Úvodní obrázek

priesnitz.cz

Jak funguje dírková komora

Proč nejsou futky z dírkové komory tak ostré jako při použití objektivu? Co je to hloubka ostrosti a proč je u dírkové fotografie nekonečná? Proč je dírková komora "lepší" na focení architektury?
Na všechny tyhle otázky i něco navíc si zkusíme odpovědět jednoduchými fyzikálními jevy a jejich vysvětlením.

Co je dírková komora?

Dírková komora je velmi staré „zařízení“ a její objev sahá dávno před počátek našeho letopočtu. Její jednoduchost umožňuje úplně každému, aby si ji udělal svépomocí doma. Stačí na to bohatě papírová krabice, alobal a chuť si hrát :-).

Základní princip zůstává stejný, jako u klasického fotoaparátu - světlo se vždycky musí zachytit na nějakém světlocitlivém materiálu, uzavřeném ve světlotěsné krabici. Mění se ale jedna velice důležitá součást - objektiv. Ten je u klasického fotoaparátu reprezentován více či méně složitou soustavou čoček, pomocí nichž se obraz promítá na film. U dírkové komory je, už podle názvu, objektiv nahrazen malou dírkou, skrz kterou proniká světlo.

My si nyní zkusíme povědět o některých fyzikálních jevech a omezeních, které můžou nastat při výrobě camery obscury.

Limity dírky

Jak jsme si už řekli, obraz na stínítku v dírkové komoře vzniká průchodem světla skrz dírku. Protože se světlo šíří lineárně (v přímkách - paprscích), aby se celý originální objekt mohl zobrazit, musí se paprsky světla v dírce protnout a tím pádem vidíme zmenšený převrácený obraz.


Obr. 1 - Zobrazení objektu přes dírku

Tím, že jsme objektiv vyměnili za jednoduchou dírku, se ale dostáváme pryč ze světa ostrých (někdy až sterilních) fotografií. Vysvětlení je jednoduché: při jakémkoliv fotografování nebo zobrazování je vždy celý objekt teoreticky rozložený na spoustu malých bodů a každý takový bod se zobrazuje samostatně.

Představíme-li si světelný zdroj bodové velikosti (například žárovku o velikosti molekuly), jehož světlo prochází dírkou která je oproti velikosti molekuly velká, je jasné, že na stínítku se nám tento zdroj zobrazí ne jako bod původní velikosti, ale jako flek.


Obr. 2 - Při průchodu světla z bodového zdroje dírkou se světlo zobrazí na stínítku rozmazaně

Z toho vyplývá, že ke zobrazení co nejostřejšího obrazu potřebujeme co nejmenší dírku. Do určitých velikostí to platí, od určitých ale bohužel už ne, protože vstupují do hry následující faktory:

Clona se zmenšující se dírkou stoupá. Čím menší dírka, tím míň světla jí "proteče" za časovou jednotku (např. 1 sekundu). A čím menší je průtok světla, tím déle je třeba exponovat (nechat film osvítit). V tomto případě tedy musíme zvolit mezi ostrostí snímku a dobou expozice, která se pohybuje v řádu jednotek až desítek vteřin. Obecně platí, že je lepší spíš menší dírka a chvilku si počkat.

Difrakce, nebo také ohyb světla, je druhým kritériem pro velikost dírky. V tomto případě už si nemůžeme vybírat mezi dvěma možnostmi. Faktem prostě je, že pokud se velikost dírky zmenší pod určitou mez, začne docházet k difrakci a na stínítku se nám zobrazí místo toužebně očekávaného snímku difrakční obrazce. Ty jsou sice občas hezké, pokud se o ně snažíme, ale nikdy rozhodně nebudou vypadat tak, jako na následujícím obrázku, a celkový snímek nám spíš zhyzdí.


Obr. 3 - Difrakce laserového paprsku při průchodu více dirkami

Tloušťka materiálu, ve kterém máme vyrobenou dírku, je posledním faktorem, kterým se budeme zabývat. Určitě ale není posledním, který ovlivňuje výsledný obraz. Destička, ve které je vyvrtaná dírka, by měla být co nejtenší. Je to proto, že paprsky procházející z různých směrů mají v případě tlustého materiálu rozdílnou šířku, kterou může světlo "protéct". Při focení se nám pak stane, že okraje fotografie jsou tmavší, než její střed. Znázorněno je to na následujícím obrázku, kde máme zvětšený pohled na dírku v desce. Velikost světelných bodů na pravé straně pak znázorňuje, kolik světla otvorem "proteče". Z toho důvodu opět platí, že čím tenčí materiál, tím lepší.


Obr. 4 - Průtok světla z různých směrů

Při pohledu na obrázek 4 se může nabízet myšlenka, že tlustý materiál není až zas tak špatný. Čím více se blížíme k okraji, tím více se nám změnšuje otvor, zvětšuje se clona a stoupá ostrost. Není to ale tak úplně pravda. Nezapomeňme, že světlo se v "tunelu", který by měl být ideálně dírkou, může odrážet do více směrů a může nám svými odrazy opět napáchat ve výsledném obrazu docela velké škody různými "prasátky". Kromě toho existuje jev jménem rektilineární zobrazení, specifický pro dírkovou fotografii, který nám tuhle domnělou ostrost opět "rozmaže". Ale o tom až trošku později.

"Zoom" a ohnisková vzdálenost

Než se posuneme dál, je třeba si říct, co je to zoom a co je to ohnisková vzdálenost. Tyhle dva pojmy se používají především u klasických fotoaparátů a s dírkou souvisí jenom částečně.

