Авторизация
 
  • 08:21 – Голос 9.12.2016 5 сезон 15 выпуск: смотреть онлайн прямой эфир, как голосовать 
  • 08:21 – Юрий Тимченко: полковник МВД был пойман на крупной взятке 50 млн. рублей 
  • 08:21 – Фигурное катание Гран при женщины короткая программа 09 12 2016 смотреть онлайн 
  • 08:21 – Голос 5 сезон выпуск от 09 декабря 2016 Прямая трансляция смотреть онлайн 

День рождения фотографии. 175 лет гениальных находок

162.158.78.241

День рождения фотографии. 175 лет гениальных находок

175 лет назад, 9 января 1839 года проходило очередное заседание Парижской академии наук... Об успешных химических опытах Луи Жака Манде Дагера (на фото справа), отнюдь не ученого, а художника и химика-любителя докладывал физик Араго. Он сообщил, буквально, следующее: «Господин Дагер изобрел особого рода пластины, на которых оптическое изображение, вплоть до мельчайших подробностей, воспроизводится с большой точностью и правдивостью». С тех пор этот день стал днем рождения фотографии.
Похоже, успех доклада Араго в немалой степени был обусловлен тем, что публике оказался, наконец, представлен… продукт, пригодный для массового коммерческого использования. Немаловажное обстоятельство. Я бы сказал, решающее. Что было до этого – не более чем лабораторные эксперименты. А ведь было много чего...

Получать изображения при помощи небольших отверстий научились еще в IV веке до нашей эры в Китае. Камера-обскура была в ходу у арабов в X веке, принцип действия ее описывал Ибн аль-Хайсам из Басры; ею пользовался Леонардо Да Винчи; в среде художников очень популярна была переносная камера-обскура, изобретенная Джиованни Порта в XVI веке. Одно было плохо – нельзя было сохранять полученные картинки (живопись – не в счет). И вот в 1826-м Жозеф Нисефор Ньепс (на фото слева) придумал, как это сделать. Им были получены первые фотоснимки на медных лакированных пластинках, но такого плохого качества, что о практическом использовании этой технологии не могло быть и речи.

В общем, благодаря наладившемуся сотрудничеству энтузиастов нового дела – Ньепса и Дагера, в конце концов, был найден химический процесс на базе йодистого серебра и ртути, позволивший получить весьма качественные снимки с приемлемым временем экспозиции. Лабораторные опыты кончились, стартовала индустрия фотографии.

XIX век. Оптический процессор. Удивительно, но, практически, вся история создания все более совершенных фотообъективов, начиная с первых опытов Уильяма Хайда Волластона, который в 1812 году впервые вмонтировал выпукло-вогнутую стеклянную линзу в камеру-обскуру, протекала как непрерывная череда усовершенствований, направленных либо на устранение колоссального количества искажений, которые возникали при использовании линз, либо на получение требуемых изображающих свойств – и все это без ясного понимания того, что, собственно, делает объектив с проходящим сквозь него светом. А ведь объектив является самым настоящим оптическим процессором, осуществляющим ряд операций двумерной обработки и пространственной фильтрации над информацией, содержащейся в световом поле. Тем более удивительно, что большинство базовых схем объективов, широко используемых и сегодня, разработаны были еще в XIX веке.

В 1840 году Шевалье предложил склеивать две линзы с различной дисперсией для устранения хроматических искажений. В том же году Йозеф Петцваль (на фото) сконструировал свой знаменитый многолинзовый портретный объектив (на фото внизу), позволяющий устранять сферическую и хроматическую аберрации. В 1866-м Дальмейер (Англия) и Стейнхейл (Германия) предложили исключительно удачную конструкцию симметричного объектива, отличающуюся отсутствием большинства искажений и повышенной светосилой. Эти объективы даже допускали использование сменных передних линз. В 1886 году оптики получили возможность применять в конструкции объективов стекла с различными показателями преломления, которые научились производить стекловары завода Шотта в Йене (Германия), а в 1893 году на основе такой комбинации появился знаменитый «триплет Кука» — первый объектив, полностью лишенный астигматизма и искривления плоскости изображения.

Дальнейший прогресс в большей степени был связан с использованием принципов физической оптики – применением стекол, оптические характеристики которых корректировались с помощью тех или иных добавок, например, редкоземельных элементов. В 1948-м в каталоге завода Шотта появилось первое в мире специальное стекло SSKS 1 на базе присадок лантана и радиоактивного тория, а в 1949 году на его основе был разработан и впоследствии запатентован первый в мире редкоземельный объектив «Суммитар*». Кстати говоря, из-за радиоктивного излучения тория наружная линза объектива была выполнена из свинцового стекла.

Фотографировать всё! Надо сказать, что над пониманием того, как же, собственно, происходит формирование изображения объективом, ломали головы многие величайшие умы. При всей кажущейся простоте, задачка эта оказалась чрезвычайно непростой. Все упиралось в необходимость понять, что же такое – свет. Еще в 1846 году Майкл Фарадей в работе «Размышления о колебании лучей» сделал предположение о том, что свет необходимо отнести к разряду полей, имеющих природу сходную с природой магнитного поля. В 1873-м Джеймс Максвелл теоретически обосновал, а в 1887 Генрих Герц экспериментально подтвердил, что свет является электромагнитным полем.

