Camera obscura – pimeä kammio: valokuvauksen alku ja toiminta

Camera obscura – pimeä kammio: tutustu valokuvauksen juurille ja laitteen toimintaan; miten reikäkamera projisoi kuvan, terävöityminen ja historiallisen kehitys.

Camera obscura tarkoittaa latinaksi "pimeää kammiota". Se on nimitys yksinkertaiselle laitteelle, jolla tuotettiin kuvia, jotka johtivat valokuvauksen keksimiseen. Nykyisten valokuvauslaitteiden englanninkielinen sana on vain lyhennys tästä nimestä "camera".

Yksinkertaisimmillaan camera obscura on yksinkertainen laatikko (joka voi olla huoneen kokoinen), jonka toisessa sivussa on pieni reikä (katso lisätietoja kameran rakentamisesta kohdasta reikäkamera). Vain yhdestä kohdasta tuleva valo kulkee reiän läpi ja osuu tiettyyn takaseinän osaan. (Projektio voidaan tehdä paperille, jolle taiteilija voi kopioida kuvan.) Kun reikää pienennetään, kuva terävöityy, mutta valoherkkyys heikkenee. Tällä yksinkertaisella laitteella kuva on aina ylösalaisin. Käyttämällä peilejä, kuten 1700-luvun yläpuolella olevassa versiossa, on myös mahdollista heijastaa kuva "oikein päin".

Historia lyhyesti

Camera obscuran ilmiö tunnettiin jo antiikin ajoilta: kreikkalaiset ja kiinalaiset ajattelijat kuvasivat valon kulkua aukon kautta. Tunnetuin varhainen tutkija oli 1000-luvulla elänyt arabialainen tieteilijä Ibn al-Haytham (Alhazen), joka selitti ilmiön systemaattisesti. Myöhemmin renessanssin taiteilijat ja tutkijat käyttivät camera obscuraa visuaalisten havainnointien apuvälineenä. 1600–1700-luvuilla siitä kehitettiin kannettavia laitteita, joissa käytettiin linssejä ja peilejä parempaa kuvanlaatua ja helpompaa katsomista varten.

Toimintaperiaate

• Reiän vaikutus: Kun valo kulkee pienen reiän läpi, eri kohtien valo fokusoituu takaseinälle muodostaen kuvan ulkopuolisesta maisemasta. Kuva on luonnostaan ylösalaisin ja peilikuva vasemmalta oikealle.
• Aukon koko: Pieni reikä antaa terävämmän kuvan mutta vähäisemmän valon, jolloin kuva on hämärä ja vaatii pitkäkyntisemmän katselun tai pidemmän valotuksen, jos halutaan tallentaa se valokuvaksi. Suurempi aukko tekee kuvasta kirkkaamman mutta epätarkemman.
• Lasi- tai muovilinsseillä: linssejä käytettäessä kuva saa lisää kirkkautta ja terävyyttä, ja fokusoimalla voidaan vaikuttaa kuvan terävyyteen. Peileillä voidaan kääntää kuva "oikein päin" tai ohjata se katselutasolle.

Käytännön rakentaminen ja vinkkejä

Yksinkertaisen reikäkamera-version voi tehdä kotona: tarvitaan valolta tiivis laatikko tai peltipurkki, valkoinen alusta sisäseinälle projektioon, ja pieni reikä esimerkiksi alumiinifolioon tai peltikanteen. Hyviä käytännön vinkkejä:

• Reiän koko pienissä kameroissa on usein luokkaa 0,2–0,5 mm; suurempi etäisyys reiän ja projektioalustan välillä kasvattaa kuvan kokoa mutta vähentää kirkkautta.
• Pidä kamera mahdollisimman pimeänä; valon vuotaminen heikentää kontrastia.
• Älä käytä voimakasta linssiä suuntaamalla sitä aurinkoon ilman asianmukaista suodattamista — kirkas, suora auringonvalo voi polttaa reiän ympärillä olevan materiaalin tai aiheuttaa vaaraa.
• Haluttaessa kuva näkyy "oikein päin", voidaan käyttää vaakasuoraa peiliä tai tehdä projisointi esimerkiksi maalauspöydälle ja lisätä peili kääntämään kuvaa.

Sovellukset ja merkitys

Camera obscura ei ollut pelkästään tiedemiehille tai taiteilijoille tarkoitettu laite; se edisti ymmärrystä valon käyttäytymisestä ja oli suora esikuva valokuvauksen kehitykselle. Kun valokuvausmenetelmät (valotusherkät materiaalit, linssiteknologia ja suljinmekanismit) kehitettiin 1800-luvulla, kamera obscuran periaatteet siirtyivät suoraan nykykameroiden toimintaan: valoa ohjataan aukon ja linssin kautta ja tallennetaan filmille tai digitaaliselle kennolle.

Nykyään camera obscuraa käytetään opetusvälineenä fysiikan ja taiteen opetuksessa, ja suurikokoisia, pysyviä "pimeitä kammiota" löytyy myös nähtävyyksinä joistakin kaupungeista, joissa yleisö voi nähdä projektioita kaupunkinäkymistä huoneen sisällä.

Yhteenveto

Camera obscura on yksinkertainen mutta voimakas esimerkki optiikan periaatteista: pieni aukko ohjaa valonsäteet muodostaen kuvan vastakkaiselle pinnalle. Se on sekä käytännöllinen työkalu taiteilijoille että historiallinen sillanrakentaja antiikin havainnoista moderneihin valokuvauslaitteisiin. Ymmärtämällä camera obscuran toimintaa saa hyvän pohjan valon, linssien ja kuvanmuodostuksen perusteille.

