XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Пинхол-камера из жестяной банки для соларографии: создаем интересные снимки при помощи солнца

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Иванов Г.И. 1

---

1МБОУ "Средняя общеобразовательная школа № 50" г. Чебоксары

Львова А.Б. 1

---

1МБОУ "Средняя общеобразовательная школа № 50" г. Чебоксары

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность. Все мы любим наблюдать за Солнцем. А что, если бы мы могли запечатлеть его движение не просто на фотографиях, а в виде длинных загадочных следов на бумаге? Это возможно благодаря соларографии — методу, использующему пинхол-камеру (или камеру-обскуру). Кроме солнечных треков (следы движения солнца) получаются очень интересные фотоснимки.

Однажды я посмотрел серию мультсериала «Смешарики: Пин-код» под названием «Светосила искусства». Оказывается, свет влияет на наше восприятие. С его помощью можно создавать произведения искусства. Для этого необходима камера-обскура. Это меня очень удивило и заинтересовало. Начал искать информацию о камерах-обскурах, узнал о существовании целого направления в фотоискусстве под названием «соларография».

Цель исследования: используя пинхол-камеру из жестяной банки методом соларографии создать необычные снимки.

Гипотеза: я предполагаю, что, используя кпинхол-камеру из жестяной банки, смогу создать соларографические снимки.

Объект исследования: Пинхол-камера из жестяной банки, изготовленная для соларографии.

Предмет исследования: соларография при помощи домашней пинхол-камеры.

Задачи исследования:

• Изучить устройство камеры-обскуры, пинхол-камеры и основы метода соларографии.

• Создать свою камеру-обскуру (пинхол-камеру) из жестяной банки..

• Создать соларографические изображения с длительной экспозицией.

• Проанализировать факторы, влияющие на конечный результат.

• Провести анкетирование среди учеников.

• Выступить перед одноклассниками.

• Сделать выводы.

Методы исследования: теоретические, практические, опрос.

Продолжительность исследования на данном этапе полгода. В целом исследование рассчитано не менее, чем на год.

Теоретическая и практическая значимость в том, что за движением Солнца можно наблюдать и по фотографиям, сделанным методом соларографии. Моя работа может быть использована на классных часах, на экскурсиях, на уроках не только в начальной школе. Это интересно и старшеклассникам, и учителям.

I. Изучаем теорию

Перед выполнение любой работы необходимо изучить теорию: различную литературу. С учителем обратились за помощью в школьную библиотеку. Просмотрели разные словари, но, к сожалению, не получилось найти материала. Лишь только по Англо-русскому словарю узнали, что «solar» переводится «солнечный». [9] Поэтому в основном нам помогали интернет-источники.

1.1. Камера-обскура – прототип пинхол-камеры

Все сегодня знают про такое чудесное изобретение, как фотоаппарат. Многие знают принцип устройства сего изобретения. Но не все знаю откуда современные фотоаппараты взяли своё начало.

Ка́мера-обску́ра (лат. camera obscūra — «тёмная комната») — простейший вид устройства, позволяющего получать оптическое изображение объектов. [6]

Камера-обскура представляет собой светонепроницаемый ящик, в одной из стенок которого проделано отверстие. Лучи света, проходя через это отверстие, создают перевернутое изображение на противоположной стенке камеры. (Приложение 1)

Это устройство связано с именем арабского ученого  Ибн аль-Хайсам (Альхазен), давшего в XI веке первое чёткое описание действия камеры-обскуры, которую он использовал в своих наблюдениях за Солнцем. [3] Первые упоминания о камере-обскуре встречаются ещё в V—IV веке до н. э. (Приложение 1)

В последующем, помимо ученых (исследовавших природу света и небесные тела), данным устройством заинтересовались художники. Добавив к устройству оптические линзы, увеличивающие яркость и резкость изображения, они обводили проецируемую картинку, получая рисунок с потрясающей детализацией. Первая камера обскура, использованная для написания художественных полотен, была создана Леонардо да Винчи. [3]