Шли годы и стало ясно, что представления геометрической оптики о «лучах света», на основе которых в те годы (да и впоследствии) разрабатывалась всевозможная оптика, описывают не единственный способ получения изображений. В 1936 году А.А. Гершун, научный сотрудник и преподаватель Ленинградского института точной механики и оптики (ЛИТМО), опубликовал монографию «Световое поле», в которой впервые ввел понятие «мера множества лучей», проходящих через оптический прибор. Световое поле, по Гершуну, несет в себе скрытый образ светящего предмета, что позволяет, по крайней мере, теоретически, воссоздать его изображение. Для этого необходимо лишь придумать способ, как в определенный момент времени зафиксировать, записать это самое «световое поле».

Одна из идей, как это сделать, воплотилась в принцип голографии, предложенный Дэннисом Габором в 1947 году (в 1971-м «за изобретение и развитие голографического принципа» он был удостоен Нобелевской премии по физике).
Для того чтобы сформировать статическую «картинку» распределения амплитуд и фаз световых волн в окрестности предмета съемки, в 1962 году Эмметт Лейт и Юрис Упатниекс предложили использовал «опорный луч», результат интерференции которого с «предметным лучом» можно было зафиксировать на фотопленке. Интерференционная картина, полученная после проявления эмульсии, позволяла восстанавливать объемное изображение предмета с помощью того же опорного луча, который использовался при съемке.

Еще один способ фиксации светового поля, получивший практическое воплощение, буквально, в последние несколько лет в форме т.н. «пленоптической камеры» (не «плёноптической», как приходится иногда читать, а от латинского слова plenus, полный; «пленум», «пленарное заседание» — тоже от этого слова). Сегодня несколько фирм выпускают камеры светового поля под заказ для специальных нужд. «Ширпотребовскую» пленоптическую камеру компании Lytro Inc. уже может приобрести каждый желающий (не буду сейчас останавливаться на оценках ее практичности).

Принцип фиксации светового поля, положенный в основу работы Lytro Light Field Camera, основан на одновременной съемке объекта 12-мегапиксельной матрицей сквозь массив микролинз. Для описания характеристик камеры в Lytro применяют единицу megarays (миллион «лучей»), которых в этой камере 11. Ну, как тут не вспомнить А.А. Гершуна с его «мерой множества лучей»?..

Камера-обскура и «свет» материи. За пониманием волновой природы света пришло понимание волновой природы материи как таковой. В 1924 году француз Луи де Бройль сформулировал невероятно смелую гипотезу о том, что волновые свойства присущи не только квантам света – фотонам, но и вообще всем частицым материи – электронам, элементарным частицам, а также сложным образованиям, таким, как атомы, молекулы и т.д. Впоследствие в ходе множества специально проведенных экспериментов гипотеза де Бройля получила блестящее подтверждение, а волны материи получили название «волны де Бройля».

Из формулы, связывающей длину волны и импульс частицы, видно, что тяжелым быстро движущимся атомам соответствует чрезвычайно короткая волна, поэтому в обычных условиях странные «нелокальные» свойства микрочастиц не наблюдаются. Но, вот если иметь дело с «ультрахолодными», т.е. очень медленно движущимися частицами, то их волновые свойства проявятся очень заметно, более того, их становится возможным использовать для решения практических задач. Появилось целое научное направление – «атомная оптика», занимающееся изучением и использованием волновых свойств атомов.
Раз есть волна, обладающая свойствами, подобными световой волне, значит, можно говорить и о попытках создания объективов для столь необычных волн. И об использовании тех или иных известных оптических решений для формирования де бройлевских «изображений». При этом, зная, что речь идет о волнах материи, можно предполагать, что «изображения» будут не просто изображениями, привычными нам картинками, а… материальными объектами.

Экспериментальные работы в области практического применения атомной оптики действительно появились в последние годы. Что особенно приятно, это отечественные работы. Три года назад 19 февраля 2010 на заседании Президиума РАН был представлен доклад Виктора Балыкина из Института спектроскопии (Троицкий научный центр) об использовании атомной оптики для решения задач литографии в области характерных размеров порядка 10 нм и менее за счет применения когерентных пучков нейтральных атомов, которые в данном случае являются не столько пучком корпускул, сколько потоком волн материи. Что интересно, разрешающая способность такой «фотолитографии» определяется лишь длиной волны «света материи», которая при использовании тяжелых холодных атомом может достигать единиц (!) нанометров. Что любопытно: для одновременного формирования более миллиона «изображений» исследователи применили некий аналог… камеры-обскуры.

Слово авторам разработки: « В Институте спектроскопии РАН впервые реализовано построение изображений в атомной оптике, основанное на известной в световой оптике идее камеры-обскуры. Атомная камера-обскура включает атомный пучок, маску с изображением, мембрану с наноотверстиями и подложку, на которой создаются наноструктуры. Атомы, прошедшие через маску, формируют, по аналогии с оптикой, “светящийся объект” заданной геометрии. Параметры камеры_обскуры выбираются из соображений получения максимального разрешения. Отношение расстояния от маски до наноотверстия L к расстоянию от наноотверстия до подложки l определяет “уменьшающую силу” атомной камеры-обскуры N = L/l. При значении L = 10 см и l = 10 мкм “уменьшающая сила” достигает 10? ».

Читать больше на www.computerra.ru


КОММЕНТАРИИ:

  • Читаемое
  • Сегодня
  • Комментируют
Мы в соцсетях
  • Twitter