Caméra sténopé

Un appareil photo à sténopé est un simple appareil photo sans objectif mais avec une petite ouverture (le soi-disant sténopé ) – en fait une boîte étanche à la lumière avec un petit trou sur un côté. La lumière d’une scène passe à travers l’ouverture et projette une image inversée sur le côté opposé de la boîte, ce qui est connu sous le nom d’ effet de caméra obscura . La taille des images dépend de la distance entre l’objet et le sténopé.

Un objectif d’appareil photo à sténopé fait maison

Histoire

Chambre noire

La camera obscura ou sténopé est un phénomène optique naturel. Les premières descriptions connues se trouvent dans les écrits chinois de Mozi (vers 500 avant notre ère) ^{[1] et les} problèmes aristotéliciens (vers 300 avant notre ère – 600 de notre ère). ^[2]

Un diagramme illustrant les observations d’ Ibn al-Haytham sur le comportement de la lumière à travers un trou d’épingle Premier appareil photo à sténopé. La lumière pénètre dans une boîte sombre par un petit trou et crée une image inversée sur le mur opposé au trou. ^[3]

Ibn al-Haytham (965-1039), un physicien arabe également connu sous le nom d’Alhazen, a décrit l’effet camera obscura. Au fil des siècles, d’autres ont commencé à l’expérimenter, principalement dans des pièces sombres avec une petite ouverture dans les volets, principalement pour étudier la nature de la lumière et observer en toute sécurité les éclipses solaires . ^[4]

Giambattista Della Porta a écrit en 1558 dans sa Magia Naturalis à propos de l’utilisation d’un miroir concave pour projeter l’image sur du papier et de l’utiliser comme aide au dessin. ^[5] Cependant, à peu près au même moment, l’utilisation d’une lentille au lieu d’un sténopé a été introduite. Au 17ème siècle, la camera obscura avec un objectif est devenue une aide au dessin populaire qui a ensuite été développée en un appareil mobile, d’abord dans une petite tente et plus tard dans une boîte. L’ appareil photographique , tel que développé au début du 19e siècle, était essentiellement une adaptation de la camera obscura de type boîte avec un objectif.

Le terme «trou d’épingle» dans le contexte de l’optique a été trouvé dans le livre de James Ferguson de 1764, Lectures on select subject in mecanical, hydrostatics, pneumatique, and optics . ^{[6] [7]}

Première photographie au sténopé

La première description connue de la photographie au sténopé se trouve dans le livre de 1856 The Stereoscope de l’inventeur écossais David Brewster , y compris la description de l’idée comme “un appareil photo sans objectif et avec seulement un trou d’épingle”.

Sir William Crookes et William de Wiveleslie Abney ont été les premiers photographes à essayer la technique du sténopé. ^[8]

Expériences de film et de Photographie intégrale

Selon l’inventeur William Kennedy Dickson , les premières expériences dirigées vers des images animées par Thomas Edison et ses chercheurs ont eu lieu vers 1887 et impliquaient “des photographies microscopiques ponctuelles, placées sur une coque cylindrique”. La taille du cylindre correspondait à leur cylindre de phonographe car ils voulaient combiner les images en mouvement avec des enregistrements sonores. Des problèmes sont survenus lors de l’enregistrement d’images claires “avec une vitesse phénoménale” et de la “grossièreté” de l’émulsion photographique lorsque les images ont été agrandies. Les photographies microscopiques ponctuelles ont été rapidement abandonnées. ^[9] En 1893 le Kinétoscopea finalement été introduit avec des images animées sur des bandes de film celluloïd. La caméra qui a enregistré les images, baptisée Kinetograph , était équipée d’un objectif.

Eugène Estanave expérimente la Photographie intégrale , expose un résultat en 1925 et publie ses découvertes dans La Nature . Après 1930, il choisit de poursuivre ses expériences avec des trous d’épingle remplaçant l’écran lenticulaire. ^[dix]

Usage

L’image d’un sténopé peut être projetée sur un écran translucide pour une visualisation en temps réel (utilisé pour l’observation en toute sécurité des éclipses solaires) ou pour tracer l’image sur papier. Mais il est plus souvent utilisé sans écran translucide pour la photographie au sténopé avec un film photographique ou du papier photographique placé sur la surface opposée à l’ouverture du sténopé.

