camera obscura
暗室（复数camerae obscurae或camera obscuras，来自拉丁文camera obscūra，”暗室”）[1]是一个黑暗的房间，在一侧有一个小孔或镜头，图像通过这个小孔投射到对面的墙上或桌子。
“暗室 “也可以指类似的建筑，如一个盒子或帐篷，在里面投射外部图像。自16世纪下半叶以来，开口处有镜头的遮光板一直被使用，并作为绘画的辅助工具而流行。这一概念在19世纪上半叶进一步发展为摄影机，当时的遮光箱被用来将感光材料暴露在投射的图像上。
遮光镜被用来研究日食，而不会因为直视太阳而有伤害眼睛的风险。作为一种绘图辅助工具，它允许对投影图像进行追踪，以产生高度精确的表现，特别是作为一种实现正确图形透视的简单方法而受到赞赏。
在1604年首次使用照相机遮光器这个术语之前，还有其他术语被用来指代这种设备：cubiculum obscurum、cubiculum tenebricosum、conclave obscurum和locus obscurus[2] 。
没有镜头但有一个非常小的孔的遮光器有时被称为针孔照相机，尽管这更多地是指使用摄影胶片或相纸的简单（自制）无镜头照相机。
物理解释
光线沿直线传播，在被物体反射和部分吸收时发生变化，保留了关于该物体表面的颜色和亮度的信息。被照亮的物体向各个方向反射光线。屏障上有一个足够小的开口，只接受从另一侧场景中不同点直接射出的光线，这些光线在到达与开口相对的表面时形成了该场景的图像[3] 。
人眼（以及鸟类、鱼类、爬行动物等动物的眼睛）的工作原理很像一个遮光器，有一个开口（瞳孔），一个凸透镜，以及一个形成图像的表面（视网膜）。有些遮光器使用凹面镜，以达到类似凸透镜的聚焦效果[3]。
带有镜子的遮光箱，顶部有一个直立的投影图像
遮光镜由一个盒子、帐篷或房间组成，在一侧或顶部有一个小孔。来自外部场景的光线穿过小孔，照射到里面的表面，场景被倒置（上下颠倒）和反转（从左到右）地再现出来，但颜色和透视却被保留下来。
为了产生一个合理清晰的投射图像，孔径通常要小于到屏幕距离的1/100。随着针孔的变小，图像变得更清晰，但更暗淡。然而，如果针孔太小，由于衍射作用，清晰度就会变差。最理想的清晰度是在孔径大约等于光的波长和到屏幕的距离的几何平均值的情况下达到的[5] 。
在实践中，遮光板使用透镜而不是针孔，因为它允许更大的光圈，在保持焦点的同时提供一个可用的亮度。
如果图像被抓在一个半透明的屏幕上，就可以从后面看，这样就不再是反转的了（但仍然是倒立的）。使用镜子，有可能投射出一个右面朝上的图像。投影也可以显示在一个水平面上（如桌子）。18世纪在帐篷里的顶置版本在帐篷顶部的一种潜望镜内使用镜子[3]。
箱式遮光器通常有一个倾斜的镜子，将一个直立的图像投射到放在其玻璃顶上的描图纸上。虽然图像是从背面看的，但它被镜子反转了。
历史
史前时期至公元前500年。史前艺术的可能灵感和在宗教仪式中的可能使用，侏儒
有一种理论认为，照相机遮光效果的出现（通过帐篷上的小孔或动物皮的屏幕）激发了旧石器时代的洞穴画。在许多旧石器时代的洞穴艺术作品中，动物形状的扭曲可能是受到投射图像的表面不直或角度不对时的扭曲的启发。 [7] 也有人认为，照相机遮挡的投影可能在新石器时代的结构中发挥了作用。
2012年6月21日至日期间，佛罗伦萨大教堂地板上的gnomon投影
