מצלמת נקב

תנאים להיווצרות תמונה

3 תנאים נחוצים להיווצרות דימוי חזותי: 

א. מקור אור 

ב. נושא לצילום 

ג. קופסא עם נקב (המצלמה) 

מצלמת נקב הינה מצלמה פשוטה ללא עדשה ובעלת צמצם אחד קטן וקבוע. למעשה זו קופסא קטנה וקלה עם חור אחד בצידה. אור שנימצא בסיסית המצלמה ניכנס דרך הנקב הקטן ומייצר תמונה הפוכה בדופן הפנימי של הקופסא מול הנקב. ככל שהנקב קטן יותר כך התמונה תהיה חדה יותר אך עמומה גם יותר. מכיוון שמצלמות נקב דורשות חשיפה ארוכה הסגר שלהן מתופעל בצורה ידנית כאשר חומר אטום לאור חוסם את הנקב בזמן שלא מתבצע צילום. חשיפה ממוצעת במצלמת נקב נעה בין כמה שניות לכמה שעות (תלוי בגודל הנקב, ועוצמת האור הקיים בסצינה). 

בתוך המצלמה אפשר להתקין מראה בזווית של '54 ולהתקין מסך חלבי בדופן העליונה של המצלמה וכך לראות באופן מיידי את מה שהמצלמה רואה. שיטה זו משמשת בעיקר כשמכינים קאמרה אובסקורה לציורי נוף. אופציה נוספת היא למקם בדופן האחורית של המצלמה נייר צילום רגיש לאור וכך לצלם עם המצלמה תמונות נגטיביות.

הקמרה אובסקורה (לשכה אפלה) היא למעשה מכשיר אופטי שיוצר דמות דו ממדית מעצם תלת ממדי. מבחינה אופטית דומה עקרון פעולתו של המכשיר לעיקרון פעולתה של המצלמה. קמרה אובסקורה שימשה מאז המצאתה ככלי עזר לציירים, כאלמנט בידורי, וכנדבך מרכזי בהתפתחות הצילום. בנוסף, נעשה בה שימוש מדעי לצורך תצפיות על השמש, לצורך מחקרים באופטיקה ולצורך הבנת מנגנון הפעולה של העין. לקמרה אובסקורה נודע גם תפקיד מטאפורי בפילוסופיה, והיא שימשה כמודל לאופן שבו תצפית מובילה למסקנות אמיתיים על העולם. 

קמרה היא מילה לטינית, שמקורה ביוונית Kamarion ,חדר, קמרון עם קירוי קשתי. השורש ק-מ-ר (קמור, קמר, התקמר) הגיע לעברית מאותו מקור יווני. הגרסה המוקדמת של קמרה אובסקורה מורכבת מתא סגור שבאחת מדפנותיו יש נקב זעיר. קרני אור אשר מוחזרות מהעצם חודרות דרך הנקב ויוצרות דמות הפוכה בדופן הנגדית. הקטנת גודל הנקב משפרת את המיקוד, אך גם מגדילה את השפעת תופעת העקיפה ומעוותת את הדמות .מצלמת נקב פועלת על אותו עיקרון.

היסטוריה 

עקרון הפעולה של קמרה אובסקורה התגלה לפני למעלה מאלפיים שנה . אריסטו הבחין במאה הרביעית לפנה"ס כי מעגלים של אור שנוצרים תחת עצים מקבלים אט אט צורה של חרמש בעת ליקוי חמה , ובכך זיהה את התופעה הבסיסית עליה מבוססת קמרה אובסקורה - יצירת דמות בעזרת נקב קטן. אריסטו זיהה את העיקרון שבעזרתו ניתן לצפות בבירור בשמש או בליקוי חמה. מחזיקים לוח אטום בו מנוקב חור קטן, ודמות השמש מופיעה בתוך צל הלוח. בצורה דומה, כאשר מניחים את הלוח מול חפץ או נוף מוארים ומניחים דף מאחוריו נוצרת על הדף דמות החפץ. קרני האור החוזרות מהחפץ לכיוון הלוח נחסמות על ידיו, אך חלקן עובר בדיוק דרך הנקב. אותן קרניים ממשיכות בקו ישר ויוצרות על הדף דמות מדויקת והפוכה של החפץ שממנו יצאו. 