Löytö ja alkuperä

Ensimmäisen kerran reikäkameran, camera obscuran edeltäjän, periaatteet mainitaan ja löydetään kiinalaiselta filosofilta ja mohilaisuuden perustajalta Mozilta (470 eaa. - 390 eaa.). Myöhemmin Aristoteles (384-322 eaa.) ymmärsi reikäkameran optisen periaatteen. Hän katseli osittain pimenevän auringon puolikuun muotoa, joka heijastui maahan seulan reikien läpi, ja lehtipuun lehtien välisiä aukkoja.

Ensimmäisen camera obscuran rakensi myöhemmin Basrassa syntynyt irakilainen tiedemies Abu Ali Al-Hasan Ibn al-Haytham (965-1039 jKr.), joka tunnettiin lännessä nimellä Alhacen tai Alhazen ja joka teki käytännön kokeita optiikasta kirjassaan Book of Optics.

Ibn Al-Haitham käytti eri kokeiluissaan termiä "al-Bayt al-Muẓlim" (arabiaksi: البيت المظلم), joka on suomeksi käännettynä pimeä huone. Kokeessa, jonka hän suoritti osoittaakseen, että valo kulkee ajassa ja nopeudella, hän sanoo: "Jos reikä peitettiin verholla ja verho otettiin pois, reiästä vastakkaiselle seinälle kulkeva valo kuluttaa aikaa." Hän sanoo: "Jos reikä peitettiin verholla ja verho otettiin pois, reiästä vastakkaiselle seinälle kulkeva valo kuluttaa aikaa". Hän toisti saman kokemuksen todetessaan, että valo kulkee suorina linjoina. Paljastavin koe, joka tosiaan toi camera obscuran käyttöön, oli hänen tutkimuksissaan auringon kuvan puolikuun muodosta pimennysten aikana, jota hän havaitsi ikkunaluukkuihin tehdystä pienestä reiästä vastakkaisella seinällä. Hänen kuuluisassa esseessään "Pimennyksen muodosta" (Maqālah fī Sura al-Kosūf) (arab: مقالة في صورةالكسوف) hän kommentoi havaintoaan seuraavasti: "Auringon kuva auringonpimennyksen aikaan, ellei se ole täydellinen, osoittaa, että kun sen valo kulkee kapean, pyöreän reiän läpi ja heittyy reikää vastapäätä olevalle tasolle, se saa kuun sirpin muodon".

Auringonvaloa koskevassa kokeessaan hän laajensi havaintonsa valon tunkeutumisesta reiän läpi ja päätteli, että kun auringonvalo saavuttaa reiän ja tunkeutuu sen läpi, se muodostaa kartiomaisen muodon reiän kohdissa, jotka kohtaavat reiän kohdalla, ja myöhemmin se muodostaa toisen kartiomaisen muodon, joka on käänteinen ensimmäiseen verrattuna pimeän huoneen vastakkaisella seinällä. Näin tapahtuu, kun auringon valo poikkeaa pisteestä "ﺍ", kunnes se saavuttaa aukon "ﺏﺤ" ja heijastuu sen läpi valkokankaalle valopisteessä "ﺩﻫ". Koska aukon ja näytön välinen etäisyys on merkityksetön verrattuna aukon ja auringon väliseen etäisyyteen, auringonvalon hajonnan aukon läpi kuljettuaan pitäisi olla merkityksetön. Toisin sanoen "ﺏﺤ" pitäisi olla suunnilleen yhtä suuri kuin "ﺩﻫ". Sen havaitaan kuitenkin olevan paljon suurempi kuin "ﻙﻁ", kun "ﻙﻁ"-luvun ääripäitä muodostavien säteiden kulkureittejä seurataan takaisin päinvastaiseen suuntaan, havaitaan, että ne kohtaavat aukon ulkopuolella olevassa pisteessä ja poikkeavat sitten jälleen kohti aurinkoa, kuten kuvassa 1 on esitetty. Tämä oli todellakin ensimmäinen tarkka kuvaus Camera Obscura -ilmiöstä.

Kameran näkökulmasta valoa tulee huoneeseen reiän läpi, ja se lähettää mukanaan huoneeseen päin olevan kohteen (kohteet). Esine näkyy täysissä väreissä, mutta ylösalaisin pimeässä huoneessa reikää vastapäätä olevalla valkokankaalla/seinällä. Selitys on, että valo kulkee suoraviivaisesti, ja kun osa kirkkaasta kohteesta heijastuneista säteistä kulkee ohuessa materiaalissa olevan pienen reiän läpi, ne eivät hajoa, vaan risteävät ja muodostuvat uudestaan ylösalaisin olevana kuvana tasaiselle valkoiselle pinnalle, jota pidetään samansuuntaisesti reiän kanssa. Ib Al-Haitham totesi, että mitä pienempi reikä on, sitä selkeämpi kuva on.

Vaikka sekä reikäkameran että camera obscuran katsotaan olevan Ibn al-Haythamin ansiota, camera obscuran kuvasi ensimmäisenä Aristoteles, joka kuvasi ensimmäisenä, miten kuva muodostuu silmässä, käyttäen camera obscuraa analogiana. Alhazen toteaa (latinankielisessä käännöksessä), ja camera obscuraan liittyen: "Et nos non inventimus ita", me emme keksineet tätä.

Alhacenin havainnot valon käyttäytymisestä neulanreiän läpi.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on camera obscura?

K: Mistä termi "camera obscura" on peräisin?

K: Miten camera obscura toimii?

K: Onko projisoitu kuva aina ylösalaisin camera obscurassa?

K: Miten taiteilija voi luoda kopion camera obscurassa projisoidusta kuvasta?

K: Onko mahdollista projisoida kuva "oikein päin" camera obscurassa?

K: Mitä eroa on camera obscuralla ja reikäkameralla?

Hae kirjaimella