Cámara estenopeica

Una cámara estenopeica es una cámara sencilla sin lente pero con una abertura diminuta (el llamado agujero estenopeico ), que es en realidad una caja a prueba de luz con un pequeño orificio en un lado. La luz de una escena pasa a través de la abertura y proyecta una imagen invertida en el lado opuesto de la caja, lo que se conoce como efecto de cámara oscura . El tamaño de las imágenes depende de la distancia entre el objeto y el agujero estenopeico.

El último domingo de abril de cada año se celebra el Día Mundial de la Fotografía Estenopeica. ^[1]

La cámara oscura o imagen estenopeica es un fenómeno óptico natural. Las primeras descripciones conocidas se encuentran en los escritos chinos Mozi (hacia el año 500 a. C.) ^{[2] y en los} Problemas aristotélicos (hacia el año 300 a. C. – 600 d. C.). ^[3]

Ibn al-Haytham (965–1039), un físico árabe también conocido como Alhazen, describió el efecto de la cámara oscura. A lo largo de los siglos, otros comenzaron a experimentar con él, principalmente en habitaciones oscuras con una pequeña abertura en las contraventanas, sobre todo para estudiar la naturaleza de la luz y observar eclipses solares de forma segura . ^[5]

Giambattista Della Porta escribió en 1558 en su Magia Naturalis sobre el uso de un espejo cóncavo para proyectar la imagen sobre el papel y usarlo como una ayuda para dibujar. ^[6] Sin embargo, casi al mismo tiempo, se introdujo el uso de una lente en lugar de un agujero estenopeico. En el siglo XVII, la cámara oscura con una lente se convirtió en una ayuda de dibujo popular que luego se desarrolló hasta convertirse en un dispositivo móvil, primero en una pequeña tienda de campaña y luego en una caja. La cámara fotográfica , tal como se desarrolló a principios del siglo XIX, fue básicamente una adaptación de la cámara oscura tipo caja con una lente.

El término "agujero de alfiler" en el contexto de la óptica se encontró en el libro de James Ferguson de 1764 Lectures on select subjects in mechanics, hydrostatics, Pneumatics, and optics . ^{[7] [8]}

La primera descripción conocida de la fotografía estenopeica se encuentra en el libro The Stereoscope (El estereoscopio) de 1856 del inventor escocés David Brewster , que incluye la descripción de la idea como "una cámara sin lentes y con solo un agujero estenopeico".

Sir William Crookes y William de Wiveleslie Abney fueron otros de los primeros fotógrafos que probaron la técnica del estenopo. ^[9]

Según el inventor William Kennedy Dickson , los primeros experimentos dirigidos a las imágenes en movimiento por parte de Thomas Edison y sus investigadores tuvieron lugar alrededor de 1887 e implicaban "fotografías microscópicas de precisión, colocadas en una carcasa cilíndrica". El tamaño del cilindro se correspondía con el cilindro de su fonógrafo , ya que querían combinar las imágenes en movimiento con grabaciones de sonido. Surgieron problemas para grabar imágenes claras "con una velocidad fenomenal" y la "grosería" de la emulsión fotográfica cuando se ampliaban las imágenes. Las fotografías microscópicas de precisión se abandonaron pronto. ^[10] En 1893 se introdujo finalmente el kinetoscopio con imágenes en movimiento en tiras de película de celuloide. La cámara que grababa las imágenes, denominada kinetógrafo , estaba equipada con una lente.

Eugène Estanave experimentó con la fotografía integral , exponiendo un resultado en 1925 y publicando sus hallazgos en La Nature . Después de 1930 decidió continuar sus experimentos con agujeros estenopeicos en sustitución de la pantalla lenticular. ^[11]

La imagen de una cámara estenopeica se puede proyectar en una pantalla translúcida para verla en tiempo real (se utiliza para observar eclipses solares de forma segura) o para calcar la imagen en papel. Pero lo más frecuente es que se utilice sin pantalla translúcida para la fotografía estenopeica con película fotográfica o papel fotográfico colocado en la superficie opuesta a la abertura del orificio estenopeico.

Un uso común de la fotografía estenopeica es capturar el movimiento del sol durante un largo período de tiempo. Este tipo de fotografía se denomina solarigrafía . La fotografía estenopeica se utiliza por razones artísticas, pero también con fines educativos para que los alumnos aprendan y experimenten con los conceptos básicos de la fotografía.

