Cámara estenopeica
Una cámara estenopeica es una cámara simple sin lente pero con una pequeña apertura (el llamado estenopeico), en realidad una caja a prueba de luz con un pequeño orificio. en un lado La luz de una escena pasa a través de la apertura y proyecta una imagen invertida en el lado opuesto de la caja, lo que se conoce como efecto de cámara oscura. El tamaño de las imágenes depende de la distancia entre el objeto y el agujero de alfiler.
Historia
Cámara oscura
La cámara oscura o imagen estenopeica es un fenómeno óptico natural. Las primeras descripciones conocidas se encuentran en los escritos chinos de Mozi (alrededor del 500 a. C.) y los Problemas aristotélicos (alrededor del 300 a. C. - 600 d. C.).
Ibn al-Haytham (965–1039), un físico árabe también conocido como Alhazen, describió el efecto de cámara oscura. A lo largo de los siglos, otros comenzaron a experimentar con él, principalmente en habitaciones oscuras con una pequeña abertura en las persianas, principalmente para estudiar la naturaleza de la luz y observar eclipses solares de manera segura.
Giambattista Della Porta escribió en 1558 en su Magia Naturalis sobre el uso de un espejo cóncavo para proyectar la imagen en papel y usarlo como ayuda para dibujar. Sin embargo, casi al mismo tiempo, se introdujo el uso de una lente en lugar de un agujero de alfiler. En el siglo XVII, la cámara oscura con lente se convirtió en una popular ayuda para dibujar que luego se convirtió en un dispositivo móvil, primero en una pequeña tienda de campaña y luego en una caja. La cámara fotográfica, tal como se desarrolló a principios del siglo XIX, era básicamente una adaptación de la cámara oscura tipo caja con lente.
El término "agujero de alfiler" en el contexto de la óptica se encontró en el libro de James Ferguson de 1764 Conferencias sobre temas selectos en mecánica, hidrostática, neumática y óptica.
Primera fotografía estenopeica
La primera descripción conocida de la fotografía estenopeica se encuentra en el libro de 1856 The Stereoscope del inventor escocés David Brewster, que incluye la descripción de la idea como "una cámara sin lentes y con solo un agujero de alfiler".
Sir William Crookes y William de Wiveleslie Abney fueron otros de los primeros fotógrafos que probaron la técnica estenopeica.
Experimentos de cine y fotografía integral
Según el inventor William Kennedy Dickson, los primeros experimentos dirigidos a imágenes en movimiento por parte de Thomas Edison y sus investigadores se llevaron a cabo alrededor de 1887 e involucraron "fotografías microscópicas puntiformes, colocadas en un caparazón cilíndrico". El tamaño del cilindro se correspondía con su cilindro de fonógrafo, ya que querían combinar las imágenes en movimiento con grabaciones de sonido. Surgieron problemas al grabar imágenes claras "con una velocidad fenomenal" y la "grosería" de la emulsión fotográfica cuando se ampliaron las imágenes. Las fotografías microscópicas de punta de alfiler pronto fueron abandonadas. En 1893, finalmente se introdujo el kinetoscopio con imágenes en movimiento en tiras de película de celuloide. La cámara que grababa las imágenes, bautizada como Kinetograph, estaba equipada con una lente.
Eugène Estanave experimentó con la fotografía integral, exponiendo un resultado en 1925 y publicando sus hallazgos en La Nature. Después de 1930 optó por continuar sus experimentos con agujeros de alfiler en sustitución de la pantalla lenticular.
Uso
La imagen de una cámara estenopeica se puede proyectar en una pantalla translúcida para una visualización en tiempo real (utilizada para la observación segura de eclipses solares) o para trazar la imagen en papel. Pero se usa más a menudo sin una pantalla translúcida para fotografía estenopeica con película fotográfica o papel fotográfico colocado en la superficie opuesta a la apertura estenopeica.