Ohnisková vzdálenost je velmi přesně definovaná, ale my se spokojíme s jednoduchým vysvětlením, že nám v případě fotoaparátu udává zorný úhel, tedy jak široko náš fotoaparát "vidí". U dírkové komory o ohnisku moc mluvit nedá, protože dírka žádné ohnisko nemá. Přesto budeme zorný úhel nazývat ohniskovou vzdáleností, protože se to hodí :-).

Protože jsme si ohniskovou vzdálenost představili jako zorný úhel, je už celkem jasné, jaké dva faktory nám ji budou ovlivňovat. Je to velikost políčka, na které zaznamenáváme obraz, a jeho vzdálenost od dírky. Čím větší políčko filmu, tím větší máme zorný úhel (menší ohniskovou vzdálenost) a naopak. Stejně to platí i o vzdálenosti - čím blíže je políčko filmu dírce, tím menší je ohnisková vzdálenost.


Obr. 5 - Závislost zorného úhlu na velikosti a vzdálenosti stínítka

Kombinací vzdálenosti a velikosti citlivého materiálu můžeme měnit ohniskovou vzdálenost a tedy "zoomovat". Není problém vytvořit extra širokoúhlou dírkovou komoru a nebo naopak třeba tele-komoru pro focení vzdálených předmětů. V praxi je ale lepší, než s oběma možnostmi, pracovat spíš se vzdáleností materiálu a jeho velikost volit vždy co největší. Je to z důvodu rozostření obrazu při průchodu světla dírkou. Rozostření jednoho bodu je relativně pořád stejné, ale když promítáme miliony různých bodů na velkou plochu, celkové rozostření je poměrově menší, než když promítáme to stejné na plochu malou a pak ji zvětšujeme.

Specifika zobrazení dírkou

Zkusíme se nyní podívat, čím se dírkofotografie liší od klasické. Většina rozdílů už vyplynula, nebo částečně vyplývá, z výše popsaných vlastností.

Víme už, že dírkofotografie jsou oproti klasickým méně ostré a že nám oproti klasickým (lepším) objektivům k okrajům ztrácejí na světelnosti a také na ostrosti. Už jsme se seznámili také s možností nastavit si "ohniskovou vzdálenost" a v kombinaci s infomací o úbytku světla v krajích můžeme také zjistit, že čím větší zorný úhel naše dírková komora má, tím větší úbytek světla můžeme na krajích pozorovat. Kdo nevěří, nechť si to zkusí nakreslit (kombinace obrázků 4 a 5). Dvě největší fyzikální odlišnosti od klasické fotografie ale ještě přijdou:

Zobrazení je rektilineární a hloubka ostrosti nekonečná.

Hloubka ostrosti se dá jednoduše popsat jako ta oblast, která je na fotografii ostrá. U klasického fotoaparátu je to místo, na které je zaostřeno, plus minus autobus (tedy nějaká určitá délka v prostoru dopředu a dozadu, která se odvíjí mimo jiné od nastavené clony). U dírkové komory je clona maximální možná (snažíme se přece o co nejmenší otvor) a tím pádem je i maximální možná hloubka ostrosti. Měl by se tedy stejně ostře zobrazit předmět těsně před fotoaparátem, 10 metrů od fotoaparátu a třeba i věž vysílače 5km daleko.

Rektilineární zobrazení je druhým specifikem dírkové fotografie. Opět začneme z druhého konce, od fotografie s klasickým objektivem. Jistě jste si už u někdy všimli, že u fotografií, pořizovaných na "krátké ohnisko" se projevuje tzv. soudkovitost. Je to dáno tím, že vzdálenost středu objektivu je jiná od středu a od kraje filmového políčka. Velice dobře vidět je to např. u architektury, kde jsou najednou rovné linie zahnuté jakoby kolem středu a vyfocené věže vypadají, jako by uprostřed byly nafouklé. Tak tohle se nám u dírkové fotografie nestane. Kvůli tomu ale budeme muset nějak kompenzovat rozdílné vzdálenosti jednotlivých částí filmu od dírky a tato kompenzace se projeví právě rektilineárním zobrazením. Všechny přímky na naší fotografii zůstanou v naprosto nezměněné perspektivě, rovnoběžky budou rovnoběžky, z přímek budou přímky, ale daní za to bude, že se nám fotka ke krajům bude protahovat. Při pohledu na snímek to vypadá, jako bychom záběr fotili ve velké rychlosti čelem ke směru pohybu, a kraje jsou pak dynamicky rozmazané.

Abychom pohopili, jak jev vznká, vezmeme si opět na pomoc náš bodový zdroj. Z tohoto zdroje se šíří paprsek, který projde dírkou a v případě, že projde kolmo, vykreslí na stínítku flíček o stejném tvaru, jaký má naše dírka (obvykle kolečko). V případě, že ale prochází pod větším úhlem, na stínítku se protáhne a vytvoří ovál (jako když si před sebe svítíme baterkou). Čím více se blížíme k okraji fotky, tím delší ovál nám vzniká a tím více to vypadá, že nám kraje fotografie jakoby ujíždí ven.


Obr. 6 - Vznik rektilineárního zobrazení na stínítku

Tímto jsme skončili se základním popisem "techniky" a fyziky, se kterou se u dírkových komor můžeme setkat. Na každou část jsme se podívali opravdu "z rychlíku", ale v případě že Váš dírková komora zaujala a třeba i uvažujete o její stavbě, určitě Vám výše popsané informace přijdou vhod :-).

Pokud mi chcete napsat k tomuto článku, klikněte zde.