Начиная с XIX века изобретатели из разных стран начали проводить эксперименты по закреплению изображения на светочувствительных материалах, пройдя путь от фотопластинок до фотоплёнки. С открытием светочувствительных элементов изображение в подобных устройствах стало сохраняться на фотобумаге «само». Так, пройдя множество этапов развития, мы получили портативную камеру-обскуру - фотоаппарат. [3]

Точнее, камера-обскура эволюционировала в стеноп-камеру (фотографический аппарат без объектива, роль которого выполняет малое отверстие), а уже из неё в современные фотоаппараты. [3]

Развитие камер-обскур пошло двумя путями. Первое направление – создание портативных камер. С развитием оптики объективы усложнялись, а после изобретения светочувствительных материалов камеры-обскуры стали фотоаппаратами. Второе направление развития камер-обскур – создание специальных комнат. Раньше и сейчас такие комнаты используются для развлечения и обучения. Камеры-обскуры установлены во многих городах мира. Камеры устанавливаются на крышах и проецируют вид с них. [10]

Пинхол камера (англ. pinhole от pin «булавка» + hole «отверстие») — камера или объектив, работающая по принципу камеры-обскура. По своей сути просто уменьшенная “камера обскура”. Это такое же устройство с дыркой на месте объектива. [1] Крайне простое и примитивное по своей сути. Свет поступает через крошечное отверстие на светочувствительный материал или устройство (Пленка или матрица фотоаппарата) и делает рисунок. Из чего чаще всего делают пинхол-камеры: из спичечных коробков; из картонных коробок; из алюминиевых банок. [8] (Приложение 2)

В 1865 году Шотландский физик Дэвид Брюстер ввел термин «пинхол», сделав фотографию на десятиминутной выдержке через отверстие диаметром менее сотой части дюйма. [8] 

Как выглядят пинхол фотографии? В отличии от фотоаппаратов с линзами, свет не фокусируется на пленке и изображение получается несколько размытым. Степень размытости регулируется размером отверстия, оно не должно быть как слишком большим, так и слишком маленьким. Сейчас оптимальным размером считается 0,5-1 мм в диаметре, для качественных снимков края отверстия должны быть четкими. [8]

Снимки на такие камеры непредсказуемы, но это как раз и считается одной из привлекательных особенностей пинхол-фотографий.

Как сделать камеру пинхол своими руками? На примере из спичечного коробка.

1. На верхней части коробка проделываем отверстие диаметром 5-10 мм и заклеиваем его фольгой или черной изолентой.

2. Делаем в фольге тонкое отверстие иглой. 

3. Делаем из картона заслон, который будет закрывать отверстие до момента съемки.

4. В полной темноте помещаем внутрь коробка пленку. Можно изучить механизмы перемотки пленки или использовать ее по одному кадру.

5. Чтобы сделать снимок, установите камеру на устойчивую поверхность и отодвиньте затвор. Оптимальную выдержку можно высчитать на практике или узнать с помощью специальных мобильных приложений, посвященных пинхол-камерам. [8] 

Вывод: камера-обскура и пинхол-камера – устройства для выполнения снимков, изображений при помощи света (движения солнца).

1.2. Соларография – это интересно

Соларография — техника создания фотографий с большим (доходящим до нескольких лет) временем выдержки. Метод позволяет фиксировать движение и траекторию солнца на протяжении многих дней, месяцев или даже нескольких лет. [5]

Метод основывается на использовании простейших устройств — пинхол-камер. Это самодельные камеры, сделанные из подручных материалов (жестяные банки, картонные коробки, пластиковые контейнеры). Свет проникает через небольшое отверстие (пинхол) в стенке камеры и проецируется на светочувствительный материал внутри. В отличие от традиционных камер, в пинхоле отсутствует объектив, что придаёт изображениям характерную мягкость и нерезкость. [5] 

Датой возникновения этой техники считается 1999 год, когда фотографы Славомир Децик и Павел Кула (Польша) и Диего Лопес Калвин (Испания) провели опыты по самопроявке фотобумаги. [5] 

Из-за большой выдержки единственным движущимся объектом, который фиксируется на бумаге, является Солнце. На снимках отображаются солнечные треки, длина и характер которых зависят от высоты солнца над горизонтом и облачности. (Приложение 3)

Полученное изображение является нестойким, так как под действием света фотобумага темнеет, поэтому его нужно отсканировать на сканере или переснять цифровым фотоаппаратом. [5]  

Вывод: соларография — метод создания фотографий с большим временем выдержки, фиксирующий также движение и траекторию солнца.