במאה ה-6 לספירה, מתמטיקאי ביזנטי וארכיטקט בשם אנת'מיוס מטראלס השתמש בסוג של קמרה אובסקורה בניסיונותיו. 

בשנת 1038 תיאר המלומד הערבי איבן אל-היית'ם ניסוי דומה לזה שתיאר אריסטו. הוא הראה בעת ליקוי חמה כיצד ניתן לייצר את דמותה של השמש על קיר בעזרת נקב בקיר הנגדי. עבודתו של אל- חזן השפיעה על מחקרי האופטיקה של הפילוסוף רוג'ר בייקון ,איש ימי הביניים ,שהצליח ליצור בשנת 1267 אשליות אופטיות תוך הסתייעות בעקרונות הבסיסיים של קמרה אובסקורה בשילוב עם מראה .בייקון תיאר בספרו Specierum Multiplicatione De את אופן הפעולה של קמרה אובסקורה, אך הוא לא הזכיר את המכשיר עצמו. רבי לוי בן גרשון,הרלב"ג, פילוסוף ומתמטיקאי יהודי, תיאר, בדומה לאל-חזן, דרכים לצפייה בליקוי חמה בעזרת המכשיר, כך שלא ייגרם נזק לעיניים. הוא פיתח מכשיר שנקרא הלשכה האפלה ,תיבה סגורה מכל צד, שאליה חודר אור דרך נקב קטנטן שבאחת מדופנותיה. המסתכל דרך הנקב אל תוך התיבה רואה על הדופן שמול הנקב תמונה אמיתית והפוכה של גוף הנמצא מחוץ לתיבה מול הדופן שבו נמצא הנקב. בעזרתה יכול היה להשוות את קוטר הירח לקוטר השמש ולמדוד את גודל ההתכסות בעת ליקוי החמה .לאונרדו דה וינצ'י תיאר בצורה נרחבת את אופן פעולת קמרה אובסקורה, וניתן למצוא עשרות תרשימים של המכשיר בין כתביו, אך בשל כתב הסתרים שבו השתמש, לא ניתן היה להבין את התיאורים. הטקסט פוענח רק בשנת .1797 המכשיר תואר כקופסת עץ עם חריר ובפנים מראה (פריסקופ) שהייתה משקפת תמונה על תקרת הקופסה שהיא זכוכית מט ובעצם כאשר מניחים נייר פרגמנט על הזכוכית ניתן היה לצייר את מה שמתחת לנייר מאחר שהנייר הוא די שקוף. 

בשנת 1550 הציע ג'ירולמו קרדאנו שיפור משמעותי לקמרה אובסקורה בספרו - "Subtlety On" החדרת עדשת זכוכית קמּורה במקום הנקב שבקיר. כך הופקה דמות בהירה וחדה מזו שהתקבלה בעזרת הנקב הפשוט. בשנת 1585 הוסיף ג'מבטיסטה בנדטי (Benedetti ) שיפור נוסף: הכנסת מראה אלכסונית לתוך הקמרה שתפקידה להפוך את הדמות. כך יכול הצופה לראות את הדמות ללא היפוך. 

