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針孔相機

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針孔相機的原理。

針孔相機（英語：Pinhole camera）是一種沒有鏡頭的相機[1]，取代鏡頭的是一個小孔，稱為針孔。利用針孔成像原理[2]，產生倒立的影像。是利用光的直線前進

針孔相機的結構相對簡單，由不透光的容器、感光材料和針孔片組成。其中，感光材料可以是底片，也可以是相紙[3]。為了控制曝光，還要有快門結構[4]，通常是簡單的活門。

另外，由於進光量少，用針孔相機拍照，需要較長的曝光時間[5]。曝光時間由數秒至數十分鐘不等[5]，通常把相機安裝在三腳架上，或把相機放在穩固的地方[4]。

一些藝術家利用針孔相機進行創作。例如，芬蘭藝術家Tarja Trygg以針孔相機，拍攝日照軌跡（Solargraphy），曝光時間長達6個月[6]。

歷史

相機的前身為暗箱（Camera obscura）[3][7]，又稱暗盒。原始的暗箱，只是利用一個黑暗的房子的一堵牆上的孔，將外面的景物投射到平面上。實際上，camera obscura的字面意思就是「黑暗的房子」[3]。

古代學者如墨子留意到光線通過小孔可形成倒立影像[8][4][7]。亞里士多德在他的著作《論問題（英语：Problems (Aristotle)）》中，提及暗箱的概念[4]。海什木的文獻指出，假如陽光透過牆上的小孔，進入黑暗的房子，就能把房子外的景物投射在牆壁上。海什木利用針孔裝置，對日食進行觀察[4]。

在15世纪，艺术家開始利用暗箱作繪畫的輔助工具。布魯內萊斯基運用小孔成像原理進行臨摹[4]，開創透視繪畫法。這些針孔裝置，其工作原理，和現在被我們稱為針孔相機的工具，是完全一樣的。

攝影誕生後，把感光材料，例如相紙放進暗箱，暗箱就成了針孔相機。

原理

光線沿直線傳播。物體反射的光線，通過針孔，在成像面形成倒立的影像。針孔與成像面的距離，稱為焦距，以毫米或英吋標示[4]。針孔接近成像面，可拍攝廣角照片[4][9]。針孔遠離成像面，可拍攝遠攝照片[4][9]。

焦距越長，影像越大[4]。例如，焦距為75mm時，影像剛好覆蓋4x5英吋的底片[4]。焦距為150mm時，影像剛好覆蓋8x10英吋的底片[4]。另外，焦距越短，照片的暗角越明顯[10]。

一般而言，針孔越小，影像越清晰，但針孔太小，會導致衍射，反而令影像模糊[4]。

針孔的最佳直徑

據說，用來計算針孔的最佳直徑的公式，至少有50條[4]，但最早由 Joseph Petzval 於 19 世紀中葉提出，後續則被 Lord Rayleigh 完善其公式，並發表於 1989 年的自然期刊(Nature Journal)中，其公式如下：

其中，是焦距，是光的波長[11]。紅光的波長是700nm，綠光的波長是546nm，藍光的波長是436nm[11]。計算的時候，通常取紅光與綠光的波長的平均值，即623nm[11]。計算的時候，請把波長由nm轉換成mm。因為1nm等於10-6mm，所以623nm等於623x10-6mm。

以下是焦距為50mm的例子：

經四捨五入，可得出針孔的最佳直徑是0.25mm[11]。

光圈值的計算

主條目：光圈值

將焦距除以針孔直徑，可得到光圈值。以下是焦距為50mm、針孔直徑為0.25mm的例子：

可得出光圈值為f/200。

暗角的成因

針孔與相紙中央的距離近，與相紙四角的距離遠，這種距離上的差異，導致曝光不平均，形成暗角[5][12][13]。特別是廣角型的針孔相機，暗角尤其明顯[10][12]。解決方法之一，是放置相紙的時候，把相紙捲曲成橢圓面[13]。這樣，針孔與相紙的中央距離稍遠，與相紙四角的距離近，令相紙的中央和四角的曝光一致[13]。

另外，製作針孔的材料越厚，暗角越明顯[9][12]。一些較薄的材料，例如鋁箔，厚度只有0.012mm至0.015mm，比鋁罐（0.15mm）更薄[12]。市面有售的銅片，相對硬身，可以打磨，而且備有不同厚度，可按個人喜好選購[12]。

使用減光棒（dodging tool），也可以消除暗角[10][14]。假如用底片拍照，可以在暗房放相的時候，利用減光棒[10]。假如用相紙拍照，可以在拍攝的時候，利用減光棒[14]。