II. Практическая часть исследования «Мой первый опыт в соларографии»

2.1. Моя пинхол-камера из жестяной банки

Просмотр мультфиьма «Сила света» от Смешариков меня вдохновил на создание собственной пинхол-камеры. В течение все работы моими помощниками были родители.

Кроме этого много интересного про соларографию и создании пинхол-камеры узнал в сообществе «Соларография» в социальной сети Вконтакте. Соларография – съемка на сверхдлинных выдержках с самопроявкой фотобумаги. [1]  

Камерой может служить коробка, непрозрачная банка или любой другой предмет, в который нужно поместить лист фотобумаги нужного размера и проделать отверстие для света. [2]  

Свою работу я разбил на несколько этапов:

1. Изучение теории:

- Разобраться в основах соларографии и процесса проявления изображения.

- Исследовать научные статьи и ресурсы по теме.

- Подготовка материалов:

2. Создать несколько простых пинхол-камер (камер-обскур) из банок.

- Подготовить фотобумагу

- Обеспечить темное место для загрузки фотобумаги в камеры.

- Подготовить защищенное место для установки камер.

3. Проведение экспериментов:

- Установить камеры-обскуры в выбранном месте на срок 6 месяцев, 1 год.

- Соблюдать одинаковые условия установки для каждой камеры.

4. Обработка результатов:

- Аккуратно извлечь фотобумагу из камер в темном помещении.

- Отсканировать полученные изображения.

- Используя графический редактор корректировать изображения.

5. Анализ и выводы:

- Описать различия в яркости и длине треков Солнца.

- Сделать выводы о движении Солнца на основе полученных изображений.

Для работы понадобились следующие материалы и оборудование:

• Банки для камер-обскур.

• Клейкая лента.

• Черно-белая фотобумага.

• Сканер.

• Компьютер с графическим редактором.

• Темное помещение для загрузки и выгрузки фотобумаги.

• Защищенное место для установки камер.

Подготовка камер-обскур. Первая сложность заключалась в том, чтобы найти целые и непомятые металлические банки от неполезных напитков, которые в нашей семье не употребляются. На это ушла целая прогулка! Банки тщательно отмыли, высушили. По рекомендациям из интернета верхушку банки не срезали. Шлифмашинкой сточили верхнюю кромку, после этой процедуры верхняя крышка с отверстием легко убирается. Таким образом мы сохраняем у банки верхнее ребро жесткости для большей прочности. (Приложение 4)

Крышки сделали из других банок, просто отрезав примерно 1/3 банки вместе с донышком. Внутреннюю поверхность банок и их самодельных крышек покрасили черной матовой аэрозольной краской, чтобы исключить отражение солнечных лучей от блестящих стенок.

Дальше нам нужно было изготовить объектив. Для этого в стенке банки аккуратно канцелярским ножом прорезали квадрат примерно 1x1 см. Из оставшихся после изготовления крышек разрезанных банок вырезали отдельные заплатки в виде квадратов 2x2 см. Именно в этих заплатках и проткнули отверстие кончиком тонкой иглы. Края отверстий нужно было зашкурить мягкой шкуркой, чтобы край был идеально ровный, без заусенец, а само отверстие имело ровную круглую форму. После этого заплатку с отверстием нужно было совместить с прорезанным квадратом на самой банке так, чтобы объектив оказался примерно в центре прорезанного в стенке банки квадрата. И все это мы зафиксировали крепким армированным скотчем. Почему мы не делали отверстие иглой в самой банке? Дело в том, что пытаясь проткнуть стенку банки, можно повредить камеру, помять ее. Отшлифовать края отверстия тоже легче на отдельной делали, а не на самой стенке нашей камеры.Временно заклеиваем объектив черной изолентой, потому что свет не должен проникать в банку раньше, чем мы начнем эксперимент с солнцем.

