針孔照相機的設(shè)計、制作和使用

1、針孔照相機的設(shè)計、制作和使用背景資料1知識背景：什么是針孔照相機：針孔照相機是一種古老的成像工具，它不需要鏡頭、反光鏡或其它任何光學(xué)部件，而是讓光線穿過一個小孔，在暗箱形成外部景物的倒像。小孔成像基本原理：在較暗的屋子里，把一支點燃的蠟燭放在一塊半透明的塑料薄膜前面，在它們之間放一塊鉆有小孔的紙板。塑料薄膜上就出現(xiàn)燭焰的倒立的像(見圖),這種現(xiàn)象表明了光沿直線傳播，這就是小孔成像基本原理。小孔成像實例：在自然界中也常?？梢杂^察到小孔所成的像。當(dāng)燦爛的陽光透過濃密的樹葉斜射在地面上的時候，你會在地面上看到許多搖曳的光斑。有趣的是不管樹葉交織成 的小孔是什么形狀，每個光斑都是圓的，這是為什么呢？原

2、來，這是太陽穿過小孔所成的像。太陽是一個球體，所以它的像總是圓的。要是某一天發(fā)生了日偏食，太 陽缺了一部分，那時候才會形成許多奇異的月牙形的光斑（見圖）在一定的時刻，光線通過隧道在對面的山上會形成倒置的影像。在生活中也可以看到小孔成像，當(dāng)你進(jìn)入到一間較暗的房間，通過鑰匙孔，可以在墻壁上看到外面投入的倒置影像。小孔成像歷史沿革：我國古代在公元前4世紀(jì)，墨翟就做過針孔成像的實驗，并給予分析和解釋。墨經(jīng)中明確地寫道：景到（倒），在午有端，與景長，說在端。這里的 午即小孔所在處。這段文字表明小孔成像的是倒像，其原因是在小孔處光線交叉的地方有一點（端），成像的大小，與這交點的位置無關(guān)。從這里也可以清楚

3、看到，古人已經(jīng)認(rèn)識到光是直線行進(jìn)的，所以常用射來描述光線徑直向前。北宋的沈括在夢溪筆談中也記述了光的直線傳播和小孔成像的實驗。他首先直接 觀察在空中飛動，地面上的影子也跟著移動，移動的方向與飛的方向一致。然后在紙窗上開一小孔，使窗外飛鳶和樓塔的影子呈現(xiàn)在室內(nèi)的紙屏上面，沈括用針孔成 像的原理來解釋所觀察到的結(jié)果：若鳶飛空中，其影隨鳶而移，或中間為窗所束，則影與鳶相連，鳶東則影西，鳶西則影東。又如窗隙中樓塔之影，中間為窗所束， 亦皆倒垂。 歐洲十六世紀(jì)文藝復(fù)興時代，有許多宮廷畫家就采用這種方法進(jìn)行繪畫。十九世紀(jì)達(dá)-芬奇和其他畫家也用小孔成像原理作為繪畫的暗箱。（見圖）中國古代針孔成像實驗示意圖世

4、界最早的暗箱圖解（1544年)針孔照相機的今日發(fā)展：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以照相機為載體的攝影技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)發(fā)達(dá)。如自動卷片、自動測光、自動對焦、膠卷的自動識別、低色散鏡片、鏡片多層涂膜技術(shù)等 等。數(shù)碼攝影的興起，更是對傳統(tǒng)攝影是一個極大的挑戰(zhàn)。但是，任何先進(jìn)的照相機成像原理都是和針孔照相機一樣的，只不過在小孔的位置用鏡頭進(jìn)行了替換，而 且都是從最簡單的針孔成像的原理發(fā)展而來的。世界各地，仍有許多針孔攝影愛好者，用他們制作的千奇百怪針孔照相機拍攝他們心目中的攝影作品。他們成立了針孔攝影組織，組織全球針孔攝影日，2002年4月28日是第二屆全球針孔攝影日，并有海報和徽標(biāo)（見圖）。世界各地攝影家在

5、這一天24小時內(nèi)，用針孔照相機拍攝針孔照片。中國針孔攝影家史國瑞先生將長城烽火臺包裹起來，當(dāng)做一個天然的大針孔照相機，來拍攝一張大的針孔長城影像作品。 2、方法背景：針孔照相機制作非常容易，生活中有許多（廢棄）物品可以改制成針孔照相機，有許多材料可以制作成針孔照相機，制作出有特殊想象力針孔照相機可以拍攝出連現(xiàn)代高級照相機也拍不出的攝影作品。制作方法和要求：可以根據(jù)學(xué)生不同程度和年齡，設(shè)計、制作針孔照相機和拍攝針孔攝影作品，可以分如下四個層面。第一層面：尋找生活中不同的物品進(jìn)行改裝，看到針孔形成的影像。如用飲料罐、牛奶盒、奶粉罐等等（見圖）。在容器的一端用10號縫衣針戳一個小孔，相對一端用刀片挖