畫質的改善

使用尺寸較大的感光材料，可以改善畫質。

特性

針孔相機的拍攝作例之一，曝光時間為20分鐘。 （Ewan McGregor）

無限景深

針孔相機沒有鏡頭，因此不受景深限制，擁有無限景深。不論景物遠近，都有相同的清晰度[1][3][5]。換句話說，用針孔相機拍照，根本不用對焦[1]。

長時間曝光

由於進光量少，因此需要較長的曝光時間，例如數秒[5]，甚至數十分鐘[1]。為了拍出漂亮的照片，建議使用三腳架，或把針孔相機放在平穩的地方[4]。

典型的拍攝題材，除了靜止的物體，還有水的波動、被風吹動的花海、甚至是自拍肖像[4]。

眩光

用針孔相機拍照，照片容易出現眩光，特別是逆光的時候[15]。解決方法之一，是利用景物來遮擋太陽，例如樹木[15]。

自製針孔相機

用單鏡反光機改裝而成的針孔相機。

針孔相機可以自製。親手製作針孔相機，可以更了解相機的工作原理。製作不透光容器的材料，可以是黑色厚卡紙，也可以是鞋盒、鋁罐[16]、垃圾箱[17]、蔬菜[5]，甚至是一整棟建築[4]。

針孔片的製作

一般而言，用來製作針孔片的材料是金屬薄片，例如鋁箔[4][12]。鋁箔厚度只有0.012mm至0.015mm，較其他物料薄[12]，可以直接用針刺穿[4]，也可以把鋁箔夾在兩塊薄紙板之間，隔著薄紙板用針戳穿鋁箔，戳的時候還要轉動針尖，這樣出來的針孔會比較圓滑[18]。其他常見的材料，還包括銅片和鋁罐[4][12]。

用銅片製作針孔片，工序較複雜。先在銅片底下墊一塊紙板，然後用針鑽穿銅片[1]。接下來用砂紙打磨銅片的背面，把凸起的地方磨平，這個步驟非常重要，不能省略[1]。用放大鏡檢查針孔[1][4]，好的針孔應該呈圓形[3][18]，沒有任何金屬碎屑[4]，看起來相當光滑[4]。不光滑的針孔會引起光的衍射，令照片模糊[4]。

只要經過適當處理，鋁罐也可用來製作針孔，但過程具有一定危險性。首先，用剪刀把鋁罐的頂部和底部去掉，把罐身裁成長條狀，再剪成大小相同的方形鋁片備用，鋁片邊長20mm。製作針孔前，先用砂紙把鋁片磨薄[19]，但要當心，不要把鋁片磨破。在打磨過程中，經常用手指頭輕按鋁片，感受它的厚度變化。當鋁片變得非常薄的時候，就應該停止打磨。

用針尖慢慢的在鋁片上鑽孔，直至出現一個非常細的小孔，千萬不要用力向下壓[19]。同樣用砂紙打磨鋁片背部，用放大鏡檢查針孔[19]。如有需要，可重複鑽孔，直至針孔的大小合乎要求[19]。

消光作業

容器的內部反射會降低照片的反差[20]。把容器的內部塗黑，或貼上黑色的絨布，可提高照片的反差[20]。

相機的組裝

先把針孔片貼在不透光容器的內側，再安裝快門[4]。快門可以是一小片黑色膠帶[4]，也可以是簡單的活門[21]。茲以黑色膠帶為例。曝光時，掀起黑色膠帶，露出針孔。曝光完成後，再次用黑色膠帶遮蓋針孔。

在正式拍攝前，請檢查相機，確保沒有漏光。

漏光測試

檢測漏光的方法，是先把相紙放進相機，塗有感光劑的一面對著針孔[4]。接下來是把相機放在陽光下曝曬，時間為15至20分鐘，但不要打開快門[4]。曝曬其間，每隔一段時間，要轉動相機，讓陽光從不同的角度照片相機的每一面[4]。最後在有安全燈（英语：Safelight）的暗房檢查相紙的曝光情況[4]。如果相紙變灰甚至變黑，表示相機漏光[4]。

雖然是最笨但可能也是最有效的方法，也就是多拍幾卷(張)底片，將它們沖掃出來，辨認每一幅照片中光線的分佈，來研判漏光的所在位置，確認了之後可以將疑似漏光位置使用黑色膠布補強，再次進行拍攝，重複補強動作，直到拍出來的照片沒有奇怪的光線為止。

應用

藝術

日照軌跡

針孔相機的拍攝作例之二，曝光時間為6個月，記錄太陽的移動軌跡。 （ESO）

日照軌跡（Solargraphy）是一種記錄太陽在特定時間內移動軌跡的攝影方法[6][22][23]。拍攝日照軌跡需要很長的曝光時間，通常以月為單位，例如6個月[22]。把相紙放進針孔相機，在沒有使用顯影劑的情況下，產生影像[6][24]。

值得一題的是，儘管使用黑白相紙，最後獲得的卻是彩色照片[24]。經過6個月的曝光，相紙出現可見的負像。用掃瞄器將影像數碼化，在電腦上用軟件調較色彩平衡、反差、色相，最終轉化為彩色的正像照片[25]。

