Camera obscura (sötétkamra): meghatározás, működés és történet

Camera obscura (sötétkamra): története, működése és meghatározása — fedezd fel a lyukkamera elvét, művészi és tudományos szerepét a fényképezés kialakulásában.

A camera obscura latinul "sötét kamrát" jelent. Így nevezték el azt az egyszerű eszközt, amelyet képek készítésére használtak, és amely a fényképezés feltalálásához vezetett. A mai fényképészeti eszközökre használt angol szó csupán ennek a névnek a rövidítése "camera"-ra.

A camera obscura a legalapvetőbb formájában egy egyszerű doboz (amely lehet szobaméretű), amelynek egyik oldalán egy kis lyuk van (a lyukkamera építésének részleteit lásd a pinhole camera című fejezetben). A jelenetnek csak egy részéből érkező fény áthatol a lyukon, és a hátsó fal egy meghatározott részére esik. (A vetítés készülhet papírra is, amelyre egy művész rá tudja másolni a képet.) Ahogy a lyuk kisebb lesz, a kép élesebb lesz, de a fényérzékenység csökken. Ezzel az egyszerű készülékkel a kép mindig fejjel lefelé áll. Tükrök alkalmazásával, mint a 18. századi felülnézeti változatban, szintén lehetséges a "jobbra fordított" kép kivetítése.

Működési elv

A camera obscura működése a fény egyenes vonalú terjedésén alapul. Egy világos tárgyról különböző irányokból érkező fénysugarak a doboz falán lévő kis nyíláson keresztül jutnak be, és keresztezik egymást, ezért a hátsó felületre vetülő kép fejjel lefelé és tükröződve jelenik meg. Ha a lyuk nagyon nagy, a képet több, egymást fedő fénysugár „elmoshatja”, ezért homályos lesz; ha túl kicsi, diffrakció miatt szintén csökken az élesség. A gyakorlatban ezért van optimális tartomány a lyuk átmérőjére (tipikusan néhány tized millimétertől ~1 mm-ig, a doboz/fókusztávolság függvényében).

Ha lencsét használunk a lyuk helyett, a fény összegyűjtése és fókuszálása sokkal hatékonyabb, így rövidebb expozíciós idővel és fényesebb, élesebb képeket kapunk — ez az elv alakult át később a modern kamerák optikájává.

Történeti áttekintés

• Korai megfigyelések: Az optikai jelenséget már az ókori görögök és kínaiak is felismerték, de tudományos leírását az arab tudósok, különösen Ibn al-Haytham (Alhazen, 11. sz.) adták meg, aki kísérletekkel és elméleti magyarázattal igazolta a kép keletkezésének módját.
• Reneszánsz és később: A 15–17. században a camera obscurát művészek használták perspektíva és pontos ábrázolás gyakorlására — többek között olyan nevekhez kötik, mint Leonardo da Vinci. A 16. századi Giambattista della Porta és más természettudósok is írtak róla.
• Fényképezés előfutára: A camera obscura alapelveire épültek a korai fényképezési kísérletek a 18–19. század fordulóján, amikor fényérzékeny anyagok alkalmazásával tartós képeket tudtak létrehozni.
• Népszerű épített változatok: A 18–19. században több városban — például Bathban — építettek nyilvános, tetőablakkal rendelkező camera obscura szobákat, amelyek turistalátványosságként szolgáltak.

Hogyan készítsünk egyszerű camera obscurát (lyukkamerát otthon)

• Szükséges eszközök: sötét doboz vagy papírdoboz, vékony fémfólia vagy kartonlap a lyukhoz, fehér vetítőfelület (papír), ragasztó, fekete festék/sötétített belső felület.
• Lépések röviden:
  1. Tegyük feketévé a doboz belsejét, hogy minimálisra csökkenjen a visszaverődés.
  2. A doboz egyik oldalán készítsünk egy apró lyukat (kezdetnek kb. 0,3–0,8 mm jó lehet, a doboz méretétől függően).
  3. Állítsuk a dobozt úgy, hogy a lyuk felé essen a kívánt jelenet fénye, a képet pedig a doboz belsejében lévő fehér felületre vetítve láthatjuk.
• Tippek: kísérletezzünk a lyuk méretével és a vetítőfelület távolságával; fényesebb környezetben élesebb és kontrasztosabb képet kapunk. Fotográfiához fényérzékeny papírt vagy digitális érzékelőt lehet használni megfelelően hosszú expozícióval.

Alkalmazások és jelentőség

• Művészet: Segített a perspektíva és a pontos kimutatás gyakorlásában, sok művész használta vázlatkészítéshez.
• Tudomány: Az optika történetében alapvető szerepe volt a fény viselkedésének megértésében, Alhazen munkája például a modern optika alapjait fektette le.
• Oktatás és demonstráció: Könnyen elkészíthető eszközként népszerű a fizikatanításban a fény és képalkotás szemléltetésére.
• Turisztika és szórakoztatás: Ma is találhatók nagyméretű camera obscurák múzeumokban és kilátókban, melyek élő, valós idejű panorámát vetítenek a belső felületre.

Gyakori tévhitek és biztonsági figyelmeztetések

• A camera obscura nem „varázslat”: az eredmény a fény fizikai tulajdonságaiból adódik, nem optikai illúzió.
• Ne nézzünk közvetlenül a napba a lyukon keresztül — ez károsíthatja a szemet. Ha napfény vetítését vizsgáljuk, használjunk megfelelő szűrőket, vagy csak a kivetített képet nézzük a belső felületen.
• A nagyon apró lyuknál diffrakció csökkentheti az élességet; a túl nagy lyuknál pedig a kép elmosódik — érdemes kísérletezni az optimális mérettel.

