Design and Exposure Guide of Pinhole Camera

針孔相機設計與曝光指南

設計

前言

要製造一台照得出東西而且成相清楚的針孔相機，事前的仔細設計是必須的。在設計的過程中，除了一些自定的先決限制條件外，還有幾個數據得先算一下。然後根據限制條件和計算出來的數據，我們才能成功的製造一台屬於自己的針孔相機。

下面所將提到的，都是以我自己做的針孔相機為例：

先決限制條件

首先必須決定針孔相機所使用的感光材料是什麼。一般說來不外乎底片或相紙。而底片又有分傳統的 135 和中型的 120 規格。相紙也有 3X5、5X7，甚至 8X10 等等。這些材料在國外都有人使用在針孔相機上，可是每一種還是有它的優缺點：

135 底片：取得最方便，可是相機最不好製造。因為它的體積小，設計和製造的時候都必須做到非常精密。
120 底片：比 135 規格大，畫質會好一些。

然而不管使用哪一種規格的底片，他們還是有一些相同的特點：

1.底片裝卸不能夠有任何光線，也就是說非得在暗袋或純黑環境裡進行。
2.過片機制製造有相當的難度。
3.可選用不同感光度的底片來增加或減少針孔相機攝影時需要的曝光時間。
4.上片一次可以拍一大堆。
5.底片可以送到沖印店去洗。

相紙 ：

1.可以在暗房裡開安全燈裝卸，不會完全看不到安裝情形。
2.相紙可以先裁剪成想要的大小。
3.一次只能裝一張，拍一次就要換一次。
4.不方便拿到沖印店處理，得自己沖紙。
5.成像所需曝光時間比底片來得長很多。

綜合上述，我最後設定是使用不剪裁的 5X7 （127mm X 178mm）黑白相紙。一方面是因為黑白相紙我可以自己處理，再來也是因為怕製造相機的過程太麻煩。

限制條件決定後，接下來要控制的是幾個變數：

水平視角與焦長

這個的道理其實很簡單：當感光材料（相紙）距離針孔愈近時，能夠獲得的影像水平視角就愈大。相反的，距離愈遠水平視角就愈小。因為一開始我設定自己的針孔相機要有 120 度的水平視角，而且相紙會安裝成弧面以減少畫面邊緣失光的情形，所以我可以知道針孔到相紙的距離（焦長：r）應該是 2 X (3.1415926...) X (r) / 3 = 178mm。算一算可以得到 r = 85mm。

所以 焦長 r = 85mm

針孔大小

得到焦長以後，接下來是要算最適的針孔大小，也就是能讓成像畫質最清晰的針孔尺寸。這個有一個公式，不過我也不知道原理是什麼。

最適針孔大小(mm) = 0.03679 X (焦長)^½

所以我的 最適針孔孔徑就是 0.03679 X (85mm)^½ = 0.3392mm

不過這裡有個值得一提的地方：沒有尺能夠讓你量到 0.0001mm 的。所以實際製造時只能用差不多的大小，或者多做幾個針孔來試驗。

在決定了關鍵性的數據：視角、焦長和孔徑之後，其實就已經可以開始動手做自己的針孔相機了。不過有個東西在實際照相的時候決定曝光時間會用到，所以這裡順便先把它算一算：針孔相機的光圈（f）。

光圈

光圈 (f) = 焦長 / 孔徑

所以我的針孔相機有個 f 值 = 85mm / 0.3392mm = 250.59

不過因為 f 值一格一格從小到大依序是 1 、1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22、32、44、64、88、128、176、256、352、512、704...為了後面計算方便就把它近似於 256。

曝光指南

這個要用舉例子的方式來說：

已知：黑白相紙的 ISO 近似值是 6，跟一般 100 度的底片差 4 格光量。

假設：實測攝影地點現場光是 f/8，1/250s（EV=14）。

我設計了一個對照表：

從表中可以看出 f/8，1/250s 所代表的現場 EV 值是 14 (6 + 8 = 14)。而針孔相機的光圈值（f）是 256，對應 EV 是 16。再加上相紙要比底片多加四格曝光量，所以我們要從表上的 Speed 欄找到一個對應的 EV（設為 t）能夠讓 16 + 4 + t = 14。結果可以發現 t 應該等於 -6，也就是對應在 1 分鐘的地方。這就是理論上針孔相機當時所需的曝光時間。

但是如果再考量相紙的"相反則不軌"特性，那還有一個黑白相紙的曝光時間調整因子表如下：

在表上的 Time 欄裡找到 1 分鐘，對應的調整因子（Factor）是 2.75。再把 1 分鐘乘以 2.75，得到 2.75 分鐘，也就是 2 分鐘 45 秒。這也就是最後實際使用的曝光時間了。