Напротив отверстия ставится фоточувствительный материал. Обычно это матовая черно-белая фотобумага: не та, которую используют для принтеров, а светочувствительная, на которой раньше в ванных комнатах печатали фотографии при красном свете. При таких сверхдлительных выдержках негативное изображение на фотобумаге появляется само без проявки. [4]  

Наступило время одного из самых ответственных моментов. Для соларографии используется светочувствительная фотобумага, поэтому достать лист из пачки, вырезать нужный размер под камеру и установить фотобумагу в камеру нужно в полной темноте. Единственным источником света может быть красная фотолампа, но такой у нас не было, поэтому мы просто заклеили красной изолентой фонарик на телефоне и работали при таком минимальном освещении. Найти современную светочувствительную фотобумагу довольно сложно, да и стоит она немалых денег. Обычная бумага для фотопринтера не подойдет, она не реагирует на свет. На форумах по соларографии мы выяснили, что годится и старая фотобумага производства СССР, главное, чтобы она хранилась в сухом помещении в закрытой упаковке. На платформе Авито мы с рук купили на пробу два разных вида: фотографическую бумагу Переславского химического завода «Бромпортрет» 1984 года выпуска и Красноярского завода светочувствительных материалов «Унибром» 1989 года выпуска. В ванной комнате при красном свете фонарика мы вырезали кусок фотобумаги, который поместился бы внутри банки. Осторожно вставили фотобумагу в банку и закрепили её изолентой за края так, чтобы светочувствительная сторона была направлена к отверстию. Плотно закрыли банку крышкой и зафиксировали ее изолентой. Отверстие-объектив все еще, естественно, заклеено черной изолентой. Теперь наша камера была готова!

Установка камер. Желательно установить камеру на южной стороне на открытом месте, чтобы на нее всегда попадало солнце. Самым идеальным местом мы посчитали наш балкон. Банки мы приклеили армированным скотчем прямо на стекло снаружи. Отверстие-объектив должно смотреть на объект, который мы хотим запечатлеть. В нашем случае это соседняя с домом школа. Изоленту, закрывающую объектив, теперь можно было убрать.

Еще одну камеру мы зафиксировали на дереве на своем дачном участке . Но так как провисеть камеры должны были до зимы, мы не были до конца уверены в том, что сможем ее забрать. Дороги в дачном массиве чистят от снега редко, добраться иногда бывает проблематично. Поэтому основными своими камерами мы считали именно те, что установили на балконе в квартире. (Приложение 5)

Чем дольше будет висеть камера, тем лучше будет результат. Поэтому мы решили, что камеры провисят примерно полгода. 25 июля мы их установили, сняли 3 января. В каждой камере – разный вид бумаги, очень было интересно, будет ли и результат разным при одинаковых условиях и времени экспозиции.

Вывод: у меня получилось сделатьпинхол-камеру из жестяной банки.

2.2. Эксперимент удался: мои первые снимки

Прошло 5 месяцев и 10 дней. Камеры, установленные на балконе, мы сняли, предварительно снова заклеив отверстие черной изолентой. В полной темноте вскрыли банки и достали оттуда фотобумагу. Завернули в темную ткань и положили глубоко в шкаф на сутки, чтобы бумага немного просохла, потому что наверняка через объектив в банку попадала влага. Дальше нужно было отсканировать полученные снимки. Здесь мне, конечно, вновь понадобилась помощь взрослых. Перенести фото из шкафа в сканер тоже нужно было в полнейшей темноте. Сканирование можно провести лишь один раз для каждого снимка, потому что бумага при сканировании засвечивается. Поэтому надо тщательно настроить весь процесс, проверить все параметры сканера.

На промежуточном этапе результат не очень впечатляющий. Это лишь негатив фото. Теперь его нужно инвертировать, т.е. все светлые цвета обратить в темные и наоборот. Для этого нужен фоторедактор, в нашем случае Photoshop. В чем мне помогли взрослые. Объект, на который были направлены моей пинхол-камеры: крыша лицея №4, деревья и девятиэтажные дома на заднем фоне.

В целом результат впечатляющий. Это настоящая магия! Два разных вида бумаги дали разные результаты, и оба они прекрасны. Напомню, что бумага использовалась черно-белая, произведенная больше 30 лет назад. Но и та, и другая в итоге дала цветное фото! (Приложение 6). На одной фотографии лучше отобразились объекты, а на другой

фотографии четче виден ход солнца.