Összefoglalva, a camera obscura egyszerű, de rendkívül tanulságos eszköz: egyszerre művészeti segédeszköz, oktatási demonstráció és a modern fényképezés egyik fontos előzménye. Kis bonyodalommal otthon is elkészíthető, és továbbra is izgalmas betekintést ad a fény és képalkotás alapjaiba.

Felfedezés és eredet

A lyukkamera, a camera obscura elődjének, a lyukkamera alapelveinek első említése és felfedezése Mozi (i. e. 470 és i. e. 390 között) kínai filozófus és a mohizmus megalapítója nevéhez fűződik. Később Arisztotelész (Kr. e. 384-322) megértette a lyukkamera optikai elvét. Egy szita lyukain keresztül a földre vetített, részlegesen napfogyatkozásban lévő nap félhold alakját, illetve egy platánfa levelei közötti réseken keresztül nézte.

Az első camera obscurát később egy Abu Ali Al-Hasan Ibn al-Haytham nevű, Bászrában született iraki tudós (Kr. u. 965-1039) építette meg, akit nyugaton Alhacen vagy Alhazen néven ismertek, és aki az Optika könyve című művében gyakorlati kísérleteket végzett az optikával kapcsolatban.

Különböző kísérleteiben Ibn Al-Haitham az "al-Bayt al-Muẓlim" (arabul: البيت المظلم) kifejezést használta, amit magyarra sötét szobának fordítottak. A kísérletben, amelyet annak megállapítása érdekében végzett, hogy a fény időben és sebességgel terjed, a következőket mondja: "Ha a lyukat függönnyel fedték le, és a függönyt levették, a lyukból a szemközti falig terjedő fény időt fog fogyasztani". Ugyanezt a tapasztalatot ismételte meg, amikor megállapította, hogy a fény egyenes vonalban halad. A legleleplezőbb kísérlet, amely valóban bevezette a camera obscurát, a Nap napfogyatkozások alatti félhold alakú képének tanulmányozása volt, amelyet a szemközti falon figyelt meg egy kis lyukon, amelyet az ablak redőnyén készített. "A napfogyatkozás formájáról" (Maqālah fī Sura al-Kosūf) című híres esszéjében (arabul: مقالة في صورةالكسوف) így kommentálta megfigyelését: "A nap képe a napfogyatkozás idején, hacsak nem teljes a napfogyatkozás, azt mutatja, hogy amikor fénye egy keskeny, kerek lyukon áthalad, és a lyukkal szemben lévő síkba vetül, holdszúnyog formát vesz fel".

A napfényre vonatkozó kísérletében kiterjesztette a lyukon keresztül történő fénybehatolásra vonatkozó megfigyelését, és arra a következtetésre jutott, hogy amikor a napfény eléri és áthatol a lyukon, a lyuknál találkozó pontokon kúp alakot hoz létre, és később a sötét szobában a szemközti falon az elsővel ellentétes kúp alakot alkot. Ez akkor történik, amikor a napfény a "ﺍ" pontból addig oszlik el, amíg el nem éri a "ﺏﺤ" lyukat, és azon keresztül a "ﺩﻫ" világító ponton egy képernyőre vetül. Mivel a nyílás és a képernyő közötti távolság elhanyagolható a nyílás és a nap közötti távolsághoz képest, a napfény eltérésének a nyíláson való áthaladás után elhanyagolhatónak kell lennie. Más szóval, "ﺏﺤ" körülbelül egyenlőnek kell lennie "ﺩﻫ"-vel. Megfigyelhető azonban, hogy sokkal nagyobb "ﻙﻁ", amikor a "ﻙﻁ" végpontjait alkotó sugarak útját a fordított irányban követjük vissza, azt találjuk, hogy a nyílásokon kívüli ponton találkoznak, majd ismét eltérnek a Nap felé, ahogyan azt az 1. ábra mutatja. Ez volt valóban a Camera Obscura jelenség első pontos leírása.

Kamerával kifejezve, a fény a lyukon keresztül a szobába konvergál, és a vele szemben lévő tárgy(ak)at is átveszi. A tárgy teljes színben, de fejjel lefelé jelenik meg a sötét szobában a lyukkal szemben lévő vetítővásznon/falon. A magyarázat az, hogy a fény egyenes vonalban halad, és amikor a fényes tárgyról visszaverődő sugarak egy része áthalad a vékony anyagon lévő kis lyukon, nem szóródik, hanem kereszteződik, és fejjel lefelé álló képként alakul ki a lyukkal párhuzamosan tartott sima fehér felületen. Ib al-Haitham megállapította, hogy minél kisebb a lyuk, annál tisztább a kép.

Bár mind a lyukkamerát, mind a camera obscurát Ibn al-Haythamnak tulajdonítják, a camera obscurát először Arisztotelész írta le, aki a camera obscura analógiájára elsőként írta le, hogyan alakul ki a kép a szemen. Alhazen azt állítja (a latin fordításban), és a camera obscurával kapcsolatban: "Et nos non inventimus ita", nem mi találtuk fel.

Alhacen megfigyelései a fény lyukon keresztüli viselkedéséről

Kérdések és válaszok

K: Mi az a camera obscura?

K: Honnan származik a "camera obscura" kifejezés?

K: Hogyan működik a camera obscura?

K: A camera obscurában a vetített kép mindig fejjel lefelé áll?

K: Hogyan készíthet egy művész másolatot a camera obscurában vetített képről?

K: Lehetséges-e "jobbra fordított" képet vetíteni egy camera obscurában?

K: Mi a különbség a camera obscura és a lyukkamera között?

Keresés betűvel