Camera Obscura

Eine Camera Obscura ist ein dunkler Raum mit einem Loch in der Wand, das als Metapher für die menschliche Wahrnehmung und für die Erstellung von Bildern verwendet wird. Wenn der dunkle Raum die Größe einer Kiste hat, spricht man von einer Lochkamera.

Camera obscura (dunkle Kammer), auch als Lochblende bezeichnet, ist das natürliche optische Phänomen, das auftritt, wenn ein Bild einer Szene auf der anderen Seite eines Bildschirms (oder beispielsweise einer Wand) durch ein kleines Loch in projiziert wird dieser Bildschirm als umgekehrtes und invertiertes Bild (von links nach rechts und auf dem Kopf stehend) auf einer Oberfläche gegenüber der Öffnung. Die Umgebung des projizierten Bildes muss relativ dunkel sein, damit das Bild klar ist. Daher wurden viele historische Camera-Obscura-Experimente in dunklen Räumen durchgeführt.

Der Begriff „Camera Obscura“ bezieht sich auch auf Konstruktionen oder Geräte, die das Prinzip innerhalb eines Kastens, Zeltes oder Raums nutzen. Camera Obscuras mit einer Linse in der Öffnung wurden seit der zweiten Hälfte des 16. Jahrhunderts verwendet und wurden als Hilfsmittel zum Zeichnen und Malen populär. Die Camera Obscura-Box wurde in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts zur Fotokamera weiterentwickelt, als Camera Obscura-Boxen verwendet wurden, um lichtempfindliche Materialien dem projizierten Bild auszusetzen.

Während die technischen Grundlagen der Lochkamera bereits in der Antike bekannt waren, war die Verwendung des technischen Konzepts zur Herstellung von Bildern mit linearer Perspektive in Gemälden, Zeichnungen, Karten, architektonischen Umsetzungen und später auch Fotografien nur in der (oder, vgl Erwin Panofsky, die Renaissance (n) der europäischen Kunst und die wissenschaftliche Revolution der Neuzeit galten. Leonardo da Vinci nutzte die Camera Obscura unter anderem als Abbild des Auges, René Descartes als Interaktion zwischen Auge und Bewusstsein und John Locke als Metapher des menschlichen Bewusstseins. Diese moderne Verwendung der Camera Obscura als „epistemische Maschine“ hatte wichtige Auswirkungen auf die Entwicklung des wissenschaftlichen Denkens.

Die Camera Obscura wurde verwendet, um Sonnenfinsternisse zu untersuchen, ohne die Gefahr zu laufen, die Augen durch direkten Blick in die Sonne zu schädigen. Als Zeichenhilfe ermöglichte die Camera Obscura die Verfolgung des projizierten Bildes, um eine hochgenaue Darstellung zu erhalten. Dies wurde insbesondere als einfache Methode zur Erzielung einer geeigneten grafischen Perspektive geschätzt.

Bevor der Begriff „camera obscura“ erstmals 1604 verwendet wurde, sind viele andere belegt: „cubiculum obscurum“, „cubiculum tenebricosum“, „conclave obscurum“ und „locus obscurus“.

Ein Camera Obscura-Gerät ohne Objektiv, aber mit einem sehr kleinen Loch, wird manchmal als „Lochkamera“ bezeichnet, obwohl dies häufiger auf einfache (hausgemachte) linsenlose Kameras Bezug nimmt, bei denen fotografischer Film oder Fotopapier verwendet wird.

Körperliche Erklärung
Lichtstrahlen bewegen sich in geraden Linien und ändern sich, wenn sie von einem Objekt reflektiert und teilweise absorbiert werden. Dabei bleiben Informationen über die Farbe und Helligkeit der Oberfläche dieses Objekts erhalten. Beleuchtete Objekte reflektieren Lichtstrahlen in alle Richtungen. Eine ausreichend kleine Öffnung in einem Bildschirm lässt nur Strahlen durch, die direkt von verschiedenen Punkten in der Szene auf der anderen Seite ausgehen, und diese Strahlen bilden ein Bild dieser Szene, wenn sie auf einer Oberfläche gegenüber der Öffnung gesammelt werden.

Das menschliche Auge (wie auch das anderer Tiere, einschließlich Vögel, Fische, Reptilien usw.) ähnelt einer Camera obscura mit einer Öffnung (Pupille), einer bikonvexen Linse und einer Oberfläche, auf der das Bild erzeugt wird (Netzhaut).

Prinzip
Während Licht von Objekten in alle Richtungen reflektiert wird, erhält jeder Punkt auf der Oberfläche eines Bildschirms Lichtstrahlen von allen umliegenden Objekten. Diese Strahlen mischen und kombinieren sich (additive Synthese). Der Bildschirm erscheint weiß (oder ein Hauptschatten beleuchtet das Dekor).

