Фотография-обскура: расчет диаметра отверстия-обскуры, преобразование времени экспозиции и диапазон поля изображения.

1. Физическая природа и геометрические оптические границы получения изображений обскуры.

Фотография-обскура полностью отказывается от всех сложных и толстых стеклянных линз и полагается только на старейший принцип линейного распространения света в геометрической оптике для получения изображений:

1. Нелогичная оптическая бесконечная глубина резкости:

• Поскольку нет преломляющей линзы для фокусировки, свет проходит непосредственно через крошечное отверстие и проецируется на светочувствительную пленку;
• Камеры-обскуры не имеют физического фокусного расстояния и механизма фокусировки! От объекта, расположенного на расстоянии 1 сантиметра от точечного отверстия, до далекой галактики, находящейся на расстоянии десятков миллионов километров, вся панорама имеет абсолютно одинаковую резкость фокуса.

2. Дилемма: геометрическая дисперсия против оптической дифракции:

• Отверстие слишком толстое (например, 2 мм): геометрическое световое пятно слишком велико, свет сильно перекрывается, а изображение размыто, как на большом матовом стекле;
• Отверстие слишком тонкое (например, 0,05 мм): согласно волновой теории света, световые волны подвергаются сильной дифракции Фраунгофера на краях очень маленьких отверстий. Свет рассеивается и рассеивается, а картинка еще и сильно размыта, а время выдержки достигает нескольких часов.

2. Формула расчета оптимального диаметра точечного отверстия по критерию Рэлея (оптимум Рэлея)

Физик Джон Уильям Стрэтт (третий барон Рэлей) дал математическую формулу оптимальной апертуры, учитывающую геометрическую четкость и минимальную дифракцию:
$$D = c \times \sqrt{\lambda \times f}$$
Среди них:

• $D$: оптимальный диаметр отверстия (мм мм);
• $f$: физическое расстояние от точечного отверстия до светочувствительной пленки (эквивалентное фокусное расстояние, мм);
• $\lambda$: центральная длина волны видимого света (обычно желто-зеленый свет $\lambda\approx 0,00055 \text{ мм}$, то есть 550 нм);
• $c$: постоянная константа (обычно $c \около 1,9$, рекомендованная лордом Рэлеем, или $1,41$, рекомендованная Петцвалем).

Таблица быстрого поиска оптимальных диаметров точечных отверстий для распространенных фокусных расстояний:

• Сверхширокоугольный конец (фокусное расстояние 35 мм): оптимальный диаметр точечного отверстия составляет 0,26 мм; значение диафрагмы составляет примерно f/135.
• Стандартный конец (фокусное расстояние 50 мм): оптимальный диаметр точечного отверстия составляет 0,31 мм; значение диафрагмы составляет примерно f/160.
• Телефото (фокусное расстояние 100 мм): оптимальный диаметр точечного отверстия составляет 0,44 мм; значение диафрагмы составляет примерно f/227.

3. Сверхточные лазерные отверстия ручной работы (метод шлифования латунного листа)

Обычные швейные иглы пробивают отверстия в банках из-под кока-колы, при этом стенки отверстий будут иметь заусенцы и густые тени, что приводит к появлению черных краев и сильному рассеиванию:

1. Выбор материала (ультратонкий лист меди/латуни толщиной 0,05 мм):

• Чем тоньше, тем лучше, чтобы отверстие не превратилось в «микротрубку» и не блокировало наклонный свет с края.

2. Метод вращения швейной иглы и гравировки:

• Положите тонкий медный лист на твердую доску;
• Используйте самую тонкую иглу для насекомых № 00 или очень тонкую швейную иглу, прижмите ее вертикально к центру медной детали, осторожно поверните корпус иглы обеими руками и выдавите небольшую выпуклость на задней части медной детали;
• Переверните медный лист и используйте сверхтонкую водостойкую наждачную бумагу с размером ячеек 1500–2000 меш, чтобы отшлифовать выступающие участки по горизонтали, чтобы сделать медный лист тоньше;
• Аккуратно поверните кончик иглы еще раз, чтобы проникнуть в медь.

3. Устранение заусенцев и оптического почернения:

• Проверьте под мощной лупой или микроскопом: отверстие должно иметь идеальную округлость без каких-либо металлических заусенцев по краю;
• Используйте спички, чтобы закоптить или распылить матовую жаростойкую матовую черную краску, чтобы зачернить медные отверстия, чтобы полностью устранить блики на металлической поверхности.

4. Расчет экспозиции при сверхмалой диафрагме f/200 и компенсация сбоя в законе взаимности

Поскольку диафрагма-обскура обычно составляет f/180 или f/250, ее невозможно измерить никаким встроенным автоматическим экспонометром:

1. Основной метод преобразования (преобразование f/22 в f/180 с помощью экспонометра):

• Сначала с помощью обычной цифровой камеры или портативного люксметра измерьте время затвора, необходимое для диафрагмы f/22 при ISO 100 (например, f/22 соответствует 1/4 секунды при солнечном дневном свете).
• Переход от f/22 к f/180 занимает полные 6 ступеней EV ($2^6 = 64$ раза).
• Теоретическое время воздействия точечного отверстия: $1/4 \text{с} \times 64 = 16 \text{ секунд}$.

2. Нарушение взаимности при длительной выдержке наложенной пленки:

• Эмульсионная эффективность пленки резко падает при чрезвычайно медленной выдержке более 1 секунды, и необходимо добавить большую экспокоррекцию!
• На примере обычной пленки Kodak Tri-X 400:
• Теоретическое время расчета 16 секунд $\to$ фактическая экспозиция должна составлять от 45 до 60 секунд!

3. Визуальная поэзия готового фильма:

• Чрезвычайно длинная выдержка превращает покачивающиеся на ветру деревья в дымку, а бурную толпу полностью стирает в небытие, оставляя только вечно неподвижные здания и мягкий и мечтательный сюрреалистический свет и тень, источающие оригинальное очарование классической фотографии XIX века.

---