Une camera obscura est une pièce sombre avec un trou dans le mur qui sert de métaphore à la perception humaine et à la création d’images. Si la pièce sombre fait la taille d’une boîte, on parle d’un sténopé.

Camera obscura (chambre sombre), également appelée image sténopé, est le phénomène optique naturel qui se produit lorsqu’une image d’une scène de l’autre côté d’un écran (ou, par exemple, un mur) est projetée à travers un petit trou dans cet écran comme une image inversée et inversée (de gauche à droite et à l’envers) sur une surface opposée à l’ouverture. Les environs de l’image projetée doivent être relativement sombres pour que l’image soit claire, de nombreuses expériences historiques de camera obscura ont donc été réalisées dans des pièces sombres.

Le terme «camera obscura» fait également référence à des constructions ou des dispositifs qui utilisent le principe dans une boîte, une tente ou une pièce. Des caméras obscures avec une lentille dans l’ouverture sont utilisées depuis la seconde moitié du XVIe siècle et sont devenues populaires comme aide au dessin et à la peinture. La boîte de l’appareil photo obscura a été développée plus loin dans l’appareil photographique dans la première moitié du 19ème siècle lorsque les boîtes de l’appareil photo obscura ont été utilisées pour exposer des matériaux sensibles à la lumière à l’image projetée.

Alors que les principes techniques de la caméra sténopé étaient déjà connus dans l’Antiquité, l’utilisation du concept technique pour la production d’images avec une perspective linéaire dans les peintures, les dessins, les cartes, les réalisations architecturales et plus tard aussi les photographies n’était que dans le (ou, cf Erwin Panofsky, la (les) renaissance (s) de l’art européen et la révolution scientifique des temps modernes appliqués. Entre autres choses, Léonard de Vinci a utilisé la camera obscura comme image de l’œil, René Descartes pour l’interaction entre l’œil et la conscience et John Locke a commencé à utiliser le principe comme métaphore de la conscience humaine elle-même. Cette utilisation moderne de la camera obscura en tant que « machine épistémique » a eu des implications importantes pour le développement de la pensée scientifique.

La camera obscura a été utilisée comme moyen d’étudier les éclipses sans risque d’endommager les yeux en regardant directement le soleil. Comme aide au dessin, la camera obscura a permis de tracer l’image projetée pour produire une représentation très précise, particulièrement appréciée comme moyen facile d’obtenir une perspective graphique appropriée.

Avant que le terme « camera obscura » ne soit utilisé pour la première fois en 1604, de nombreux autres sont attestés: « cubiculum obscurum », « cubiculum tenebricosum », « conclave obscurum » et « locus obscurus ».

Un appareil photo obscura sans objectif mais avec un très petit trou est parfois appelé « appareil photo sténopé », bien que cela se réfère le plus souvent à des appareils photo simples (faits maison) sans objectif dans lesquels du film photographique ou du papier photographique est utilisé.

Explication physique
Les rayons de lumière se déplacent en lignes droites et changent lorsqu’ils sont réfléchis et partiellement absorbés par un objet, conservant des informations sur la couleur et la luminosité de la surface de cet objet. Les objets éclairés réfléchissent les rayons de lumière dans toutes les directions. Une ouverture suffisamment petite dans un écran ne laisse passer que les rayons qui voyagent directement à partir de différents points de la scène de l’autre côté, et ces rayons forment une image de cette scène lorsqu’ils sont collectés sur une surface opposée à l’ouverture.

L’œil humain (ainsi que ceux d’autres animaux, y compris les oiseaux, les poissons, les reptiles, etc.) fonctionne un peu comme une caméra obscure avec une ouverture (pupille), une lentille biconvexe et une surface où l’image est formée (rétine).

Principe
Comme la lumière est réfléchie par les objets dans toutes les directions selon leurs propres qualités d’absorption, de réflexion, de diffusion, chaque point de la surface d’un écran reçoit des rayons lumineux de tous les objets environnants; ces rayons se mélangent et se combinent (synthèse additive). L’écran apparaît blanc (ou une teinte majeure éclairant le décor).