日照軌跡的概念，源於2000年波蘭一個叫Solaris的小組，這個小組的成員在2000年至2001年期間，率先拍攝日照軌跡照片[26][27]。至2002年，芬蘭女藝術家Tarja Trygg在波蘭出席一個國際攝影工作坊的時候，得悉這種攝影的存在。一位攝影師告訴她，在不同緯度的地方，日照軌跡也有不同，激發她的好奇心[26]。

為了獲得世界各地的日照軌跡，Tarja Trygg開始尋求別人的協助，最初是她的朋友，然後是任何人，最後成為一項超越國界的計劃，參與者來自世界各地。截至2010年2月，Tarja Trygg已收集到超過500張照片[6]。

大型照片

使用大型針孔相機，可以拍攝大尺寸的照片。例如，美國攝影師Chris Pinchbeck把一輛旅行拖車，當作針孔相機[4]。他主要在猶他州和緬因州拍攝風景照片，照片尺寸為30吋乘75吋[4]。值得一題的是，他的照片是直接正像（Direct positive），每一張都照片是獨一無二，而他當年所用的相紙和藥水現在已經停產。

在德國漢堡市，有清潔工人和攝影師攜手進行一項計劃，把1100公升的垃圾箱，改裝成針孔相機[17]。這個名為Trashcam Project的計劃，成員由7名工人和1名攝影師組成，由工人拍攝照片，攝影師僅提供意見及技術支援，例如沖洗照片。

工人把相紙放進相機，再把相機移到拍攝地點，為了更好的拍攝角度，更不惜把相機放在公共燒烤爐上[17]。曝光時間由6分鐘至1小時不等，主要以漢堡市的景物作拍攝對象[17]。

在香港，有團隊以鋁管和黑色膠袋，製作一部大型針孔相機，高2米，闊3米，深1米，需要逾10人搬運和安裝[3]。相機使用相紙作感光物料，先拍攝負像照片，再以接觸式印相，製作正像的照片[3]。由於使用卷裝黑白相紙，在顯影的時候，還要用自製的顯影盤[3]。

用這部相機拍攝的照片，高1.3米，闊2.3米，記錄了香港市區的風貌，游泳池、行車天橋和住宅大廈清晰可見[3]。據悉，由拍攝到完成作品，歷時數星期[3]。

世界之最

根據健力士紀錄，世上最大的針孔相機，高13.71米，闊48.76米，深24.38米，前身為一個飛機倉庫，位於美國加州一座軍事基地（英语：Marine Corps Air Station El Toro）[28]。用這部相機拍攝的照片，高9.62米[28]，闊33.83米[28]，稱為The Great Picture（英语：The Great Picture），於2006年7月8日[29]上午11時[30]拍攝，曝光時間為35分鐘[29]。相機的針孔直徑只有6毫米[28]。

據悉，是次拍攝為「遺產計劃」（Legacy Project）的一部分，該計劃由6名藝術家主導，透過照片記錄基地的面貌[29]。這座軍事基地自1990年代初關閉後，政客就如何使用這片土地展開連串爭辯，最終決定發展成一個公園（英语：Orange County Great Park），但仍無法改變基地荒廢的事實[29]。

攝影課程導師Jerry Burchfield和他的學生，決定到基地外圍拍照[29]。後來，藝術家Clayton Spada由中國回到美國，他建議把基地的其中一棟荒廢設施，改建成巨型針孔相機[29]。值得一題的是，這位藝術家在中國的時候，曾指導當地的學生拍攝大型照片[29]。

從2004年到2006年，團隊與美國政府談判，爭取基地設施的使用權[29]。經過歷時數月的準備，終於在2006年7月8日[29]早上11時[30]拍攝照片。由於拍攝機會只有一次，團隊在數天前進行多次試拍，決定曝光時間為35分鐘[29]。

照片的沖洗同樣工程浩大。一共有60名志願者參與照片的沖洗，他們只能在鈉燈的照明下工作，即使是手機發出的光，也足以令照片起霧（英语：Fogging (photography)）[30]。他們使用了逾千加侖的顯影劑和定影劑，洗水（英语：Washing (photography)）的過程還出動了消防喉。而照片本身是一塊特製的棉布，從德國進口[30]，由拍攝者以人手方式塗上明膠鹵化銀乳劑[31]。照片曾在加州多地展出，並於2011年3月在北京的中央美術學院展出[31]。

科學

拍攝核試

據悉，洛斯阿拉莫斯實驗室的科學家用針孔相機，拍攝1945年7月16日的一次核試[32][33]。

全球針孔攝影日

全球針孔攝影日（Worldwide Pinhole Photography Day）是一個國際性的節日，於每年四月最後一個星期天舉行[34]，以推廣及慶祝針孔攝影為宗旨[34]。

備註

參考資料

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延伸閱讀

外部連結

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