 גרסה נוספת של קמרה אובסקורה הציג ג'מבטיסטה דלה פורטה במהדורה הראשונה של ספרו  "Naturalis Magia"מ .1558-דלה פורטה, שחקר תהליכים טבעיים ומכניים, והיה גם מחזאי ואמרגן מפורסם, התעניין בקמרה אובסקורה בעיקר כאמצעי להקרנת הופעות תאטרליות בפני קהל שהיה ממוקם בתוך החדר החשוך. במהדורה השנייה והמורחבת של ספרו מ 1589-פיתח דלה פורטה קמרה אובסקורה שמכילה עדשה. לדבריו, הצופים "יראו דימויים של דברים שנמצאים בחוץ בצורה כה ברורה ופתוחה עד כי לא יפסיקו להתענג ולהשתאות. דלה פורטה רצה להשתמש בעקרון של קמרה אובסקורה כדי לבנות חדר מוחשך, שבו יוקרנו הצגות של ציד, קרבות, משחקים "ופלאות אחרים" שיתרחשו מחוץ לחדר. 

האסטרונום יוהנס קפלר התעניין בפרסומיו של דלה פורטה אודות קמרה אובסקורה, והשתמש בהם כבסיס למחקריו על יצירת הדמות בתוך העין האנושית. קפלר, שנעזר בקמרה אובסקורה לשם תצפיותיו על השמש, היה גם מי שניסח את העקרונות האופטיים על פיהם עובד המכשיר. קפלר הוא זה שטבע את השם "קמרה אובסקורה." 

כבר בשנת 1490 חשב לאונרדו דה וינצ'י שקמרה אובסקורה יכולה להיות לעזר עבור אמנים. ואולם נראה שבימיו, אם נעשה שימוש במכשיר לשם ציור ,הרי שהיה זה במקרים נדירים. בספרו Magia"  "Naturalisמ-1589 יעץ דלה-פורטה לבורים באמנות הציור להיעזר בקמרה אובסקורה כדי לרשום מראות מהטבע. ראשית נתפס המכשיר כעזר רק עבור חובבנים ולא עבור אמנים מקצועיים, אך החל מהמאה ה-17 השתמשו גם אמנים - בעיקר פלמים - בקמרה אובסקורה כמנגנון לקביעת הקומפוזיציה וככלי עזר לרישום ולעשיית מתווים לציורי נוף או מראות אורבניים. קמרה אובסקורה סיפקה מראה בעל היטל פרספקטיבי מושלם, מראה שחפף את מודל ייצוג המציאות ששלט בעשייה הפלסטית המערבית מאז תקופת הרנסאנס. אחד הוויכוחים הלוהטים והפוריים ביותר סביב מיקומה של קמרה אובסקורה בעשייה האמנותית ניטש סביב יצירתו של האמן הפלמי יאן ורמר .עבודתו של ורמר נקשרה על ידי היסטוריונים שונים של האמנות לקמרה אובסקורה, וחוקרים שונים ניסו לייחס את הקסם והאופי המיוחד של ציוריו למכשיר האופטי; אלו איתרו בציוריו אפקטים מיוחדים שיוצרת בדרך כלל האופטיקה של קמרה אובסקורה )כגון חדות סלקטיבית(; הצביעו על הפרספקטיבה הייחודית של ציוריו, שמזכירה את הפרספקטיבה שנוצרת במכשיר; בחנו את הקומפוזיציות של הצייר, את הטיפול שלו באור ואת הטונאליות הצבעונית האופיינית לו ביחס לאפקטים שיוצרת הקמרה. על אף שישנה כמעט תמימות דעים כי ורמר אכן השתמש במכשיר, עדיין נמשך הוויכוח בשאלת חשיבות שימוש זה בציוריו. 

עד המאה ה-17 הייתה קמרה אובסקורה מכשיר גדול כחדר ומסורבל לתפעול ולהזזה. במאה ה-17 פותחו גרסאות קטנות, מתקפלות וניידות של קמרה אובסקורה כך שניתן היה לשאתה ביד. עם זאת, הדמות שנוצרה בעזרת קמרה אובסקורה לא הייתה מספקת לעשייה הפלסטית, משום שהעדשה גרמה על פי רוב לקימור של קווים ישרים, שינתה את טווח הגוונים והצבעים, והגבירה את הניגודיות משום שלא העבירה בעדינות מספקת את מעברי הצללים והמבהקים. העיוותים הללו הביאו את כותביו של מדריך מהמאה ה-18 לרישום בעזרת קמרה אובסקורה, להוסיף את האזהרה הבאה: "אכן  ניתן לרשום [עם קמרה אובסקורה] כמה דברים כלליים כמו גושים גדולים של צללים ואורות: עם זאת, העתקה מדויקת תגרום לעיוות; משום שהאופן בו אנו רואים אובייקטים דרך קמרה אובסקורה שונה מהדרך בה אנו רואים אותם באופן טבעי".

