摄影101——光与小孔成像

下面的帖子是由澳洲的摄影师Neil Creek创作的，他是最新推出的博客 Fine Art Photoblog作者之一，参加了为期一年的活动Project 365 - a photo a day，见他的blog。

Photo: Rainer Ebert used under CC license

欢迎来到摄影101——摄影基础培训，在这个系列课程中我们会全面的学习照相机的使用。我们会讲到摄影三角形，即快门速度、光圈和ISO，还会讲到对焦、景深和清晰度，还会讲到镜头是如何工作的，焦距的含义还有感光元件是如何工作的。我们也会讲照相机本身，它是如何工作的，具体的功能，还有它们会对你的照片有什么影响。

这一周的课程是光和小孔成像。

关于光

光无处不在，即便你认为是黑暗的地方也充满了光线。我们不深究光本身的物理原理，但我们需要知道对摄影师来说光的一些重要特性。

* 只有在光被反射或者我们直视光源的时候我们才能看到光

* 光会被反射和折射，并且反射和折射都是遵循固定物理定律的

* 反射光的散射特性是由反射表面的光滑度决定的

* 所有颜色的可见光混合在一起将会形成白光

* 不同颜色的光波有不同的能量，也可以说是有不同的波长

* 如果光源和一个表面之间有障碍物的话就会出现阴影

* 光的亮度可以在很大的范围内变化，人眼也有很强的能力去适应这种变化

* 照相机并不像人眼一样可以在很大的范围内得到清晰的图像

Fig 1.1.1 当光新撞击到粗燥的表面上时就会被反射到各个方向，就像扔到上面的水球中四处飞溅的水.

以上的这几点都是非常基础的，他们有些是显而易见的，然而有些是要通过课堂才能领会的。虽然这些原理都简单直白，它们恰恰是摄影中的要点，理解它们非常重要。在我们的课堂上还有你们带着照相机四处探险的时候，你时刻都离不开这些光的基本原理。对于你感到不好理解的条目再具体的研究一下将会是非常有用的，在今天课后我也会给你一些链接供你进一步阅读，也希望你能通过网络更好的理解上面的内容。

照相最核心的要点就是把光变成照片。照片其实是一种让你产生错觉的东西，将任何物体反射回来的光收集到一张纸上就是一张照片。那我们是如何把自然界中随意散射的光线收集到一张纸上并变成我们看得懂的照片的呢？

暗箱

Fig 1.1.2 -想象一个这样的世外的场景：太阳光照射到一颗树上。太阳光线是平行的照过来的，如图中黑色的线所示。当光线撞到树上之后，就会超四面八方反射，如灰色的线所示。反射的光线就叫作漫反射光，当漫反射光线进入你的眼睛时，你就看到了这棵树。

Fig 1.1.3 -现在我们想象一下用一种良好的隔光材料建了一个方形的帐篷，在一面墙上开一个小孔。我们尽量的简化问题，只允许一束光照到这棵树上，并且被反射到各个方向。在漫反射的这些光束中，有很小的一部分穿过了墙上的小孔，照进帐篷中。如果你正坐在帐篷的正中央，这是你闭起一只眼睛从小孔往外看，你就会看到树的很小一部分。你往右移动一点，看到的部分就会向左移，你向上移，看到的部分就会向下移。你所看到的部分总是与你移动的方向相反。

Fig 1.1.4 - 当然不只一束光线照到了树上，这些光线照到树上后被反射到了各个方向，这也是为什么当你在帐篷中移动时能看到树的不同部分。如果你把一面亮白色的幕布放到帐篷中，正对着小孔，我们就能看到这棵树的一张照片被投射到了上面，这就是这棵树的一张照片。上面说的当你在帐篷中移动时，你看到树影向相反的方向移动，同样的道理投射到幕布上的树影是倒置的。

刚刚我们想象出的那个帐篷就叫作黑箱，其实你可以按上面说的自己做一个。除了向上面说的帐篷，你其实可以在自己家里找出一间有一扇窗户的房间，用厚卡纸或者金箔把窗户挡上。在卡纸或金箔上开一个小洞（1-5mm），然后朝小孔对着的墙上看，你会看到外边景色的一个倒立的比较暗的像。

这个像比较暗是因为只有很少的光能够通过小孔，如果你把小孔扩大一点的话，像会变亮，但会变得没有之前清晰。这是为什么呢？一个小的洞可以很好的限制进入房间光线的方向，而如果把洞放大，进入的光线会增加，然而增加的光线进入房间的角度也会增加，这会使影像发生重叠。

Fig 1.1.5 通过挡住窗户做的暗箱. brighterorange摄, 依据 creative commons协议引用.

Fig 1.1.6 -光线通过小孔入射，从树上同一区域射过来的光线在经过小孔之后可以发散的角度很小，光线在投影上的重叠也非常少，这就会出现一个边缘清晰的影像。但这是以牺牲图像的亮度为代价的。

Fig 1.1.7 -一个大的孔就会使来自树上同一区域的入射光线在通过孔时有很多的入射角度。这也就是说树上邻近区域摄过来的光线会在投影上产生重叠。这就会形成一个低对比度且模糊的投影，好处就是进来了更多的光投影也变得更亮。

如何权衡?

亮度和清晰度之间的权衡对很多摄影师来说都是一个再熟悉不过的问题了。暗箱的小孔就是相机上的光圈，当你把光圈调大，就会有更多的光进入相机，但景深就会比较的浅，更多的景象会在焦距之外。在接下来的课程中对这一点还会有详细的记述。

针孔相机（无透镜）

暗箱是一个非常老的主意了，公元1000年在现在的伊拉克就有了第一个暗箱，现在的针孔相机就是这一概念的应用。把暗箱变成一个可以手持的盒子就成了针孔相机，这可以说是最简单的照相设备了。针孔相机可以用身边的很多东西来做，所需要的全部东西有一个隔光盒子，一个投影屏幕，再加一个小孔。在网上也有很多的教程，让你来做自己的针孔相机或者给自己的单反相机做一个“针孔镜头”。因为利用的是小孔成像的原理，这种相机有一个优点就是有无限远的景深。

翻译：abbyy