Результат впечатляющий и неожиданный. На первой фотографии практически не видны осенние солнечные треки. Видимо, бумага чувствительна только к яркому свету.

С помощью соларографии мы можем увидеть, как Солнце движется по небу, как меняется его яркость и как меняется день в течение года. Зимой дни короче, а летом — длиннее. Соответственно и продолжительность солнечных суток будет разной в разные времена года. Мы можем увидеть, что каждый день Солнце немного отличается от предыдущего. Это как секретное послание от Солнца!

P.S.: Интересный факт во время работы. Та камера, которая была установлена за городом, пострадала от клювов пернатых хулиганов! Видимо, блестящая поверхность привлекла птиц, которые зимой озабочены поиском пропитания. Напрашивается такой вывод: если мы не можем ежедневно контролировать состояние камеры, то ее нужно тщательно замаскировать при установке. (Приложение 7)

Вывод: получились свои соларографические снимки.

2.3. Анкетирование

В своем 1 классе, а также в 11 классе для сравнения, я провел анкетирование. Знакомы ли ученики с пинхол-камерой, камерой-обскурой? Знают ли что-либо о соларографии? Были опрошены 32 ученика 1В класса и 27 учеников 11 клкасса школы № 50 г. Чебоксары. Результат показал, что никто не знает о таких камерах и соларографии ничего. Удивительно, что и старшеклассники не знают ничего. Только один одиннадцатиклассник ответил, что камера-обскура – это далекий аналог фотоаппарата. (Приложение 8)

Поэтому я выступил в своем классе со своей работой. Но сначала детям был показан мультфильм, с которым я познакомился до исследования. Ученики 11 класса тоже попросили рассказать и выступить со своей темой.

Свою тему защитил также на школьной научно-практической конференции «Первые шаги в науку».

Вывод: ученики школы не знают о пинхол-камере, камере-обскуре и соларографии.

Заключение

Проведя исследовательскую работу, я пришёл к выводу, что соларография — это удивительный способ создания изображений с помощью только Солнца, камеры-обскуры и фотобумаги. Этот метод позволяет запечатлеть путь Солнца по небу в течение длительного времени, иногда даже нескольких месяцев.  Это помогает увидеть камера-обскура, или пинхол-камера.

Соларография наглядно показывает траекторию движения Солнца по небу в течение дня, сезона или даже всего года. Мы видим «след» света. Мы можем отследить изменения продолжительности светового дня в разные времена года. Летом траектории длиннее, а зимой — короче, что наглядно демонстрирует смену сезонов.

Цель достигнута, гипотеза подтверждена. Используя пинхол-камеру из жестяной банки методом соларографии у меня получилось создать необычные снимки.

Список литературы и интернет-источников

1. https://habr.com/ru/articles/709378/

2. https://journal.tinkoff.ru/beer-camera/

3. https://pikabu.ru/story/kameraobskura_izobretenie_fotoapparata_kratko_10673761

4. https://ria.ru/20170322/1489969691.html

5. https://ru.m.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BB%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%B8%D1%8F

6. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%B0-%D0%BE%D0%B1%D1%81%D0%BA%D1%83%D1%80%D0%B0

7. https://vk.com/solarography

8. https://www.livemaster.ru/glossary/4834-pinhol

9. Англо-русский словарь / В. Л. Лашевская В. А. и др. / 17 - е изд. перераб. – М. : Издательство «Русский язык» , 1977.

10. https://foxford.ru/wiki/fizika/kamera-obskura?utm_referrer=https%3A%2F%2Fwww.yandex.ru%2F

Приложение 1

«Что такое камера-обскура, первые упоминания о ней»

Приложение 2

«Пихол-камера»

Приложение 2

«Соларографические снимки»

Приложение 4

«Подготовка пинхол-камер»

Приложение 5

«Установка пинхол-камер»

Приложение 6

«Получение результатов»

Приложение 7

«Не без сюрпризов: птицы испортили камеру»

Приложение 8

«Анкетирование»