在中国的《周易-系辞上》（公元前1046年-公元前256年，约在公元前220年之前有材料加入）中描述了投射针孔太阳图像的穿孔地平线。[10] 可以通过测量亮圈的位置来判断一天和一年的时间。在阿拉伯和欧洲文化中，它的发明后来被认为是埃及天文学家和数学家伊本-尤努斯在公元1000年左右发明的。
一些古代的神灵，特别是在寺庙崇拜中，被认为可能是通过遮光镜投影的方式变出来的。
公元500年至公元前500年。最早的书面观察
叶冠上的小孔将日食的图像投射到地面上。
已知最早的关于照相机的书面记录见于中国的《墨子》一书，时间为公元前4世纪，传统上是由汉族哲学家、墨家逻辑学派创始人墨子（约公元前470年-约公元前391年）所著并以其命名。这些著作解释了 “采集点 “或 “宝库”[注1]中的图像是如何被一个收集（光线）的相交点（针孔）倒置的。来自被照亮的人的脚的光线部分隐藏在下面（即打在针孔下面），部分形成图像的顶部。来自头部的光线部分隐藏在上方（即击中针孔上方），部分形成图像的下部。这是一个非常早期的对遮光器的正确描述；没有其他已知的例子可以追溯到11世纪之前[14] 。
希腊哲学家亚里士多德（公元前384-322年），或者可能是其思想的追随者，在作品《问题》–第十五册中触及了这个问题。
为什么当太阳穿过四边形时，例如在柳条上，它产生的图形不是长方形而是圆形？
并进一步问道。
“为什么日食时，如果人们通过筛子或树叶（如刨花树或其他阔叶树）来观察它，或者将一只手的手指放在另一只手的手指上，射线到达地球的地方是新月形的？这是否与当光线穿过一个长方形的窥视孔时，它以圆锥体的形式呈现出圆形的原因相同？”
西方世界的许多哲学家和科学家都在思考这个问题，然后才接受 “问题 “中描述的圆形和月牙形是太阳的针孔图像投影。尽管当光源、光圈和投影平面靠近时，投影的图像具有光圈的形状，但当它们相距较远时，投影的图像具有光源的形状。
欧几里德在他的《光学》一书中（约公元前300年，存于公元前1000年左右的后期手稿中），提出了对视觉的数学描述：”从眼睛直接画出的线条穿过一个很大的空间”，”我们视觉中包含的空间形式是一个圆锥体，其顶点在眼睛中，其底部在我们视觉的极限。 “[15] 该文本的后期版本，如Ignazio Danti的1573年注释译本，将增加对照相机遮光原理的描述，以证明欧几里德的观点。
500至1000年：最早的实验，对光的研究
特拉里斯的安特米乌斯用平面镜反射光线的示意图，通过孔（B）。
在6世纪，拜占庭希腊数学家和建筑师Anthemius of Tralles（作为圣索菲亚大教堂的共同建筑师而最为著名）实验了与遮光镜有关的效果。[17] Anthemius对相关的光学知识有复杂的理解，他在公元555年建造的光射线图证明了这一点。
在10世纪，据说余朝龙通过一个小孔将宝塔模型的图像投射到屏幕上，以研究光线的方向和发散情况[19] 。
1000年至1400年：光学和天文学工具，娱乐
一张描述伊本-海赛姆通过针孔观察光的行为的图。
针孔照相机。光线通过一个小孔进入一个暗箱，在小孔对面的墙上形成一个倒置的图像。
阿拉伯物理学家Ibn al-Haytham（在西方以拉丁文Alhazen而闻名）（965-1039）在11世纪初广泛地研究了照相机遮光现象。
在他的论文《论日食的形状》中，他对这一现象进行了首次实验和数学分析。
Ibn al-Haytham在他的《光学之书》（约1027年）中解释说，光线以直线传播，并以反射光线的物体来区分，他写道：[24] 。
