Cyfrowa fotografia otworkowa

Camera obscura

Powstanie fotografii poprzedził rozwój dwóch nauk - optyki i chemii. Chemia fotograficzna to wiek XIX i XX. Pierwsze spisane ślady związane z używaniem urządzeń do rzutowania obrazu otaczającego świata pochodzą z …IX wieku i dotyczą przyrządu, który nosi magiczną nazwę '''Camera Obscura'''.

Czym jest Camera Obscura? Tłumaczenie łacińskiej nazwy to ciemne pomieszczenie (dziś częściej pudełko). Przez niewielki otwór w jednej ze ścian pomieszczenia wpada do środka światło. Otwór, ze względu na swoje rozmiary jest „separatorem promieni światła”, promienie biegnące z różnych kierunków padają na przeciwległą do otworu ścianę w różnych miejscach, tworząc na owej ścianie odwrócony obraz rzeczywistości.

Pierwsze opisy stosowania camery obscura dotyczą obserwacji astronomicznych. W późniejszym czasie używano camery obscura do rzutowania widoków na płótno malarskie oraz jako atrakcji turystycznej. Do dziś zachowały się w Europie (także w Polsce) budynki, które były ogromnymi kamerami otworkowymi. Hehe, taki dzisiejszy IMAX :-)

Klasyczne aparaty fotograficzne powstały przez rozwinięcie idei camery obscura, kiedy dziurkę zastąpiono obiektywem. W XX wieku camera obscura stała się ekstrawagancką techniką fotograficzną. Dziś otworkowce robi się z pudełek po butach, puszek coli, dostępne są też ekskluzywne skrzyneczki z rzadkich gatunków drewna, z ceną idącą w tysiące złotych.

Skoro można robić zdjęcia otworkowe puszką po piwie, dlaczego nie cyfrowym aparatem fotograficznym? Jak się przekonasz za chwilę, oczywiście, cyfrakiem też można robić takie zdjęcia.

Szczypta fizyki

Do wykonania cyfrowego aparatu otworkowego przyda się odrobina wiedzy technicznej. Kilka akapitów wcześniej opisałem mniej więcej zasadę działania otworkowca. Dziurka jest niewątpliwie „tańszym” rozwiązaniem od obiektywu, dlaczego więc obiektyw wyparł dziurki?

• Otworek jest separatorem promieni świetlnych. Im mniejszy otworek, tym większa rozdzielczość powstającego obrazu, lepsza separacja promieni światła, mniejszy krążek rozproszenia.
• Im mniejszy otworek, tym mniej światła wpada do wnętrza przyrządu, materiał światłoczuły musi być czulszy, lub czas ekspozycji dłuższy.
• Pomijając problem malejącej ilości światła, nie można w nieskończoność pomniejszać otworka by zwiększać ostrość obrazu. Uginanie się światła na krawędziach przeszkód (dyfrakcja) ma poważny wpływ na jakość obrazu Camery obscura. Przy bardzo małych rozmiarach otworka (średnica równa długości fali świetlnej) dyfrakcja staje się znaczącym czynnikiem obniżającym ostrość.

Na początku XX wieku lord Rayleigh stworzył równanie opisujące optymalny otwór kamery otworkowej.
d= 1,9*SQRT(F*l)
gdzie:
d - średnica otworka
F - ogniskowa
l - długość fali świetlnej (dla koloru zielonego 0,00055mm)

Oto przykładowe wyniki obliczeń średnicy otworka dla ogniskowej 35 mm
niebieski0,22mmzielony0,26mmczerwony0,29mm

Jak widać, dla różnych długości fali światła średnica optymalnego otworu jest różna, co jest przyczyną delikatnej nieostrości wszystkich zdjęć otworkowych.

Pinhole Designer

Kiedy znamy średnicę otworka, warto poznać jasność takiego obiektywu. Oczywiście można zagłębiać się dalej w matematykę, można też pójść na skróty. Fanatycy fotografii otworkowej umieszczają w wielu miejscach sieci kalkulatory ułatwiające obliczenia. Jeden z nich znajduje się tu: http://www.mrpinhole.com/zp.php

Ja preferuję program naszych braci Czechów, wspierający zabawę z otworkami – Piniole Designer – do pobrania ze strony http://www.pinhole.cz/en/pinholedesigner/. Projektowanie dziurki w tym programie jest niezwykle proste.