6、去一塊，蒙上硫酸紙，對著景物，就能在硫酸紙觀察到一個倒立的影像。（見圖）第二層面：使用規(guī)定材料進(jìn)行制作簡易針孔照相機為學(xué)生提供一張A4（21厘米29.7厘米）大小的黑卡紙進(jìn)行制作，根據(jù)小孔成像的原理，并提示學(xué)生充分利用到黑卡紙，制作出觀察到影像非常清晰銳利的針孔照相機。并能根據(jù)焦距的長短和孔徑的大小，使觀察到的影像可以變大或縮小。 第三層面：能將上述的針孔照相機拍攝照片：將制作好上述的針孔照相機，不挖去原來蒙硫酸紙的位置，用攝影用黑白照相紙（2號或3號印相紙）進(jìn)行替換。此過程要在開有紅燈的暗室內(nèi)操作，用黑紙片封住前端小孔（見圖）， 做到針孔照相機其余部分不漏光。然后將針孔照相機拿到外面去對著景

7、物，揭去封住前端小孔的黑紙片進(jìn)行曝光，相當(dāng)于現(xiàn)代照相機的快門。曝光時間決定于照相紙 的感光性能、針孔的直徑大小和光線的強弱。通過觀察、試驗、記錄、計算和分析。探求出最佳的孔徑直徑大小和光線的強弱等一系列的關(guān)系。一般針孔照相機的曝 光時間比較長，所以在拍攝時要將照相機固定住。將曝光后有潛影的照相紙在紅色燈光房間內(nèi)進(jìn)行顯影、定影和水洗。顯影液和定影液可用市售小包裝的顯影粉和定 影粉配置。沖洗后得到圖象與原先景物相反的影像（即負(fù)像）。如要得到正像，可用實物投影儀進(jìn)行圖像反轉(zhuǎn)，或掃描輸入電腦，用處理圖像軟件進(jìn)行反轉(zhuǎn)。第四層面：用設(shè)計和制作的針孔照相機進(jìn)行攝影創(chuàng)作為了要保證圖像的大小和圖像的銳利和清晰，

8、在拍攝之前就能知道拍攝后的結(jié)果。必須對針孔照相機有設(shè)計圖紙，對針孔有選擇，如針孔的形狀必須非常的圓、 確定合適的針孔直徑、如何測量針孔的方法。測定針孔相機的焦距、根據(jù)光線和感光材料計算出曝光時間一系列數(shù)據(jù)問題?，F(xiàn)在世界至少有50多個公式來確定合適 的針孔直徑，下面就推薦一例：最佳孔徑（mm）=1/25-針孔照相機的焦距 可以用一定感光度的黑白膠片拍攝后負(fù)片沖印和印制或放大成照片。沖洗黑白負(fù)片一般使用D-76顯影液，沖洗黑白照片一般使用D-72顯影液。F-5定 影液可以共用。沖洗黑白負(fù)片要在全黑的環(huán)境下進(jìn)行，詳細(xì)記錄每次沖洗時間和溫度，并和拍攝時曝光時間綜合分析，得到最佳沖洗時間和溫度。并對攝影

9、的作品有 美學(xué)上的要求。下面圖片供制作時參考（尺寸大小學(xué)生可以在設(shè)計中自我決定） 針孔照相機拼裝圖針孔照相機形狀圖3、設(shè)計理念1、整個活動通過四個層面，由較為淺顯學(xué)生感興趣的制作方法入手，逐步向縱深發(fā)展的過程。保持良好的學(xué)習(xí)狀態(tài)。2、活動運用到了物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、美術(shù)、攝影、勞動技術(shù)課程等多方面的知識和能力。3、以學(xué)生發(fā)展為本，活動和設(shè)計過程要以學(xué)生為主體的教學(xué)過程，啟發(fā)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)，自主性探究、發(fā)揮學(xué)生的主動性和創(chuàng)造能力。4、教師在教學(xué)活動過程中，要采用多種媒體的教學(xué)手段和多種活動形式，不斷引導(dǎo)學(xué)生制作追求有質(zhì)量意識和外觀設(shè)計有美學(xué)元素的能力。 5、制作和拍攝完成以后，要以個人、小組或班級