Une utilisation courante de la photographie au sténopé consiste à capturer le mouvement du soleil sur une longue période de temps. Ce type de photographie s’appelle la solarigraphie . La photographie au sténopé est utilisée pour des raisons artistiques, mais aussi à des fins pédagogiques pour permettre aux élèves d’apprendre et d’expérimenter les bases de la photographie.

Les caméras à sténopé avec CCD ( dispositifs à couplage de charge ) sont parfois utilisées pour la surveillance car elles sont difficiles à détecter.

Les caméras connexes, les dispositifs de formation d’images ou les développements qui en découlent incluent la caméra à sténopé à champ large de Franke, la caméra à points d’épingle et le miroir à tête d’épingle .

La fabrication moderne a permis la production d’objectifs sténopés de haute qualité ^[11] qui peuvent être appliqués aux appareils photo numériques ; permettant aux photographes et vidéastes d’obtenir l’effet camera obscura.

Caractéristiques de la photographie à sténopé

• Comme les photographies au sténopé ont une profondeur de champ presque infinie , tout apparaît net .
• Comme il n’y a pas de distorsion de l’objectif , les images grand angle restent absolument rectilignes.
• Les temps d’exposition sont généralement longs, ce qui entraîne un flou de mouvement autour des objets en mouvement et l’absence d’objets se déplaçant trop rapidement.

D’autres fonctionnalités spéciales peuvent être intégrées aux caméras à sténopé telles que la possibilité de prendre des images doubles en utilisant plusieurs sténopés, ou la possibilité de prendre des photos dans une perspective cylindrique ou sphérique en incurvant le plan du film.

Construction

Un appareil photo à sténopé fait maison (à gauche), enveloppé de plastique noir pour éviter les fuites de lumière, et les fournitures de développement associées

Les appareils photo à sténopé peuvent être fabriqués à la main par le photographe dans un but particulier. Dans sa forme la plus simple, l’appareil photographique à sténopé peut consister en une boîte étanche à la lumière avec un sténopé à une extrémité et un morceau de film ou de papier photographique calé ou collé à l’autre extrémité. Un rabat en carton avec une charnière à ruban peut être utilisé comme obturateur. Le trou d’épingle peut être poinçonné ou percé à l’aide d’une aiguille à coudre ou d’un foret de petit diamètre à travers un morceau de papier d’aluminium ou une fine feuille d’aluminium ou de laiton. Cette pièce est ensuite collée à l’intérieur de la boîte étanche à la lumière derrière un trou découpé à travers la boîte. Un récipient cylindrique de flocons d’avoine peut être transformé en un appareil photo à sténopé.

L’intérieur d’un appareil photo à sténopé efficace est noir pour éviter toute réflexion de la lumière entrante sur le matériau photographique ou l’écran de visualisation. ^[12]

Les caméras à sténopé peuvent être construites avec un support de film coulissant ou un dos afin que la distance entre le film et le sténopé puisse être ajustée. Cela permet de modifier l’ angle de vue de la caméra ainsi que le rapport F-stop effectif de la caméra. Rapprocher le film du sténopé se traduira par un champ de vision grand angle et un temps d’exposition plus court. Éloigner le film du sténopé se traduira par une vue téléobjectif ou à angle étroit et un temps d’exposition plus long.

Les caméras à sténopé peuvent également être construites en remplaçant l’ensemble d’objectif d’une caméra conventionnelle par un sténopé. En particulier, les appareils photo compacts 35 mm dont l’objectif et l’ensemble de mise au point ont été endommagés peuvent être réutilisés comme appareils photo à sténopé – en conservant l’utilisation des mécanismes d’obturation et d’enroulement du film. En raison de l’énorme augmentation du nombre f , tout en conservant le même temps d’exposition, il faut utiliser un film rapide en plein soleil.

Des trous d’épingle (faits maison ou commerciaux) peuvent être utilisés à la place de l’objectif sur un SLR. L’utilisation avec un reflex numérique permet la mesure et la composition par essais et erreurs, et est effectivement gratuite, c’est donc un moyen populaire d’essayer la photographie au sténopé. ^[13]

Sélection de la taille du trou d’épingle

Jusqu’à un certain point, plus le trou est petit, plus l’image est nette, mais plus l’image projetée est sombre. De manière optimale, la taille de l’ouverture doit être de 1/100 ou moins de la distance entre celle-ci et l’image projetée.