Un uso común de la fotografía estenopeica es capturar el movimiento del sol durante un largo período de tiempo. Este tipo de fotografía se llama solarigrafía. La fotografía estenopeica se utiliza por razones artísticas, pero también con fines educativos para que los alumnos aprendan y experimenten con los conceptos básicos de la fotografía.
Las cámaras estenopeicas con CCD (dispositivos acoplados por carga) a veces se utilizan para la vigilancia porque son difíciles de detectar.
Las cámaras relacionadas, los dispositivos de formación de imágenes o los desarrollos a partir de ellos incluyen la cámara estenopeica de campo amplio de Franke, la cámara estenopeica y el espejo de cabeza de alfiler.
La fabricación moderna ha permitido la producción de lentes estenopeicas de alta calidad que se pueden aplicar a las cámaras digitales; permitiendo a los fotógrafos y videógrafos lograr el efecto de cámara oscura.
Características de la fotografía con cámara estenopeica
- Como las fotografías de pinhole tienen casi infinita profundidad de campo, todo aparece enfocándose.
- Como no hay distorsión de lentes, las imágenes de gran angular permanecen absolutamente rectilíneas.
- Los tiempos de exposición son generalmente largos, resultando en movimiento borroso alrededor de objetos móviles y la ausencia de objetos que se movieron demasiado rápido.
Se pueden incorporar otras funciones especiales en las cámaras estenopeicas, como la capacidad de tomar imágenes dobles mediante el uso de múltiples orificios, o la capacidad de tomar fotografías en perspectiva cilíndrica o esférica curvando el plano de la película.
Construcción
Las cámaras estenopeicas pueden ser hechas a mano por el fotógrafo para un propósito particular. En su forma más simple, la cámara fotográfica estenopeica puede consistir en una caja hermética a la luz con un orificio en un extremo y un trozo de película o papel fotográfico encajado o pegado con cinta adhesiva en el otro extremo. Una solapa de cartón con una bisagra de cinta se puede utilizar como contraventana. El agujero de alfiler se puede perforar con una aguja de coser o una broca de diámetro pequeño a través de un trozo de papel de aluminio o una hoja delgada de aluminio o latón. Luego, esta pieza se pega con cinta adhesiva al interior de la caja hermética a la luz detrás de un orificio cortado a través de la caja. Un recipiente cilíndrico de harina de avena se puede convertir en una cámara estenopeica.
El interior de una cámara estenopeica eficaz es negro para evitar cualquier reflejo de la luz que entra en el material fotográfico o en la pantalla de visualización.
Las cámaras estenopeicas se pueden construir con un soporte de película deslizante o una parte trasera para que se pueda ajustar la distancia entre la película y el agujero de alfiler. Esto permite cambiar el ángulo de visión de la cámara y también la relación f-stop efectiva de la cámara. Mover la película más cerca del agujero de alfiler dará como resultado un campo de visión de gran angular y un tiempo de exposición más corto. Mover la película más lejos del agujero de alfiler dará como resultado una vista de teleobjetivo o de ángulo estrecho y un tiempo de exposición más largo.
Las cámaras estenopeicas también se pueden construir reemplazando el conjunto de la lente en una cámara convencional con una cámara estenopeica. En particular, las cámaras compactas de 35 mm cuya lente y conjunto de enfoque se hayan dañado se pueden reutilizar como cámaras estenopeicas, manteniendo el uso del obturador y los mecanismos de bobinado de la película. Como resultado del enorme aumento en el número f, mientras se mantiene el mismo tiempo de exposición, se debe usar una película rápida bajo la luz directa del sol.
Se pueden usar agujeros de alfiler (caseros o comerciales) en lugar de la lente en una SLR. El uso con una SLR digital permite medir y componer por prueba y error, y es efectivamente gratuito, por lo que es una forma popular de probar la fotografía estenopeica.