10、為單位進(jìn)行展示、展覽和評比等各種評價手段。4、重要詞匯物距、焦距、焦點、曝光、潛影、負(fù)像、正像課程目標(biāo)1、通過活動培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)踏實的科學(xué)態(tài)度，對科學(xué)技術(shù)思考和探索的精神。2、通過活動激發(fā)學(xué)生求知的欲望、創(chuàng)造性思維能力和初步設(shè)計能力。3、通過活動使學(xué)生了解科學(xué)實驗和技術(shù)制作的基本流程,有對產(chǎn)品的質(zhì)量意識。4、學(xué)會一些常用工具的使用技術(shù)，有測量、記錄、描述和繪制等技能。5、通過活動可以提高學(xué)生觀察能力與分析問題的能力，運用科學(xué)的客觀標(biāo)準(zhǔn)評價科 學(xué)發(fā)生的現(xiàn)象和事物。6、培養(yǎng)學(xué)生即要有獨立的思維能力又要與他人合作的團(tuán)隊精神。7、學(xué)習(xí)初步的外觀美學(xué)設(shè)計，通過自己制造的產(chǎn)品-照相機能拍出美的攝影作品和對美

11、好事物的追求?；顒臃桨敢弧⑹痉缎曰顒臃桨福?、適用對象：C 段（10-12歲）體驗性參與（可參與活動中的第一和第二層面） D 段（13-15歲）探究性參與（可參與活動中的前三和層面）E 段（16-18歲）設(shè)計型參與（重點對第四層面的實踐和對拓展性活動方案實踐）2、適用建議：學(xué)校課堂、興趣小組、家庭、青少年科技活動場所3、活動目的：1）過制作活動培養(yǎng)學(xué)生不循舊規(guī)，感于創(chuàng)新的精神。2）通過活動讓學(xué)生對物理光學(xué)的知識，解釋照相機、放大鏡、人眼視物等原理和對化學(xué)感光知識有進(jìn)一步的了解。3）培養(yǎng)學(xué)生的初步設(shè)計能力和審美意識的提高。4、活動所需資源：a)學(xué)生用活動器材：各式空容器（學(xué)生自己準(zhǔn)備）、10號縫

12、衣針、A4黑卡紙、硫酸紙（描圖紙）、3-5mm厚桐木板、鋁片（可樂罐替代）、黑板漆、膠水、雙面膠帶、剪刀、刀片、尺、3號印相紙、黑白膠卷、顯影和定影液等。b)教具和設(shè)備：投影儀、演示用照相機、溫度計、紅燈泡、窗簾、水源、容器等。c)活動場地：實驗室或普通教室（用窗簾擋住門窗可改為臨時暗室）分組活動、有攝影暗室條件最好。5、活動內(nèi)容：a)發(fā)揮想象使用各種材料設(shè)計和制作針孔照相機和拍攝不同的針孔攝影作品。b)展示自己的攝影作品和自己的針孔照相機。c)根據(jù)活動內(nèi)容可開展系列性活動。6、活動過程：活動一：用各式各樣的容器空罐或包裝盒制作針孔照相機用多媒體演示針孔照相機的古今中外的歷史。用有鏡頭的照相機

13、演示成像的原理和演示針孔照相機的基本原理。同學(xué)分組將自己帶來的各種容器罐制作針孔照相機。告訴學(xué)生小孔不能戳得太大，小孔要取在“觀察屏”中央。否則不能看到完整畫面。觀察時，小孔要對著亮的地方，“觀察屏”要在比較暗的地方，可用較厚衣服蒙著觀察。1、簡易的針孔照相機：第一次制作記錄第二次制作記錄材料名稱質(zhì)地尺寸（mm）小孔到觀察屏距離圖像大小圖像清晰度2、對觀察到的影像進(jìn)行簡單描述：活動二：用規(guī)定材料制作針孔照相機。提問：上次制作的觀察屏有多大？實際景物圖像有多大？針孔到圖像的距離（焦距）是多少？用A4黑卡紙（21.0cm29.7cm），也可以用其它標(biāo)準(zhǔn)。盡材料的最大尺寸設(shè)計和制作一個針孔照相機，要