Dans certaines limites, un petit trou d’épingle à travers une surface mince se traduira par une résolution d’image plus nette car le cercle de confusion projeté sur le plan de l’image est pratiquement de la même taille que le trou d’épingle. Un trou extrêmement petit, cependant, peut produire des effets de diffraction importants et une image moins claire en raison des propriétés ondulatoires de la lumière. ^[14] De plus, le vignettage se produit lorsque le diamètre du trou se rapproche de l’épaisseur du matériau dans lequel il est perforé, car les côtés du trou obstruent la lumière entrant à autre chose que 90 degrés.

Le meilleur sténopé est parfaitement rond (puisque les irrégularités provoquent des effets de diffraction d’ordre supérieur) et dans un morceau de matériau extrêmement fin. Les trous d’épingle produits industriellement bénéficient de la gravure au laser , mais un amateur peut toujours produire des trous d’épingle de qualité suffisamment élevée pour le travail photographique.

Une méthode de calcul du diamètre optimal du trou d’épingle a été publiée pour la première fois par Joseph Petzval en 1857. Le diamètre le plus petit possible du point d’image et donc la résolution d’image la plus élevée possible et l’image la plus nette sont donnés lorsque : ^[15]

ré = 2 F λ = 1.41 F λ {displaystyle d={sqrt {2}}{sqrt {flambda}}=1.41{sqrt {flambda}}}

(Où d est le diamètre du trou d’épingle, f est la distance entre le trou d’épingle et le plan image ou “longueur focale” et λ est la longueur d’onde de la lumière.)

Le premier à appliquer la théorie des ondes au problème fut Lord Rayleigh en 1891. Mais en raison de certaines déductions incorrectes et arbitraires, il arriva à : ^[16]

ré = 2 F λ {displaystyle d=2{sqrt {flambda}}}

Son sténopé optimal était donc environ 1/3 plus grand que celui de Petzval.

L’optimum correct peut être trouvé avec l’approximation de Fraunhofer du diagramme de diffraction derrière une ouverture circulaire à :

ré = 2.44 F λ = 1.562 F λ {displaystyle d={sqrt {2.44}}{sqrt {flambda}}=1.562{sqrt {flambda}}}

Celui-ci peut être raccourci en : ré = 0,0366 f {displaystyle d=0.0366{sqrt {f}}} (Quand d et f en millimètres et λ = 550 nm = 0,00055 mm, correspondant au jaune-vert.)

Pour une distance sténopé-film de 1 pouce ou 25,4 mm, cela équivaut à un sténopé de 0,185 mm (185 microns) de diamètre. Pour f= 50 mm, le diamètre optimal est de 0,259 mm.

La profondeur de champ est fondamentalement infinie , mais cela ne signifie pas qu’aucun flou optique ne se produit. La profondeur de champ infinie signifie que le flou de l’image ne dépend pas de la distance de l’objet mais d’autres facteurs, tels que la distance entre l’ouverture et le plan du film , la taille de l’ouverture, la ou les longueurs d’onde de la source lumineuse et le mouvement du sujet. ou toile. De plus, la photographie au sténopé ne peut pas éviter les effets de brume .

Un exemple d’une exposition de 20 minutes prise avec un sténopé Une photographie prise avec un sténopé en utilisant un temps d’exposition de 2s Un graphique de la limite de résolution de la caméra à sténopé en fonction de la distance focale (distance de l’image).

Dans les années 1970, Young a mesuré la limite de résolution de la caméra à sténopé en fonction du diamètre du sténopé ^[17] et a ensuite publié un didacticiel dans The Physics Teacher. ^[18] En partie pour permettre une variété de diamètres et de distances focales, il a défini deux variables normalisées : le rayon du sténopé divisé par la limite de résolution et la distance focale divisée par la quantité s ² /λ, où s est le rayon du sténopé et λ est la longueur d’onde de la lumière, typiquement environ 550 nm. Ses résultats sont reportés sur la figure.

Sur le côté gauche du graphique, le trou d’épingle est grand et l’optique géométrique s’applique ; la limite de résolution est d’environ 1,5 fois le rayon du trou d’épingle. (Une résolution parasite est également observée dans la limite de l’optique géométrique.) Sur le côté droit, le trou d’épingle est petit et la diffraction de Fraunhofer s’applique ; la limite de résolution est donnée par la formule de diffraction en champ lointain indiquée dans le graphique et augmente maintenant à mesure que le trou d’épingle est rendu plus petit. Dans la région de diffraction en champ proche (ou diffraction de Fresnel ), le sténopé focalise légèrement la lumière et la limite de résolution est minimisée lorsque la distance focale f (la distance entre le sténopé et le plan du film) est donnée par f = s ²/λ. À cette distance focale, le sténopé focalise légèrement la lumière et la limite de résolution est d’environ 2/3 du rayon du sténopé. Le trou d’épingle, dans ce cas, équivaut à une plaque de zone de Fresnel avec une seule zone. La valeur s ² /λ est en quelque sorte la distance focale naturelle du sténopé.