Selección del tamaño del agujero de alfiler
Hasta cierto punto, cuanto más pequeño es el agujero, más nítida es la imagen, pero más tenue la imagen proyectada. De manera óptima, el tamaño de la apertura debe ser 1/100 o menos de la distancia entre esta y la imagen proyectada.
Dentro de ciertos límites, un pequeño agujero de alfiler a través de una superficie delgada dará como resultado una resolución de imagen más nítida porque el círculo de confusión proyectado en el plano de la imagen es prácticamente del mismo tamaño que el agujero de alfiler. Sin embargo, un agujero extremadamente pequeño puede producir efectos de difracción significativos y una imagen menos clara debido a las propiedades de onda de la luz. Además, el viñeteado se produce cuando el diámetro del orificio se acerca al grosor del material en el que se perfora, porque los lados del orificio obstruyen la entrada de luz a cualquier ángulo que no sea 90 grados.
El mejor agujero de alfiler es perfectamente redondo (ya que las irregularidades provocan efectos de difracción de orden superior) y en una pieza de material extremadamente delgada. Los agujeros de alfiler producidos industrialmente se benefician del grabado con láser, pero un aficionado aún puede producir agujeros de alfiler de calidad suficientemente alta para trabajos fotográficos.
Joseph Petzval publicó por primera vez un método para calcular el diámetro óptimo del agujero de alfiler en 1857. El diámetro más pequeño posible del punto de la imagen y, por lo tanto, la resolución de imagen más alta posible y la imagen más nítida se dan cuando:
- d=2fλ λ =1.41fλ λ {displaystyle d={sqrt {2}{sqrt {flambda #=1.41{sqrt {flambda }
(Donde d es el diámetro del agujero de alfiler, f es la distancia desde el agujero de alfiler al plano de la imagen o "longitud focal" y λ es la longitud de onda de la luz).
El primero en aplicar la teoría ondulatoria al problema fue Lord Rayleigh en 1891. Pero debido a algunas deducciones incorrectas y arbitrarias llegó a:
- d=2fλ λ {displaystyle d=2{sqrt {flambda }
Así que su agujero de alfiler óptimo era aproximadamente 1/3 más grande que el de Petzval.
El óptimo correcto se puede encontrar con la aproximación de Fraunhofer del patrón de difracción detrás de una apertura circular en:
- d=2.44fλ λ =1.562fλ λ {fnMicrosoft} {f} {f}} {ff}} {f}} {f}}}} {f}}}}} {sqrt {ff #=1.562{sqrt {flambda }
Esto puede reducirse a: d=0,0366f{displaystyle d=0.0366{sqrt {f}} (Cuando d y f en milímetros y λ = 550 nm = 0.00055 mm, correspondiente a verde amarillo).
Para una distancia entre el agujero de alfiler y la película de 1 pulgada o 25,4 mm, esto equivale a un agujero de alfiler de 0,185 mm (185 micras) de diámetro. Para f= 50 mm el diámetro óptimo es 0,259 mm.
La profundidad de campo es básicamente infinita, pero esto no significa que no se produzca desenfoque óptico. La profundidad de campo infinita significa que el desenfoque de la imagen no depende de la distancia del objeto sino de otros factores, como la distancia desde la apertura hasta el plano de la película, el tamaño de la apertura, las longitudes de onda de la fuente de luz y el movimiento del sujeto. o lona. Además, la fotografía estenopeica no puede evitar los efectos de la neblina.
En la década de 1970, Young midió el límite de resolución de la cámara estenopeica en función del diámetro del orificio y luego publicó un tutorial en The Physics Teacher. En parte para permitir una variedad de diámetros y distancias focales, definió dos variables normalizadas: límite de resolución dividido por el radio del agujero de alfiler y distancia focal dividida por la cantidad s2/λ, donde s es el radio del agujero de alfiler y λ es la longitud de onda de la luz, normalmente alrededor de 550 nm. Sus resultados se representan en la figura.
