Maqālah fī Sura al-Kosūf) (arābu val: مقالة في صورةالكسوف) viņš komentēja savu novērojumu: "Saules attēls aptumsuma laikā, ja vien tas nav pilnīgs, parāda, ka, kad tās gaisma iziet cauri šauram, apaļam caurumam un tiek atstarota plaknē, kas atrodas pretī caurumam, tā iegūst mēness sikspārna formu.

Savā eksperimentā ar saules gaismu viņš paplašināja savus novērojumus par gaismas iekļūšanu caur caurumu, lai secinātu, ka, kad saules gaisma sasniedz un iekļūst caurumā, tā veido konusveida formu punktos, kas satiekas pie cauruma, vēlāk veidojot citu konusveida formu, kas ir pretēja pirmajai, uz pretējās sienas tumšā telpā. Tas notiek, kad saules gaisma no punkta "ﺍ" izkliedējas, līdz tā sasniedz caurumu "ﺏﺤ" un caur to tiek projicēta uz ekrāna gaismas punktā "ﺩﻫ". Tā kā attālums starp diafragmu un ekrānu ir nenozīmīgs salīdzinājumā ar attālumu starp diafragmu un sauli, saules gaismas novirzei pēc iziešanas caur diafragmu vajadzētu būt nenozīmīgai. Citiem vārdiem sakot, "ﺏﺤ" jābūt aptuveni vienādam ar "ﺩﻫ". Tomēr ir novērots, ka tas ir daudz lielāks par "ﻙﻁ", ja staru ceļus, kas veido "ﻙﻁ" galus, izseko atpakaļgaitā, tad konstatē, ka tie satiekas punktā ārpus apertūras un pēc tam atkal novirzās uz sauli, kā parādīts 1. attēlā. Tas patiešām bija pirmais precīzākais Camera Obscura fenomena apraksts.

Kameras izteiksmē gaisma caur caurumu ieplūst telpā, pārnesot gaismu uz priekšmetu(-iem), kas atrodas pret to. Objekts parādīsies pilnkrāsains, bet otrādi uz ekrāna/sienas, kas atrodas pretī caurumam tumšajā telpā. Skaidrojums ir tāds, ka gaisma pārvietojas taisnā līnijā, un, kad daži stari, kas atstaroti no spilgta objekta, iziet caur mazu caurumu plānā materiālā, tie nevis izkliedējas, bet gan krustojas un veidojas kā apvērsts attēls uz plakanas baltas virsmas, kas atrodas paralēli caurumam. Ib Al-Haithams konstatēja, ka, jo mazāks ir caurums, jo skaidrāks ir attēls.

Lai gan gan pinhole kamera, gan camera obscura tiek piedēvēta Ibn al-Hajtamam, camera obscura pirmo reizi tika aprakstīta Aristotelī, kurš pirmais aprakstīja, kā veidojas attēls uz acs, kā analogiju izmantojot camera obscura. Alhazens apgalvo (latīņu tulkojumā) un attiecībā uz camera obscura saka: "Et nos non inventimus ita", mēs to neizgudrojām.

Alhakena novērojumi par gaismas uzvedību caur caurulīti

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir camera obscura?

Q: Kāda ir termina "camera obscura" izcelsme?

J: Kā darbojas camera obscura?

Vai camera obscura kamerā projicētais attēls vienmēr ir apgriezts otrādi?

J: Kā mākslinieks var izveidot camera obscura projicētā attēla kopiju?

J: Vai ir iespējams camera obscura kamerā projicēt attēlu "labajā pusē uz augšu"?

J: Kāda ir atšķirība starp camera obscura un pinhole kameru?

Meklēt pēc burta