Indem das äußere Licht so begrenzt wird, dass seine Lichtstrahlen, die vom Dekor ausgehen, nur durch einen einzelnen Punkt in einem dunklen Raum eintreten, empfängt der Schirm, der dieses Licht abfängt, an jedem genauen Punkt seiner Oberfläche nur die Strahlen, die in a abgeleitet werden Gerade (Prinzipien der geometrischen Optik) von einem einzelnen Punkt der Dekoration, der der Wand mit dem Loch gegenüberliegt. Wir werden das invertierte (links / rechts) und invertierte (oben / unten) Bild des Dekors außerhalb des dunklen Raums auf dem Bildschirm sehen.

Das projizierte Bild ist real, da es auf einem Bildschirm empfangen wird (unabhängig davon, ob das Auge des Betrachters vorhanden ist oder nicht): Das Instrument wird als „objektiv“ bezeichnet.

Das Prinzip wird von Aristoteles beschrieben und von den Autoren des 13. Jahrhunderts (Roger Bacon, Wilhelm von Saint-Cloud) wiederholt erwähnt.

Technologie
Ein Camera Obscura-Gerät besteht aus einer Box, einem Zelt oder einem Raum mit einem kleinen Loch an einer Seite. Licht von einer externen Szene fällt durch das Loch auf eine Oberfläche im Inneren, wo die Szene reproduziert, invertiert (also verkehrt herum) und umgekehrt (von links nach rechts) wird, wobei Farbe und Perspektive erhalten bleiben.

Um ein einigermaßen klares projiziertes Bild zu erzeugen, muss die Blende etwa 1/100 des Abstands zum Bildschirm oder weniger betragen.

Wenn die Lochblende verkleinert wird, wird das Bild schärfer, aber das projizierte Bild wird dunkler. Bei einer zu kleinen Lochblende verschlechtert sich jedoch die Schärfe aufgrund von Beugung.

In der Praxis verwenden Camera Obscuras eher ein Objektiv als eine Lochblende (wie bei einer Lochblende-Kamera), da sie eine größere Blende ermöglichen und eine brauchbare Helligkeit bieten, während der Fokus erhalten bleibt.

Wenn sich das Bild auf einem halbtransparenten Bildschirm befindet, kann es von hinten betrachtet werden, so dass es nicht mehr umgekehrt ist (aber immer noch auf dem Kopf steht).

Mit Hilfe von Spiegeln ist es möglich, ein Bild mit der rechten Seite nach oben zu projizieren. Die Projektion kann auch auf eine horizontale Fläche (z. B. einen Tisch) umgeleitet werden. Die Überkopfversion aus dem 18. Jahrhundert in Zelten verwendete Spiegel in einer Art Periskop auf der Oberseite des Zeltes.

Die kastenförmige Camera Obscura hat häufig einen abgewinkelten Spiegel, der ein aufrechtes Bild auf Transparentpapier projiziert, das auf der Glasplatte angeordnet ist. Obwohl das Bild von hinten betrachtet wird, wird es jetzt durch den Spiegel umgekehrt.

Struktur
Eine Camera Obscura besteht aus einem lichtdichten Kasten oder Raum, in dem das Licht einer beleuchteten Szene durch ein enges Loch auf die gegenüberliegende Rückwand fällt. An der Rückwand befindet sich ein verkehrtes und umgekehrtes Bild dieser Szene. Das Bild ist schwach und kann nur gut gesehen werden, wenn es ausreichend abgedunkelt ist. Wenn die Rückwand transparent ist, können Sie das Bild auch von außen betrachten, wenn Sie für eine ausreichende Abdunkelung sorgen, z. B. mit einem undurchsichtigen Tuch, das die Rückseite der Rückwand und den Kopf des Betrachters bedeckt.

Wie es funktioniert
Fällt Licht durch eine Sammellinse oder ein kleines Loch in einem sonst lichtdichten Hohlkörper, entsteht ein invertiertes und auf dem Kopf stehendes Bild, eine Projektion des Außenraums. Die schematische Zeichnung oben rechts zeigt zwei Strahlen, die von zwei Punkten eines Objekts in das Loch eintreten. Der kleine Durchmesser der Lünette begrenzt die Bündel auf einen kleinen Öffnungswinkel und verhindert, dass sich die Lichtstrahlen vollständig überlappen. Strahlen aus dem oberen Bereich eines Objekts fallen auf den unteren Rand der Projektionsfläche, Strahlen aus dem unteren Bereich werden nach oben gerichtet. Jeder Punkt des Objekts wird als Scheibe auf der Projektionsfläche angezeigt. Die Überlagerung der Schnittbilder erzeugt ein verzerrungsfreies Bild. Mathematisch ausgedrückt ist das Bild das Ergebnis einer Faltung aus einer idealen Darstellung des Objekts mit der Aperturfläche.

Abbildungsgeometrie einer Sammellinse
Bezeichnet G die Objekthöhe (= tatsächliche Größe des betrachteten Objekts), g die Objektbreite (= Entfernung des Objekts von der Linse), b die Bildbreite (= Entfernung von der Lochscheibe zur Mattscheibe) und B die Bildhöhe (= Höhe des auf der Einstellscheibe erstellten Bildes) gilt Folgendes:

B / G = b / g

Gleichung ist auch aus der geometrischen Optik als 1. Linsengleichung bekannt. Für die mathematische Ableitung wird auf den Strahlensatz in der Geometrie verwiesen. Die Bildgröße hängt nur von den Abständen ab, nicht jedoch von der Blendengröße oder der Lochgröße.