Las cámaras estenopeicas con CCD ( dispositivos de carga acoplada ) se utilizan a veces para vigilancia porque son difíciles de detectar.

Las cámaras relacionadas, los dispositivos de formación de imágenes o los desarrollos derivados de ellos incluyen la cámara estenopeica de campo amplio de Franke, la cámara pinspeck y el espejo de cabeza de alfiler .

La fabricación moderna ha permitido la producción de lentes estenopeicas de alta calidad ^[12] que se pueden aplicar a cámaras digitales.

Las cámaras estenopeicas pueden ser fabricadas a mano por el fotógrafo para un propósito particular. En su forma más simple, la cámara fotográfica estenopeica puede consistir en una caja hermética con un agujero en un extremo y un trozo de película o papel fotográfico encajado o pegado con cinta adhesiva en el otro extremo. Una solapa de cartón con una bisagra de cinta se puede utilizar como obturador. El agujero se puede perforar o taladrar con una aguja de coser o una broca de diámetro pequeño a través de un trozo de papel de aluminio o una lámina fina de aluminio o latón. Luego, este trozo se pega con cinta adhesiva al interior de la caja hermética detrás de un agujero cortado en la caja. Un recipiente cilíndrico con un extremo completamente abierto y el cerrado con un agujero perforado se puede convertir entonces en una cámara estenopeica.

El interior de una cámara estenopeica eficaz es negro para evitar cualquier reflejo de la luz entrante sobre el material fotográfico o la pantalla de visualización. ^[13]

Las cámaras estenopeicas se pueden construir con un soporte de película deslizante o un respaldo para que se pueda ajustar la distancia entre la película y el orificio. Esto permite cambiar el ángulo de visión de la cámara y también la relación f-stop efectiva de la cámara. Acercar la película al orificio dará como resultado un campo de visión de gran angular y un tiempo de exposición más corto. Alejarla del orificio dará como resultado un teleobjetivo o una visión de ángulo estrecho y un tiempo de exposición más largo.

Las cámaras estenopeicas también se pueden construir reemplazando el conjunto de lentes de una cámara convencional por una estenopeica. En particular, las cámaras compactas de 35 mm cuyo conjunto de enfoque y lentes se han dañado se pueden reutilizar como cámaras estenopeicas, manteniendo el uso del obturador y los mecanismos de bobinado de película. Como resultado del enorme aumento del número f , manteniendo el mismo tiempo de exposición, se debe utilizar una película rápida bajo la luz solar directa.

Se pueden utilizar estenopos (caseros o comerciales) en lugar de la lente en una SLR. El uso con una SLR digital permite la medición y la composición por ensayo y error, y es prácticamente gratuito, por lo que es una forma popular de probar la fotografía estenopeica. ^[14]

Hasta cierto punto, cuanto más pequeño sea el orificio, más nítida será la imagen, pero más tenue será la imagen proyectada. Lo óptimo es que el tamaño de la abertura sea 1/100 o menos de la distancia entre ella y la imagen proyectada.

Dentro de ciertos límites, un pequeño orificio a través de una superficie delgada dará como resultado una resolución de imagen más nítida porque el círculo de confusión proyectado en el plano de la imagen es prácticamente del mismo tamaño que el orificio. Sin embargo, un orificio extremadamente pequeño puede producir efectos de difracción significativos y una imagen menos clara debido a las propiedades ondulatorias de la luz. ^[15] Además, se produce viñeteado a medida que el diámetro del orificio se acerca al espesor del material en el que se perfora, porque los lados del orificio obstruyen la entrada de luz en cualquier ángulo que no sea de 90 grados.

El mejor estenopo es el que tiene una forma perfectamente redonda (ya que las irregularidades provocan efectos de difracción de orden superior) y está fabricado en una pieza de material extremadamente fina. Los estenopos producidos industrialmente se benefician del grabado láser , pero un aficionado puede producir estenopos de calidad suficientemente alta para trabajos fotográficos.