En restreignant la lumière extérieure de sorte que ses rayons lumineux, émanant du décor, n’entrent que par un seul point dans une pièce sombre, l’écran interceptant cette lumière ne recevra, en chaque point précis de sa surface, que les rayons dérivés, dans un ligne droite (principes de l’optique géométrique) à partir d’un seul point de la décoration placé en face du mur avec le trou. Nous verrons l’image inversée (gauche / droite) et inversée (haut / bas) du décor, en dehors de la pièce sombre, apparaître à l’écran.

L’image projetée est réelle puisqu’elle est reçue sur écran (que l’œil de l’observateur soit présent ou non): l’instrument est dit «objectif».

Le principe est décrit à partir d’Aristote et est mentionné à plusieurs reprises par les auteurs du XIIIe siècle (Roger Bacon, Guillaume de Saint-Cloud).

La technologie
Un appareil photo obscura se compose d’une boîte, d’une tente ou d’une pièce avec un petit trou sur un côté. La lumière d’une scène externe passe à travers le trou et frappe une surface à l’intérieur, où la scène est reproduite, inversée (donc à l’envers) et inversée (de gauche à droite), mais avec la couleur et la perspective préservées.

Afin de produire une image projetée raisonnablement claire, l’ouverture doit être d’environ 1 / 100e de la distance à l’écran, ou moins.

À mesure que le sténopé devient plus petit, l’image devient plus nette, mais l’image projetée devient plus sombre. Avec un trou d’épingle trop petit, cependant, la netteté empire, en raison de la diffraction.

En pratique, les camera obscuras utilisent un objectif plutôt qu’un sténopé (comme dans un sténopé) car il permet une plus grande ouverture, donnant une luminosité utilisable tout en maintenant la mise au point.

Si l’image est prise sur un écran semi-transparent, elle peut être visualisée de l’arrière afin qu’elle ne soit plus inversée (mais toujours à l’envers).

À l’aide de miroirs, il est possible de projeter une image vers le haut. La projection peut également être détournée sur une surface horizontale (par exemple, une table). La version aérienne du XVIIIe siècle dans les tentes utilisait des miroirs à l’intérieur d’une sorte de périscope sur le dessus de la tente.

La camera obscura de type boîte a souvent un miroir incliné projetant une image verticale sur du papier calque placé sur le dessus en verre. Bien que l’image soit vue de l’arrière, elle est maintenant inversée par le miroir.

Structure
Une camera obscura se compose d’une boîte ou d’une pièce étanche à la lumière dans laquelle la lumière d’une scène illuminée frappe la paroi arrière opposée à travers un trou étroit. Sur le mur du fond, il y a une image inversée et inversée de cette scène. L’image est faible et ne peut être bien vue que si elle est suffisamment sombre. Si le mur arrière est transparent, vous pouvez également voir l’image de l’extérieur si vous assombrissez adéquatement, par exemple en utilisant un chiffon opaque qui recouvre l’arrière du mur arrière et la tête du spectateur.

Comment ça fonctionne
Si la lumière tombe à travers une lentille convergente ou un petit trou dans un corps creux autrement étanche à la lumière, elle crée une image inversée et à l’envers, une projection de l’espace extérieur. Le dessin schématique en haut à droite montre deux poutres qui pénètrent dans le trou à partir de deux points d’un objet. Le petit diamètre du bezellimite les faisceaux à un petit angle d’ouverture et empêche les faisceaux lumineux de se chevaucher complètement. Les rayons de la zone supérieure d’un objet tombent sur le bord inférieur de la surface de projection, les rayons de la zone inférieure sont dirigés vers le haut. Chaque point de l’objet est représenté sous forme de disque sur la surface de projection. La superposition des images de tranche crée une image sans distorsion. Exprimée mathématiquement, l’image est le résultat d’une convolution à partir d’une représentation idéale de l’objet avec la zone d’ouverture.

Géométrie d’imagerie d’une lentille convergente
Indique G la hauteur de l’objet (= taille réelle de l’objet considéré), g la largeur de l’objet (= distance de l’objet de l’objectif), b la largeur de l’image (= distance du disque perforé à l’écran de mise au point) et B la hauteur de l’image (= hauteur de l’image créée sur l’écran de mise au point), ce qui suit s’applique:

B / G = b / g

L’équation est également connue de l’optique géométrique comme la première équation de lentille. Pour la dérivation mathématique, il est fait référence au jeu de rayons en géométrie. La taille de l’image dépend uniquement des distances, mais pas de la taille de l’ouverture ou de la taille du trou.