La relation f = s ² / λ donne un diamètre de sténopé optimal d = 2 √ fλ , donc la valeur expérimentale diffère légèrement de l’estimation de Petzval, ci-dessus.

Calcul du nombre f et de l’exposition requise

Une bouche d’incendie photographiée par un sténopé fabriqué à partir d’une boîte à chaussures, exposée sur du papier photographique pour créer l’image négative (en haut). L’image positive (en bas) a été créée numériquement à partir de l’image négative. La durée de l’exposition était de 40 secondes. Il y a un évasement notable dans le coin inférieur droit de l’image, probablement en raison de la lumière étrangère pénétrant dans le boîtier de l’appareil photo.

Le nombre f de la caméra peut être calculé en divisant la distance entre le sténopé et le plan d’imagerie (la distance focale ) par le diamètre du sténopé. Par exemple, un appareil photo avec un sténopé de 0,5 mm de diamètre et une distance focale de 50 mm aurait un nombre f de 50/0,5 ou 100 ( f /100 en notation conventionnelle).

En raison du grand nombre f d’un appareil photo à sténopé, les expositions rencontreront souvent un échec de réciprocité . ^[19] Une fois que le temps d’exposition a dépassé environ 1 seconde pour le film ou 30 secondes pour le papier, il faut compenser la dégradation de la réponse linéaire du film/papier à l’intensité de l’éclairage en utilisant des expositions plus longues.

Les expositions projetées sur un film photographique moderne sensible à la lumière peuvent généralement aller de cinq secondes à plusieurs heures, les trous d’épingle plus petits nécessitant des expositions plus longues pour produire la même taille d’image. Parce qu’un appareil photo à sténopé nécessite une longue exposition, son obturateur peut être actionné manuellement, comme avec un volet en matériau opaque pour couvrir et découvrir le sténopé.

Ouvertures codées

Un système optique à ouverture codée sans mise au point peut être considéré comme plusieurs caméras à sténopé en conjonction. En ajoutant des trous d’épingle, le débit lumineux et donc la sensibilité sont augmentés. Cependant, plusieurs images sont formées, nécessitant généralement une déconvolution informatique .

Intérêt moderne pour la photographie au sténopé

Un regain de popularité est devenu évident ces dernières années avec le succès des campagnes de financement participatif Kickstarter offrant une gamme de produits de photographie au sténopé. D’un appareil photo fabriqué à partir de bois ^[20] au Pinhole Pro ^[11] – un objectif élégant conçu pour les appareils photo numériques DSLR et MILC – ces projets ont attiré l’investissement de milliers de bailleurs de fonds enthousiastes pour collecter des centaines de milliers de dollars.

Phénomène naturel de sténopé

Répliques d’images d’une éclipse solaire partielle .

Un effet de caméra à sténopé peut parfois se produire naturellement. De petits “trous d’épingle” formés par les espaces entre les feuilles d’arbres qui se chevauchent créeront des répliques d’images du soleil sur des surfaces planes. Lors d’une éclipse , cela produit de petits croissants dans le cas d’une éclipse partielle , ou des anneaux creux dans le cas d’une éclipse annulaire .

Observation

La Journée mondiale de la photographie au sténopé est célébrée chaque année le dernier dimanche d’avril. ^[21]

Photographes utilisant la technique

• Billy enfantin
• Georges Davison
• Barbara Ess
• Loup Howard
• Steven Pépin
• Jesse Richards

Voir également

• Camera obscura (utilise généralement une lentille)
• Dirkon
• Henri Fox Talbot
• Ibn al-Haytham
• Nautilus (dont l’œil sténopé fonctionne comme une caméra obscura)
• Modèle de caméra sténopé
• Lunettes sténopé
• Obturateur sténopé , un dispositif similaire utilisé par les ophtalmologistes
• Filtre spatial
• La grande image
• Plaque de zone

