Pinhole 針孔攝影 -- 針孔成像歷史與原理 (進階)

　　本文一開始，照例炫耀一下自製針孔相機拍的照片，哈哈！這篇將會把針孔成像原理講得清楚一些，並延伸至針孔影像成敗的關鍵要素。趕快看下去！

針孔成像原理 (進階)
　
　　Maurice Pirenne是個生理學家及光學科學家。他長期研究藝術史，發現不論是使用一般人是用雙眼觀察或是文藝復興時期強調單眼固定視野的繪畫方法，都會創造出二維的繪畫作品（viewing two-dimensional paintings）感到好奇。因此他想要針對上面這個問題找出一個答案。

　　要能夠清楚呈現影像可能會碰到幾個問題：

　　第一個是必須要讓物體反射的光線可以進入，二來是必須讓進入的光線可以會聚成一個影像。

　　針孔相機與人體眼睛或是光學鏡頭最大的不同是在於進入的光線不會匯聚，而是以發散的方式式跑到成像屏上（如下圖，因為沒有鏡片的折射使光線偏折，所以不會匯聚，所以物體的一個點會形成一片較模糊的影像）;但是，如果孔徑夠小，則可以使進入的光線變得很有限（如上圖）而可以得到較清楚的影像。

　　針孔相機的成像是否清晰，與其孔徑大小有很大的關係，如上所述，若孔徑過大，會得到模糊的影像，從下面的範例我們可以得知：大的孔徑(f/22，下圖左上)，會得到相當模糊的影像，若光圈夠小(f/288，下圖右下)，就可得到非常清晰的影像。

　　看到這裡，我們應該會發現，要得到清晰優異的針孔影像，關鍵是在於針孔！說起來有點好笑，因為想也知道，針孔相機的成敗當然就在於針孔兩字，但可是有很多科學根據與學問的喔！


成功針孔影像之要素


(1)理想針孔
　　為了減少衍射對圖像所造成的影響，一個理想針孔的特點應該包括下列幾項:

1. 邊緣應盡可能的俐落(clean edge)。
2. 針孔的形狀不一定要正圓形，方型或是橢圓形的針孔具有一樣好的效果。(這點和管伯伯網頁不一樣，管伯伯網頁是認為要盡可能的圓)
3. 針孔邊緣的金屬應該要越薄越好。
4. 因為雷射鑽通的針孔會導致管道(tunnel)，所以要用磨砂紙使其變薄。
5. 做為攝影使用時，microdrilled和laser-drilled針孔在影效上呈現的銳利度是差不多的。

(2)曝光與針孔大小的關係
1. 光的強度會因距離越遠而降低。例如：一個4 inch的焦距(意指針孔洞到底片的距離)比3 inch的焦距需要更多的曝光量，我們可以藉由更改針孔大小來調整，因此選擇適當的針孔大小很重要。

2. 隨著focal length增加，針孔的直徑也要增加。對於每一個焦距，都有一個相對應的最佳針孔直徑。Robert Mikrut 與 Kenneth A. Connors 有製作出Time-Rel表格，說明了各種焦距與對映最佳針孔直徑。若針孔太大的焦距，圖像會模糊。若針孔是非常小，成像也會變得微弱和模糊，因為光不能正常通過針孔。（這部份後面會有更詳細的說明）


關於如何得到清晰的影像，以及針孔大小與焦距計算原理，將在下一篇更深入的探討，敬請期待。

--本文共同作者：正正好　老府　Gaga　
　　　　　　　   Jokery　 小白　小喬　小草

參考資料：

1. Pinhole寫真術，日本CAMERA社，逸見仁 編輯，株式會社-日本CAMERA社 發行,2007
2. A World History of Photography- Naomi Rosenblum，ABBE VILLE PRESS，4th ed.，2008
3. Pinhole Photography : From Historic Technique to Digital Application Fourth Edition, Eric Renner, Focal Press publications 2009
4. Plastic Cameras: Toying with Creativity, Michelle Bates, Focal Press, 2006
5. Adventures with Pinhole and Home-Made Cameras , John Evans , RotoVision;, 2003