14、求是景物影像要充滿硫酸紙觀察屏和較大的圖像。小孔要求小和圓，小孔周圍不要有毛刺，有毛刺要將它修平，否則要影響到圖像的銳度和清晰度。A4黑卡紙設(shè)計的針孔照相機展開圖：單位：mm 以上展開圖僅參考，也可自行設(shè)計 設(shè)計者- - 日期-活動三：用自制的針孔照相機拍攝針孔照片。 用第一次或第二次活動的方法，制作一個針孔照相機，觀察屏不要挖去，做到除小孔以外的任何部分不漏光。內(nèi)壁如不是黑的，為防止反光，就用黑板漆涂 于內(nèi)壁表面。將照相紙裁成比觀察屏大一些，在開有紅燈的的室內(nèi)，將它粘于原來的觀察屏位置。注意不要將背面和藥膜面搞錯。整個針孔照相機不能漏 光，再用一張小的黑紙片封住針孔。拿到室外，對著景物，固定

15、照相機，揭去小孔前的黑紙片進(jìn)行曝光。曝光時間由照相紙性能、針孔大小、光線的強度決定，需要 試驗決定。并做每次的記錄。然后拿曝光后的針孔照相機到暗室內(nèi)，拆開照相機，取出有潛影的照相紙，防入顯影液中顯影，邊顯影邊觀察，顯到合適為止，再定影10分鐘。水洗、晾干即可。將得到的負(fù)像掃入電腦或用實物投影儀進(jìn)行反轉(zhuǎn)，就可以得到正像了。1、用針孔照相機拍攝照片：材料天氣照相紙景物焦距曝光時間顯影時間第一次第二次第三次第四次.2、描述照片的特征：3、分析照片拍攝和制作質(zhì)量：活動四：計算、設(shè)計、測量和制作針孔照相機。每個學(xué)生設(shè)計出草圖并制作一個針孔照相機，除美觀拍攝裝片方便外，還有考慮焦距與小孔的直徑和形光圈等之

16、間關(guān)系（參考計算公式和后表）。并能計算出在不同光線下曝光值。 1、設(shè)計（草）圖：（有平面圖、有立體圖）單位：mm 設(shè)計者： 日期：2、針孔的直徑是多少？3、光圈的值是多少？活動五：用針孔照相機拍攝攝影作品。將制作的針孔照相機裝120膠片（如設(shè)計成單張的要將膠卷裁下），裝膠卷的過程中要在全黑的條件下操作。潛影的膠片用D-76配方?jīng)_洗，負(fù)像可印制或放大成照片。將小組（班級）拍攝后的攝影作品進(jìn)行展覽和評比。用120樂凱黑白膠卷（ISO 100）在不同的天氣曝光應(yīng)是多少？晴少云多云陰景物1景物2.從技術(shù)和藝術(shù)質(zhì)量分析針孔攝影作品：7、活動評價（學(xué)生）：活動結(jié)果是分值活動過程中分值活動方法分值外部形態(tài)（

17、20）資源應(yīng)用（20）方法科學(xué)（20）科學(xué)合理（20）程序連貫（20）主體作用（20）拍攝結(jié)果（20）知識運用（20）群策群力（20）循序漸進(jìn)（20）思維活躍（20）設(shè)計理念（20）學(xué)生收獲（20）善于創(chuàng)新（20）經(jīng)驗總結(jié)（20）二、指導(dǎo)性活動方案：1、史國瑞先生把長城烽火臺包裹成他的大型針孔照相機，焦距是2900 mm，在實際拍攝時也可能會做適當(dāng)調(diào)整。感光材料為英國產(chǎn)(kentmere)黑白紙基相紙(FB)1100mm4000mm，感光度ISO 8 ; 或黑白涂塑相紙(RC)1290mm4000mm，感光度ISO 8。2、測量針孔直徑的方法：用學(xué)校的生物顯微鏡（顯微鏡鏡體上標(biāo)有放大倍數(shù)）。

18、用幻燈機或投影儀，并通過計算能獲得針孔的直徑。3、如何計算光圈值：光圈值=焦距/針孔直徑4、 焦距、小孔孔徑、光圈參考數(shù)據(jù)一覽表：焦距mm孔徑mm光圈焦距mm孔徑mm光圈焦距mm孔徑mm光圈50.0956950.392443750.77484100.13791000.402504000.80500150.15971100.422624250.82515200.181121200.442744500.85530250.201251300.462854750.87545300.221371400.472965000.89559350.241481500.493065500.94586400.251

19、581600.513166000.98612450.271681700.523266501.02637500.281771800.543367001.06661550.301851900.553457501.10685600.311942000.573548001.13707650.322022250.603758501.17729700.332092500.633959001.20750750.352172750.664159501.23771800.362243000.6943310001.26791850.372303250.72451900.382373500.754685、 幾種類型針孔照相機：三、拓展