En el lado izquierdo del gráfico, el agujero de alfiler es grande y se aplica la óptica geométrica; el límite de resolución es aproximadamente 1,5 veces el radio del agujero de alfiler. (La resolución espuria también se ve en el límite de la óptica geométrica). En el lado derecho, el agujero de alfiler es pequeño y se aplica la difracción de Fraunhofer; el límite de resolución está dado por la fórmula de difracción de campo lejano que se muestra en el gráfico y ahora aumenta a medida que el agujero de alfiler se hace más pequeño. En esta fórmula se utiliza el radio del pinhole en lugar de su diámetro, por eso la constante es 0,61 en lugar de la más habitual 1,22. En la región de difracción de campo cercano (o difracción de Fresnel), el agujero de alfiler enfoca la luz ligeramente y el límite de resolución se minimiza cuando la distancia focal f (la distancia entre el agujero de alfiler y el plano de la película) viene dado por f = s2/λ. A esta distancia focal, el agujero de alfiler enfoca la luz ligeramente y el límite de resolución es aproximadamente 2/3 del radio del agujero de alfiler. El pinhole, en este caso, es equivalente a una placa de zona de Fresnel con una sola zona. El valor s2/λ es, en cierto sentido, la longitud focal natural del agujero de alfiler.
La relación f = s2/λ produce un diámetro de agujero de alfiler óptimo d = 2√fλ, por lo que el valor experimental difiere ligeramente de la estimación de Petzval, arriba.
Cálculo del número f y exposición requerida
El número f de la cámara se puede calcular dividiendo la distancia desde el agujero de alfiler hasta el plano de la imagen (la distancia focal) por el diámetro del agujero de alfiler. Por ejemplo, una cámara con un orificio de 0,5 mm de diámetro y una distancia focal de 50 mm tendría un número f de 50/0,5 o 100 (f/100 en notación convencional).
Debido al gran número f de una cámara estenopeica, las exposiciones a menudo encontrarán fallas de reciprocidad. Una vez que el tiempo de exposición ha excedido aproximadamente 1 segundo para la película o 30 segundos para el papel, se debe compensar la falla en la respuesta lineal de la película/papel a la intensidad de la iluminación usando exposiciones más largas.
Las exposiciones proyectadas en películas fotográficas sensibles a la luz modernas pueden oscilar entre cinco segundos y varias horas, y los orificios más pequeños requieren exposiciones más largas para producir una imagen del mismo tamaño. Debido a que una cámara estenopeica requiere una exposición prolongada, su obturador puede operarse manualmente, como con una aleta hecha de material opaco para cubrir y descubrir el orificio.
Aberturas codificadas
Un sistema óptico de apertura codificada sin enfoque puede considerarse como varias cámaras estenopeicas en conjunto. Al agregar agujeros de alfiler, se incrementa el rendimiento de la luz y, por lo tanto, la sensibilidad. Sin embargo, se forman múltiples imágenes, lo que generalmente requiere desconvolución por computadora.
Interés moderno
El resurgimiento de la popularidad se ha hecho evidente en los últimos años con el éxito de las campañas de crowdfunding de Kickstarter que ofrecen una gama de productos de fotografía estenopeica. Los proyectos han incluido una cámara hecha de madera y la Pinhole Pro, una lente diseñada para cámaras digitales DSLR y MILC.
Fenómeno natural del agujero de alfiler
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Un efecto de cámara estenopeica a veces puede ocurrir de forma natural. Pequeños "agujeros" formado por los espacios entre las hojas de los árboles superpuestas creará imágenes de réplica del sol en superficies planas. Durante un eclipse, esto produce pequeñas medias lunas en el caso de un eclipse parcial, o anillos huecos en el caso de un eclipse anular.
Observación
El Día Mundial de la Fotografía Estenopeica se celebra el último domingo de abril de cada año.
Fotógrafos que utilizan la técnica
- Billy Childish
- George Davison
- Barbara Ess
- Wolf Howard
- Steven Pippin
- Jesse Richards