Verwenden
Es wurde früher als Zeichenhilfe verwendet. Das auf Papier oder eine andere Unterlage projizierte Bild kann als Richtlinie für das Zeichnen dienen. Als die lichtempfindlichen Materialien entdeckt wurden, wurde die dunkle Kamera zu einer Lochkamera (die ein einfaches Loch als Ziel verwendet).

Diese Kameras waren sehr begrenzt durch die notwendige Verpflichtung, den Durchmesser der Öffnung zu bestimmen: ausreichend klein, damit das Bild eine akzeptable Definition hatte; groß genug, damit die Belichtungszeit nicht zu lang war.

Die Verwendung der dunklen Kamera war ein großer Impuls, um die Möglichkeit zu entwickeln, permanente und automatische Bilder zu erzeugen. Es kann als die Grundlage dessen angesehen werden, was wir heute als Fotografie kennen.

Dunkle Kammer und Alchemie
Die dunkle Kammer, die zwar nach den Bedürfnissen von Malern und Wissenschaftlern geschaffen wurde, galt in der Antike als „magische Kiste“ und war eng mit einem fantastischen Tier verbunden: dem Einhorn. Es wurden verschiedene Schriften und Skizzen gefunden, die die dunkle Kammer beschreiben, aber das Loch und der Effekt der Erzeugung von Bildern, die sie charakterisieren, konnten nur auftreten, wenn die „Box“ mit dem Horn des Einhorns durchbohrt wurde.

Seit dem vierten Jahrhundert untersuchen Magier und Alchemisten Phänomene im Zusammenhang mit Licht und Bildern. Fata Morgana, Zauberin des Hofes und Schwester von Arturo, eifersüchtig auf Merlins Prestige, schaffte es, die Geheimnisse des Magiers zu stehlen, um zu versuchen, sie zu nutzen müssen mit einem Einhornhorn durchbohrt werden; Andernfalls wird es völlig unwirksam sein. (…) »Dieser Glaube hielt bis zum 11. Jahrhundert an und es wurde angenommen, dass Einhörner durch den Gebrauch, der ihren Hörnern gegeben wurde, um sie wie oben beschrieben zu benutzen, ausgelöscht wurden. Bei Merlin taucht der erste Hinweis auf dieses Tier und seine Teilnahme an der „Kunst, Bilder zu lernen“ auf.

Tzung Ching Pung, Alchimist des sechsten Jahrhunderts, machte diesen anderen Hinweis: «(…) Um schöne und zarte Reproduktionen sowohl von Wäldern und Seen als auch von allem anderen im Allgemeinen zu erhalten, ist es notwendig, das Horn von zu haben das Einhorn von Ycung – * Kuo (…) ».

Abdel-el-Kamir beschreibt die dunkle Kammer nicht als seinen Zeitgenossen Merlin. Es gibt jedoch ein Rezept, wie eine lichtempfindliche Emulsion hergestellt wird. Dies ist der fotografische Film. Erst im elften Jahrhundert, mit dem Alchemisten Adojuhr, wurde die dunkle Kamera (magische Kamera nach ihm) mit einer außerordentlich empfindlichen Emulsion verwendet, die es ihm ermöglichte, bewegte Bilder mit Linsen zu drucken.

Die Anspielungen auf das Einhorn von Merlin und Tzung Ching Pung sind vage; in der von Adojuhr geschieht das Gegenteil, da es eine detaillierte und detaillierte Beschreibung dieses Tieres gibt. Darüber hinaus wird auf die Nützlichkeit des Horns der verschiedenen Arten zum Bohren des „Ziels“ der magischen Kisten hingewiesen. Ein Transkript von Adojuhr lautet: «(…) Ein Einhornhorn wird genommen, von der Spitze geschärft und damit ein kleines Loch in eine glühende Oberfläche gemacht. Durch dieses Loch werden sie in der Lage sein, alle Arten von Menschen, Gegenständen und Orten, die sorgfältig in einem Karton aufbewahrt werden müssen, in dem sie für die Ewigkeit aufbewahrt werden, zu komprimieren, um herausgenommen zu werden, wenn jemand dies benötigt Sie (…) „.

Eine weitere Funktion, die auch dieser magischen Kiste zugewiesen wurde, besteht darin, „böse Geister einzufangen“ und einen Weg zu finden, sie auszurotten. In den Darstellungen des Alchemisten ist die vorherige klarer zu erkennen. Es wurde vermutet, dass es verschiedene Arten von Einhörnern gab und jede in einer anderen Weise in den magischen Kisten verwendet wurde.

Die dunkle Kammer als Show
Einige dunkle Kameras wurden als Touristenattraktionen gebaut, von denen jedoch immer weniger erhalten sind. Einige Beispiele sind in Grahamstown (Südafrika), im Tavira Tower von Cádiz (Spanien) sowie in Dumfries und Edinburgh (Schottland) zu finden.