МОУ СОШ № 1 г.п.п. Чистые Боры Костромской области

1. МОУ СОШ № 1 г.п.п. Чистые Боры Костромской области ТЮФ ГСР Камера обскура и стеноп Выполнила: Белоусова С. 8 класс Руководитель: Кутузова С. Н.

2. Задача Исследуйте характеристики камеры -обскура и фотоаппарата-стенопа и найдите условия получения изображения оптимального качества «Комната, в которую вступил Иван Иванович, была совершенно темна, потому что ставни были закрыты; и солнечный луч, проходя в дыру, сделанную в ставне, принял радужный цвет и, ударяясь в противостоящую стену, рисовал на ней пёстрый ландшафт из очеретяных крыш, дерев и развешенного на дворе платья, всё только в обращённом виде. От этого всей комнате сообщался какой-то чудный полусвет.» Гоголь Н. В.

3. Камера - обскура • Происхождение термина (от лат.camera – комната и лат. obskura – тёмная) – тёмная комната, так как первые камеры-обскуры представляли собой затемнённые помещения или большие ящики с отверстием в одной из стен. • Простейшее устройство, позволяющее получить оптическое изображение объектов, светонепроницаемый ящик с отверстием диаметром 0,5 – 5 мм в одной из стенок и экраном (матовым стеклом или тонкой белой бумагой) на противоположной стенке. Лучи света, проходя через отверстие создают изображение на экране.

4. Они появились очень давно • Камеры-обскуры известны с с 5 века до н.э. Они упоминаются или описываются у китайского философа Ми Ти, Аристотеля, арабского физика и математика 10 века ибн Аль-Хайтама • Леонардо да Винчи, Йоганнес Цан, Ян Вермеер и другие художники иногда использовали камеру-обскуру для создания своих произведений – пейзажей, портретов, бытовых зарисовок Старинное изображение фотокамеры с отверстием. Она позволяет получить неискажённые фотографии при очень больших экспозициях

5. Наша камера - обскура • Мы сконструировали свою камеру из коробки. Внутренние стенки покрасили чёрной краской. В передней стенке сделали прокол булавкой диаметром и ширму, в задней стенке в вырез вставили матовое стекло. • Расстояние от отверстия до задней стенки равно 30см

6. Пробы … • Проведение экспериментов с этой камерой заставило нас убедиться в том, что она не обеспечивает высокой резкости изображения. • Мы попытались получить изображение свечи и получили его: перевёрнутое, действительное, при приближении свечи к отверстию – увеличенное, при удалении – уменьшенное.

7. Видимое, увы, невидимо … • На верхнем фото – изображение свечи уменьшенное, на нижнем – увеличенное • Увидеть глазами смогли, но на цифровом фото ничего не получилось - изображение пламени растворилось в блике отражённого от стекла света вспышки • А в соответствии с высказыванием Э. Золя «…нельзя утверждать, что вы видели что-то, пока вы не получили фотографию этого предмета.»

8. Реконструкция камеры • Стекло заменили промасленной бумагой и провели видеосъёмку изображения пламени свечи повторно

9. Характеристики камеры • Резкость изображения – достигается путём уменьшения диаметра отверстия. При сильном уменьшении сильно сказывается явление дифракции света, являющееся следствием его волновой природы. Дифракция приводит к размытию границ изображения, что ухудшает его качество. Обскура характеризуется бесконечно большой глубиной резко изображаемого пространства • Фокусное расстояние – для обскуры условно. За него принимают эквивалентное фокусное расстояние , равное расстоянию от отверстия до экрана – F. • Число диафрагмы – это отношение F/D, где D – диаметр отверстия • Экспозиция – это величина, характеризующая количество световой энергии, получаемой светочувствительным материалом при съёмке. Пусть Н – экспозиция, Е – освещённость экрана, t – время экспонирования (выдержка), тогда: Н = Е t Для более удалённых предметов выдержка должна быть меньше, а для более близких – больше.

10. Отверстие – линза • На круглом отверстии неизбежно возникает такое явление, как дифракция света. Именно она влияет на резкость и мягкость изображения. Поэтому важным моментом получения качественного изображения является диафрагмирование, т. е. подбор диаметра отверстия, «золотой середины», чтобы оно было ни мало, ни велико. • Введём для отверстия понятия, аналогичные тем, которые вводятся для идеальной линзы.

11. Схема хода лучей в отверстии

12. Фокусы круглого отверстия По теореме Пифагора: ( D/2)² = [ х +Δ) ² - х² или D²/4 = 2 Δ х + Δ² Величина Δ² мала по сравнению с остальными, ею можно пренебречь. Тогда х = D²/8 Δ (1) Согласно критерию Рэлея разность хода Δ не должна превышать четверти длины волны, то есть 0 ≤ Δ ≤ λ/4 Подставим Δ в формулу (1) и получим D²/2 λ ≤ х <∞ (2) Кроме множества точек (2), критерием Рэлея определяется и симметрично расположенное ему относительно центра отверстия множество точек - ∞ < х ≤ - D²/2 λ (3)

13. Отверстие имеет действительный и мнимый фокусы • Оба множества точек - это изображение бесконечно удалённого источника света, лежащего на главной оптической оси отверстия. Но такие точки принято называть фокусами системы. Таким образом, множества (2) и (3) и есть фокусы круглого отверстия! • Нам известно, что у собирающей линзы фокус действительный ,а у рассеивающей – мнимый. • Но как показывают выражения (2) и (3) отверстие имеет как действительный, так и мнимый фокусы. Следовательно, прорезанное в непрозрачном экране отверстие действует и как собирающая, и как рассеивающая линза. • Значит, для отверстия справедливы все формулы, выведенные для идеальной линзы, только вместо значения фокусного расстояния линзы нужно подставлять множество значений фокусных расстояний круглого отверстия.

14. Наш стеноп • Стеноп – это фотографический аппарат без объектива. Роль объектива выполняет отверстие. Изображения, получаемые с помощью таких камер, отличаются своеобразным мягким рисунком, идеальной перспективой и большой глубиной резкости. • Для своего стенопа мы воспользовались фотокамерой «Смена-8М», сняли объектив и закрыли отверстие фольгой. Затем произвели несколько съёмок пейзажа за окном, меняя диаметр отверстия и выдержку. • На верхнем снимке диаметр отверстия – 3 мм, на нижнем – 0,5 мм.

15. Итак, что влияет на качество изображения: • Верно подобранный для заданного расстояния от объекта съёмки до отверстия его диаметр • Выдержка - продолжительность пребывания отверстия открытым • Экспозиция – отношение между диаметром отверстия и его положением относительно светочувствительного элемента Тогда резкость изображения получится наибольшей, а, значит, качество снимка выполненного стенопом или картинки в камере-обскуре будут наилучшими.

16. Результаты эксперимента

18. Выводы

19. Литература