Joseph Petzval publicó por primera vez en 1857 un método para calcular el diámetro óptimo del orificio. El diámetro más pequeño posible del punto de imagen y, por lo tanto, la resolución de imagen más alta posible y la imagen más nítida se dan cuando: ^[16]

${\displaystyle d={\sqrt {2}}{\sqrt {f\lambda }}=1,41{\sqrt {f\lambda }}}$

(Donde d es el diámetro del orificio, f es la distancia desde el orificio hasta el plano de la imagen o “distancia focal” y λ es la longitud de onda de la luz).

El primero en aplicar la teoría ondulatoria al problema fue Lord Rayleigh en 1891. Pero debido a algunas deducciones incorrectas y arbitrarias llegó a: ^[17]

${\displaystyle d=2{\sqrt {f\lambda }}}$

Así que su agujero estenopeico óptimo era aproximadamente 1/3 más grande que el de Petzval.

El óptimo correcto se puede encontrar con la aproximación de Fraunhofer del patrón de difracción detrás de una apertura circular en:

${\displaystyle d={\sqrt {2.44}}{\sqrt {f\lambda }}=1.562{\sqrt {f\lambda }}}$

Esto puede abreviarse a: (Cuando d y f en milímetros y λ = 550 nm = 0,00055 mm, correspondiente a amarillo-verde).${\displaystyle d=0,0366{\sqrt {f}}}$

Para una distancia entre el orificio y la película de 1 pulgada o 25,4 mm, esto equivale a un orificio de 0,185 mm (185 micrones) de diámetro. Para f = 50 mm, el diámetro óptimo es 0,259 mm.

La profundidad de campo es básicamente infinita , pero esto no significa que no se produzcan desenfoques ópticos. La profundidad de campo infinita significa que el desenfoque de la imagen no depende de la distancia del objeto sino de otros factores, como la distancia desde la abertura hasta el plano de la película , el tamaño de la abertura, la(s) longitud(es) de onda de la fuente de luz y el movimiento del sujeto o el lienzo. Además, la fotografía estenopeica no puede evitar los efectos de la neblina .

En la década de 1970, Young midió el límite de resolución de la cámara estenopeica en función del diámetro del agujero estenopeico ^[18] y más tarde publicó un tutorial en The Physics Teacher . ^[19] En parte para permitir una variedad de diámetros y longitudes focales, definió dos variables normalizadas: el límite de resolución dividido por el radio del agujero estenopeico y la longitud focal dividida por la cantidad s ² /λ, donde s es el radio del agujero estenopeico y λ es la longitud de onda de la luz, típicamente alrededor de 550 nm. Sus resultados se representan gráficamente en la figura.

En el lado izquierdo del gráfico, el agujero estenopeico es grande y se aplica la óptica geométrica; el límite de resolución es de aproximadamente 1,5 veces el radio del agujero estenopeico. (La resolución espuria también se ve en el límite de la óptica geométrica). En el lado derecho, el agujero estenopeico es pequeño y se aplica la difracción de Fraunhofer ; el límite de resolución viene dado por la fórmula de difracción de campo lejano que se muestra en el gráfico y ahora aumenta a medida que el agujero estenopeico se hace más pequeño. En esta fórmula, se utiliza el radio del agujero estenopeico en lugar de su diámetro, por eso la constante es 0,61 en lugar del 1,22 más habitual. En la región de difracción de campo cercano (o difracción de Fresnel ), el agujero estenopeico enfoca la luz ligeramente y el límite de resolución se minimiza cuando la longitud focal f (la distancia entre el agujero estenopeico y el plano de la película) viene dada por f = s ² /λ. A esta longitud focal, el agujero estenopeico enfoca la luz ligeramente y el límite de resolución es de aproximadamente 2/3 del radio del agujero estenopeico. El orificio estenopeico, en este caso, es equivalente a una placa de zona de Fresnel con una sola zona. El valor s ² /λ es en cierto sentido la longitud focal natural del orificio estenopeico. ^{[ cita requerida ]}

La relación f = s ² / λ produce un diámetro de orificio óptimo d = 2 √ fλ , por lo que el valor experimental difiere ligeramente de la estimación de Petzval, anterior.

El número f de la cámara se puede calcular dividiendo la distancia desde el orificio hasta el plano de imagen (la distancia focal ) por el diámetro del orificio. Por ejemplo, una cámara con un orificio de 0,5 mm de diámetro y una distancia focal de 50 mm tendría un número f de 50/0,5 o 100 ( f /100 en notación convencional).