עקרון ואופן הפעולה (אופטיקה)

מצלמת הנקב היא למעשה מכשיר אופטי שיוצר דמות דו ממדית מעצם תלת ממדי. מבחינה אופטית דומה עקרון פעולתו של המכשיר לעיקרון פעולתה של המצלמה. הדמות המתקבלת היא גרסה הפוכה, מבחינת שמאל-ימין ומעלה-מטה, של העצם. ההיפוך נוצר משום שקרני האור נעות בקו ישר, וכך למשל קרן אור אשר מוחזרת מראש העצם נעה מטה לעבר הנקב ומאירה את החלק התחתון של גב המצלמה, ואילו קרן אור מתחתית העצם מאירה את החלק העליון של גב המצלמה.

השפעת קוטר הנקב

ככל שהנקב גדול יותר כך יכנס יותר אור למצלמה למעשה יתקצר זמן החשיפה של נייר הצילום ששמנו בגב המצלמה. לנקב גדול ישנם גם מגרעות והם חוזר עומק שדה ומכיוון שאין במצלמת נקב עדשה עלול כל התצלום להיות לא חד ומטושטש. מאידך ככל שהנקב קטן יותר כך התמונה תהיה חדה יותר ועומק השדה בה יהיה יותר גדול אך יידרש לנו זמן חשיפה ארוך יותר – אפילו כמה דקות. לחשיפה ארוכה מדי יש את היתרונות והחסרונות שלה. אם, למשל, נצלם עץ עם עלים וענפים הזזים ברוח נקבל את גזע העץ בצורה חדה אך ענפיו ועליו יהיו "מרוחים". מצד אחד זה ייתן אפקט מדהים של מריחה אך מצד שני אם נרצה שהעלי יהיו חדים ניתקל בבעיה.

השפעת אורך המצלמה וגודלה

לאורך המצלמה וגודלה ישנם השפעות מרחיקות לכת על אופי התמונה שתתקבל בצילום במצלמת נקב. 

•  ככל שהמצלמה תהיה יותר גדולה כך הצילום היה פחות חד. 

• ככל שהמצלמה קטנה יותר הצילום יהיה יותר חד (ישנם מצלמות נקב בגודל של קופסת גפרורים). 

•  ככל שהמצלמה קצרה יותר – כך התמונה שתתקבל תהיה יותר רחבה (כמו עדשה רחבה) וגם עומק השדה שלה יהיה יותר גדול ולפיכך התמונה תהיה חדה. 

•  ככל שהמצלמה ארוכה יותר - כך התמונה שתתקבל תהיה יותר צרה (כמו עדשת טלה) אך גם עומק השדה שלה יקטן בהתאם ולפיכך התמונה שתתקבל תהיה פחות חדה ככל שהמצלמה מתארכת. 

•  אורך המצלמה משפיע גם על זמן הצילום. ככל שהמצלמה ארוכה יותר זמן החשיפה יהיה ארוך יותר ממצלמה קצרה יותר בעלה אותו גודל של נקב. 

•  מבנה המצלמה – גם לו יש השפעה מרחיקת לכת על אופי הצילום. למצלמה מרובעת שצלעותיה ישרות (יכולה להיות גם מלבן) יהיו פחות עיוותים מאשר מצלמה שצלעותיה אינן ישרות או אפילו עגולות. ניתן לבנות ולצלם במצלמת נקב אפילו בצורת גליל והתמונה שתתקבל תהיה מאוד רחבה אבל בעלת עיוותים משמעותיים מאוד