W polu „Focal length” (kropka B) wprowadzam ogniskową obiektywu. Dla przypadku prezentowanego na rysunku wybrałem ogniskową 44 mm – za chwilę wyjaśnię dlaczego właśnie tyle.
Pole „Optimal piniole for given focal length” (kropka E) przyjmuje wartość optymalnej dziurki.
Z pola oznaczonego kropką E wartość 0,296 mm przepisuję do pola „Piniole diameter” (kropka A), a kalkulator wylicza wartość przysłony „f number” (kropka F) i mnożnik dla przysłony f/22 „Exposure factor for f22” (kropka G).
Dla ogniskowej 44 mm i średnicy dziurki 0,296mm przysłona obiektywu wyniesie f/149. „Exposure factor” wskazuje ile razy muszę pomnożyć czas ekspozycji wyznaczony dla przysłony f/22, by ekspozycja tym obiektywem otworkowym była poprawna.

Bagnet bagnetowi nierówny

Ogniskowa obiektywu otworkowego ma znaczenie identyczne jak w przypadku obiektywów szklanych. Im dłuższa ogniskowa, tym węższy kąt widzenia obiektywu. Umieszczenie otworka 50 mm przed matrycą da obraz bardzo podobny do tego, co zobaczymy używając obiektywu szklanego o tej samej ogniskowej.

„Dziurkę” trzeba zamontować przed matrycą światłoczułą. W przypadku dSLRa ograniczeniem jest głębokość bagnetu. Nie da się umieścić obiektywu otworkowego bliżej matrycy niż pozwala na to odległość od materiału światłoczułego do brzegu bagnetu. Nawet, gdyby wykombinować, jak zamocować obiektyw wewnątrz otworu bagnetu, zamykające się lustro popsuje nam obiektyw, bądź samo się zniszczy w wyniku takiego uderzenia.

Różne bagnety charakteryzują różne odległości od płaszczyzny obrazowej. W tabelce poniżej prezentuję wartości dotyczące najpopularniejszych odmian.

Moja pierwsza dziurka

Od dziurki zależy jakość uzyskiwanego obrazu. W poradnikach, które czytałem dużo miejsca poświęca się opisowi prawidłowego wykonania otworka. Krawędzie musza być gładkie, otwór jak najdoskonalszy. Sposobów na porządne dziurkowanie jest wiele. Od mosiężnej blaszki kłutej igłą grawerską po wypalanie dziurki laserem. Ogólnie - dużo dłubaniny.

Z wycieczki do marketu budowlanego wróciłem bogatszy o samoprzylepną taśmę aluminiową (do uszczelniania kominów) i blachę miedzianą. Mój pierwszy plan był zupełnie standardowy – zrobić dziurkę w blaszce, a tę montować do korpusu metalową taśmą samoprzylepną.

Zadanie okazało się nietrywialnie. Dziurki wychodziły mi za duże, kulawe. Zniechęcony spróbowałem dziurawić szpilką taśmę aluminiową, naklejoną na bagnet. Wow! Udało mi się zrobić pierwsze zdjęcia otworkowe!

Podkręcanie ostrości

Czytając o obiektywach Zone plate (płytka strefowa), o technice ich wykonania, wpadłem na pomysł jak ominąć problem fizycznego rżnięcia dokładnej dziurki. W poligrafii stosuje się laserowe naświetlarki filmu. Współczesne urządzenia tego typu są w stanie naświetlać arkusze filmu z rozdzielczością 4000 DPI i więcej. Przy tej rozdzielczości na jeden milimetr przypada około 160 pikseli. Koło o średnicy 0,296mm ma bok o długości 47 pikseli. Kółko wpisane w kwadrat o podstawie 47 pikseli jest przyzwoicie gładkie. Gładsze od dziurek, jakie potrafiłem wykroić samodzielnie w blaszce.

Naświetlenie arkusza A4 filmu w rozdzielczości 4000 DPI to koszt kilkunastu złotych. Na arkusiku tej wielkości można przygotować kilkadziesiąt „obiektywów”.

Przygotowalnię offsetową, oferującą usługę naświetlania na filmie znajdziecie w każdym większym mieście w Polsce. W Łodzi jest takich punktów kilkanaście. Do naświetlania dostarczam plik Postscript lub PDF wykonany w wektorowym programie Adobe Illustrator w skali 1:1.