Debido al gran número f de una cámara estenopeica, las exposiciones a menudo encontrarán fallas de reciprocidad . ^[20] Una vez que el tiempo de exposición ha excedido aproximadamente 1 segundo para película o 30 segundos para papel, uno debe compensar la ruptura en la respuesta lineal de la película/papel a la intensidad de la iluminación utilizando exposiciones más prolongadas.

Las exposiciones proyectadas sobre una película fotográfica moderna sensible a la luz pueden variar normalmente entre cinco segundos y varias horas, y las cámaras estenopeicas más pequeñas requieren exposiciones más prolongadas para producir una imagen del mismo tamaño. Como una cámara estenopeica requiere una exposición prolongada, su obturador puede operarse manualmente, como con una solapa hecha de material opaco para cubrir y descubrir el orificio.

A veces puede producirse de forma natural un efecto de cámara estenopeica. Los pequeños "agujeros" formados por los espacios entre las hojas superpuestas de los árboles crearán imágenes de réplicas del sol en superficies planas. Durante un eclipse , esto produce pequeñas medialunas en el caso de un eclipse parcial , o anillos huecos en el caso de un eclipse anular . Las bolas de discoteca también pueden funcionar como cámaras estenopeicas reflectantes naturales (también conocidas como espejos con forma de cabeza de alfiler ). ^[21]

• Billy Infantil
• George Davison
• Bárbara Ess
• Lobo Howard
• Steven Pippin
• Jesse Richards

Fotografía alternativa
Derivación del blanqueador Proceso de bromoil Procesamiento cruzado Cianotipo Exposición doble Goma bicromatada Infrarrojo Proceso de impresión al óleo Agujero de alfiler Proceso de platino Arte Polaroid Escama roja Orificio de la rueda dentada A través del visor Viraje Ultravioleta
en a mi

• Cámara oscura (normalmente utiliza una lente)
• Dirkon
• Henry Fox Talbot
• Ibn al-Haytham
• Nautilus (cuyo ojo estenopeico funciona como una cámara oscura)
• Modelo de cámara estenopeica
• Gafas con agujeros
• Oclusor estenopeico , un dispositivo similar utilizado por los oftalmólogos
• Filtro espacial
• La gran imagen
• Placa de zona

• Renner, Eric (2012). Fotografía estenopeica: de la técnica histórica a la aplicación digital . CRC Press. ISBN 978-1-136-09534-4.
• Handojo, Andrianto (15 de octubre de 1989). "Observación del eclipse solar: algunos dispositivos sencillos". Óptica Aplicada . 28 (20): 4293–4297. Bibcode :1989ApOpt..28.4293H. doi :10.1364/AO.28.004293. PMID  20555865.
• Maithong, Wiraporn; Pancharoen, Warisa (2020). "Creación de una cámara estenopeica para el eclipse solar mediante la educación STEM". 2020 5.ª Conferencia Internacional de Educación STEM (ISTEM-Ed) . págs. 131–133. doi :10.1109/iSTEM-Ed50324.2020.9332718. ISBN 978-1-7281-9570-4.
• Straker, Stephen (1981). «Kepler, Tycho y la «parte óptica de la astronomía»: la génesis de la teoría de Kepler sobre las imágenes estenopeicas». Archivo de Historia de las Ciencias Exactas . 24 (4): 267–293. doi :10.1007/BF00357311.
• Bakich, Michael E. (2016). "Proyectos para observar el Sol (y el eclipse)". Su guía para el eclipse solar total de 2017. Serie de astronomía práctica de Patrick Moore. págs. 195–221. doi :10.1007/978-3-319-27632-8_18. ISBN 978-3-319-27630-4.

Medios relacionados con Cámaras estenopeicas en Wikimedia Commons

• agujero de alfiler.cz
• Fotografía estenopeica de Vladimir Zivkovic
• Sitio web del Día Mundial de la Fotografía Estenopeica
• Una forma sencilla de convertir una DSLR en una cámara estenopeica
• Calculadoras de diseño de cámaras y fotografía estenopeica
• Oregon Art Beat: fotografías estenopeicas de Zeb Andrews
• Proyecto de cámara estenopeica de la Guerra Civil 150 de Michael Falco
• https://vaidasphotos.com/pinhole