Utilisation
Il était autrefois utilisé comme aide au dessin. L’image, projetée sur papier ou autre support, pourrait servir de ligne directrice pour la dessiner. Par la suite, lorsque les matériaux photosensibles ont été découverts, la caméra sombre est devenue une caméra sténopé (celle qui utilise un simple trou comme cible).

Ces caméras étaient très limitées par l’engagement nécessaire pour établir le diamètre de l’ouverture: suffisamment petit pour que l’image ait une définition acceptable; suffisamment grand pour que le temps d’exposition ne soit pas trop long.

L’utilisation de la caméra sombre a été une grande impulsion pour trouver le moyen de produire des images permanentes et automatiques. Elle peut être considérée comme ce qui a servi de base à ce que nous connaissons aujourd’hui comme photographie.

Chambre noire et alchimie
La chambre noire, bien qu’elle ait été créée en réponse aux besoins des peintres et des scientifiques, était connue dans les temps anciens comme une « boîte magique » et était étroitement liée à un animal fantastique: la licorne. Différents écrits et croquis décrivent la chambre noire, mais le trou et l’effet de production d’images qui la caractérisent ne peuvent se produire que si la « boîte » est percée de la corne de la licorne.

Depuis le IVe siècle, les magiciens et alchimistes étudient les phénomènes liés à la lumière et aux images. Fata Morgana, sorcière de la cour et sœur d’Arturo, jalouse du prestige de Merlin a réussi à voler les secrets du magicien pour tenter de les utiliser, parmi eux, l’écriture suivante a été trouvée: «(…) L’œil de la boîte magique va doivent être percés d’une corne de licorne; sinon, il sera totalement inefficace. (…) »Cette croyance a perduré jusqu’au XIe siècle et on croyait que les licornes étaient éteintes par l’usage qui était donné à leurs cornes pour les utiliser comme décrit ci-dessus. Avec Merlin apparaît la première référence à cet animal et sa participation à «l’art d’apprendre les images».

Tzung Ching Pung, alchimiste du VIe siècle, a fait cette autre référence: «(…) Pour obtenir de belles et délicates reproductions, à la fois de forêts et de lacs, ainsi que de toute autre chose en général, il faut avoir la corne de la licorne d’Ycung – * Kuo (…) ».

Abdel-el-Kamir ne décrit pas la chambre noire comme son Merlin contemporain. Cependant, il donne une recette sur la façon de préparer une émulsion sensible à la lumière; Ceci est le film photographique. C’est jusqu’au onzième siècle, avec l’alchimiste Adojuhr, que la caméra sombre (caméra magique selon lui) a été utilisée pour la première fois avec une émulsion extraordinairement sensible, ce qui lui a permis d’imprimer des images animées avec objectif.

Les allusions à la licorne de Merlin et Tzung Ching Pung sont vagues; dans celui d’Adojuhr, l’inverse se produit, car il fait une description détaillée et détaillée de cet animal. En outre, il souligne également l’utilité de la corne des différentes espèces pour percer la « cible » des boîtes magiques. Une transcription d’Adojuhr est: «(…) Une corne de licorne est prise, aiguisée par la pointe et avec elle un petit trou est fait sur n’importe quelle surface rougeoyante. À travers ce trou, ils pourront passer, en comprimant leur essence, toutes sortes de personnes, d’objets et de lieux, les mêmes qui devront être soigneusement stockés dans une boîte en carton où ils resteront pour l’éternité, à sortir quand quelqu’un a besoin leur (…) « .

Une autre des fonctions qui ont également été attribuées à cette boîte magique est de « capturer les mauvais esprits » et de trouver un moyen de les exterminer, dans les représentations de l’alchimiste la précédente est plus clairement visible. On croyait qu’il y avait différentes espèces de licornes et chacune était utilisée d’une manière différente dans les boîtes magiques.

La chambre noire comme spectacle
Certaines caméras sombres ont été construites comme attractions touristiques, mais de moins en moins sont conservées. Quelques exemples peuvent être trouvés à Grahamstown (Afrique du Sud), dans la tour Tavira de Cadix (Espagne) et Dumfries et Édimbourg (Écosse).