Mocowanie

Jeszcze przed wymyśleniem obiektywów „kliszowych”, dumałem nad sposobem mocowania metalowych blaszek do aparatu. W środku dekielka, który wkręca się w bagnet zamiast obiektywu, wywierciłem centralnie otwór o średnicy 10mm. Na dziurawy dekielek miałem zamiar naklejać blaszki z dziurką. Ten sam patent nadawał się dla nowego rodzaju obiektywów.

Teraz wystarczyło zmierzyć wysokość dekielka, dodać do odległości bagnetu od pola obrazowego, by wyznaczyć odpowiednią średnicę otworka. Dla Olympusa E330 38,5 mm + 5,5 mm dało ogniskową 44mm. Dla takiej wartości wyznaczyłem otworek – średnica 0,296mm i naświetliłem pierwsze klisze-obiektywy eksperymentalne.

Kliszę dociąłem nożyczkami dopasowując do kształtu dekla i wkleiłem na środku, otrzymując wymienny obiektyw otworkowy do mojego aparatu.

Co się stało później?

Woooow! Ten obiektyw działa! Całkiem fajnie działa!

Efekty działania obiektywu z filmu fotograficznego okazały się całkiem interesujące.

Fotografowanie dziurką 0,296mm w pomieszczeniach jest dosyć uciążliwe. Na matówce nic nie widać, kadruje się „na wyczucie”. Czasy ekspozycji dla ISO 100 sięgają kilkudziesięciu sekund. Cyfra ma tę przewagę nad materiałami chemicznymi, że ekspozycję można regulować metodą prób i błędów. Warto wspomnieć, że światłomierz w E330 działał! Nieco się mylił, ale nie więcej jak o 1-2 EV ;-).

Po zabraniu aparatu ze statywem w plener, okazało się, że w słoneczny dzień widać nawet conieco w okularze, kadrowanie jest łatwiejsze. Czasy ekspozycji w słoneczny dzień też o wiele ciekawsze, od 1 do 8 sekund.

Kreatywnie

Różne rodzaje dziurek

Otworek nie musi być okrągły. Może być kwadratowy, trójkątny, owalny. Każda zmiana kształtu zmienia wygląd zdjęć. Świetne przykłady można znajeźć w artykule Ryszarda Wójcika na Fotopolis.

Umieszczając więcej jak jeden otwór w obiektywie, zyskujemy zwielokrotnienie obrazu na zdjęciu, przypominające nieco przedwojenne efekty specjalne w filmach.

Zoneplate (płytka sterfowa)

Specjalną odmianą obiektywu otworkowego jest wspomniany już wcześniej obiektyw strefowy. Obiektyw ten wykorzystuje wielkiego wroga otworkowców – dyfrakcję.

Zamiast pojedynczej dziurki, otworek jest zbudowany z powtarzających się pierścieni jasnych i ciemnych. Światło ugina się na krawędziach pierścieni, dzięki czemu uzyskano efekt soczewkowania.

Obiektywy strefowe są jaśniejsze od zwykłych dziurek. Dla ogniskowej 44 mm jasność obiektywu strefowego wynosi f/54, kiedy dla dziurki aż f/137. Ceną za jasność jest rozlanie światła z jasnych obszarów obrazu.

Pinhole Designer pozwala zaprojektować płytkę strefową i zapisać projekt do pliku PDF, który po drobnych poprawkach przeprowadzonych Adobe Ilustratorze nadaje się do naświetlenia 1:1/4000 dpi.

To jeszcze nie koniec

Tak wygląda podsumowanie ostatnich kilku miesięcy moich eksperymentów z cyfrowymi otworkami. Na dniach naświetlę większe skrawki filmu. Dzięki temu będę mógł zrezygnować z dekielka/pierścienia, naklejając otworek bezpośrednio na korpus. Ogniskowa 38 mm to jednak sporo mniej jak 44mm.

Linki

www.pinhole.cz - strona czeskich fanatyków fotografii otworkowej | http://www.fotopolis.pl/index.php?n=3527 artykuł wielkiego fachowca w dziedzinie fotografii otworkowej - Ryszarda Wójcika na Fotopolis