Références

1. ^ “CS194-26 : proj2” . inst.eecs.berkeley.edu . Récupéré le 07/01/2022 .
2. ^ “Camera Obscura : ancêtre de la photographie moderne | Encyclopedia.com” . www.encyclopedia.com . Récupéré le 07/01/2022 .
3. ^ Kirkpatrick, Larry D. ; Francis, Gregory E. (2007). “Léger”. Physique: Une vision du monde (6 éd.). Belmont, Californie : Thomson Brooks/Cole. p. 339. ISBN 978-0-495-01088-3.
4. ^ Plott, John C. (1984). Histoire globale de la philosophie : la période de la scolastique (première partie) . p. 460.ISBN _ 978-0-89581-678-8.
5. ^ Zik, Yaakov; Hon, Giora (10 février 2019). “Claudius Ptolemy et Giambattista Della Porta: deux conceptions contrastées de l’optique”. arXiv : 1902.03627 [ physics.hist -ph ].
6. ^ “La photographie au sténopé de Nick” . idée.uwosh.edu . Récupéré le 29 janvier 2018 .
7. ^ Ferguson, James (1764). Conférences sur certains sujets en mécanique, hydrostatique, pneumatique et optique avec l’utilisation des globes, l’art de la numérotation et le calcul des temps moyens de la nouvelle et de la pleine lune et des éclipses .
8. ^ “Histoire de la photographie au sténopé” . photo.net . Archivé de l’original le 2017-02-02 . Récupéré le 29 janvier 2018 .
9. ^ Histoire du kinétographe, du kinétoscope et du kinétophonographe [par] WKL Dickson et Antonia Dickson . Littérature du cinéma. Presse Arno. 1970. hdl : 2027/mdp.39015002595158 . ISBN 9780405016110.
10. ^ Timby, Kim (31 juillet 2015). Photographie lenticulaire 3D et animée . ISBN 9783110448061.
11. ^ ^{un b} “Pinhole Pro Lens par Thingyfy” . 2018.
12. ^ “Comment fabriquer et utiliser un appareil photo à sténopé” . Archivé de l’original le 2016-03-05.
13. ^ “V3 – nouvelles, analyses et informations sur la transformation numérique” . v3.co.uk . Récupéré le 18 octobre 2018 .
14. ^ Hecht, Eugène (1998). “5.7.6 La caméra”. Optique (3e éd.). ISBN 0-201-30425-2.
15. ^ Petzval, Joseph Maximilien (1857), “Bericht über dioptrische Untersuchungen”. Vortrag vom 23 juillet 1857 ; dans : Sitzungsberichte der kaiserlichen Akademie der Wissenschaften, mathematisch-naturwissenschaftliche Classe, vol. XXVI, S. 33-90
16. ^ Seigneur Rayleigh Sec. RS (1891), X. « On Pin-hole Photography » , dans : Philosophical Magazine, Series 5, Volume 31, 1891 – Issue 189, pp.87-99
17. ^ Young, M. (1971). “Optique sténopé” . Optique Appliquée . 10 (12): 2763–2767. Bibcode : 1971ApOpt..10.2763Y . doi : 10.1364/ao.10.002763 . PMID 20111427 .
18. ^ Jeune, Matt (1989). “L’appareil photo à sténopé: imagerie sans lentilles ni miroirs”. Le professeur de physique . 27 (9): 648–655. Bibcode : 1989PhTea..27..648Y . doi : 10.1119/1.2342908 .
19. ^ breslin, nancy a. “Conseils d’exposition de l’appareil photo à sténopé de Nancy Breslin” . www.nancybreslin.com . Récupéré le 29 janvier 2018 .
20. ^ “Appareil photo à sténopé en bois par ONDU” . 2015.
21. ^ “Journée mondiale de la photographie au sténopé” . pinholeday.org .

Lectures complémentaires

• Eric Renner Photographie au sténopé : de la technique historique à l’application numérique ^{[ ISBN manquant ]}

Liens externes

Médias liés aux caméras sténopés sur Wikimedia Commons

• sténopé.cz
• Photographie au sténopé par Vladimir Zivkovic
• Site Web de la Journée mondiale de la photographie au sténopé
• Un moyen facile de convertir un reflex numérique en un appareil photo à sténopé
• Calculateurs de photographie à sténopé et de conception d’appareils photo
• Histoire illustrée du cinéma
• Oregon Art Beat : Photos sténopés par Zeb Andrews
• Projet de sténopé de la guerre civile 150 par Michael Falco