光和颜色在空气或（其他）透明体中不混合的证据是（在）以下事实中找到的：当几支蜡烛在同一地区的不同位置，并且它们都面向一扇通向黑暗凹处的窗户时，而在面向该窗户的黑暗凹处有一堵白墙或（其他白色）不透明体，这些蜡烛的（个别）光线根据这些蜡烛的数量单独出现在该体或墙上。这些光（光点）中的每一个都直接出现在一个（特定的）蜡烛对面，沿着穿过该窗口的直线。此外，如果一支蜡烛被遮挡，只有与该蜡烛相对的光被熄灭，但如果遮挡物被掀开，光就会恢复。
他描述了一个 “暗室”，并实验了光线通过小针孔的情况，使用三支相邻的蜡烛，在蜡烛和墙壁之间放置一个切口后，看到了墙壁上的效果[25][26] 。
除非是全食，否则日食时的图像表明，当它的光线穿过一个狭窄的圆孔并投射在与圆孔相对的平面上时，它就会呈现出月镰的形式。太阳的图像只有在洞非常小的时候才显示出这种特殊性。当孔被扩大时，画面就会发生变化，而且这种变化随着宽度的增加而增加。当孔洞非常宽时，镰刀状的图像就会消失，当孔洞是圆形时，光线就会出现圆形，如果孔洞是方形，就会出现方形，如果孔洞的形状是不规则的，只要孔洞很宽，投射的平面与之平行，墙上的光线就会呈现出这种形状。
Ibn al-Haytham还分析了太阳光的光线，并得出结论：它们在洞口相遇的地方形成一个圆锥形，从洞口到黑暗房间的对面墙壁形成与第一个圆锥形相反的另一个圆锥形。从大约1200年起，他的光学著作的拉丁文译本在欧洲非常有影响力。在他所启发的人中，有维特洛、约翰-佩卡姆、罗杰-培根、莱昂纳多-达芬奇、勒内-笛卡尔和约翰内斯-开普勒[27] 。
中国宋代科学家沈括（1031-1095）在其1088年出版的《梦池随笔》一书中，将凹面燃烧镜的焦点和照相机暗箱现象的 “收集 “孔比作船闸中的船桨，以解释图像是如何倒置的。
“当一只鸟在空中飞翔时，它的影子沿着地面在同一方向移动。但是，如果它的影像通过窗户上的一个小孔被收集（shu）起来（就像皮带被拉紧），那么影子就会朝着与鸟相反的方向移动[…]这与燃烧镜的原理相同。这样的镜子有一个凹面，如果物体很近，就会反射出一个直立的图像，但如果手指越走越远，就会到达一个图像消失的点，之后图像就会倒置。因此，图像消失的那一点就像窗户的针孔。因此，船桨也是固定在船闸的某个中间部分，当它被移动时，构成一种’腰部’，船桨的手柄总是处于与末端（在水中）相反的位置。”
沈括还回应了段成式在大约840年写的《酉阳杂俎》中的一个说法，即在海边的中国宝塔塔身的倒置形象，是由于被海水反射而倒置的：”这是胡说八道。图像通过小孔后会倒置，这是一个正常的原理”[14]。
英国政治家和学者哲学家罗伯特-格罗塞斯特（约1175年-1253年10月9日）是最早评论照相机的欧洲人之一[28]。
英国哲学家和方济各会修士罗杰-培根（约1219/20-约1292）在他的De Multiplicatione Specerium（1267）中错误地指出，通过方形孔洞投射的图像是圆形的，因为光线会以球形波传播，因此在通过孔洞后会呈现其自然形状。他还有一份手稿，建议通过观察穿过某个圆孔的光线并研究它们在表面形成的光斑来安全地研究日食[29] 。
一幅三层遮光镜的图片（见插图）被认为是培根所为，[30] 但这一说法的来源并没有给出。一幅非常类似的图片出现在阿塔纳西乌斯-基尔切尔的《Ars Magna Lucis et Umbrae》（1646年）中[31] 。
波兰修士、神学家、物理学家、数学家和自然哲学家Erazmus Ciołek Witelo（又名Vitello Thuringopolonis，名字有许多不同的拼法 “Witelo”）在他非常有影响力的论文Perspectiva（约1270-1278）中写到了照相机，该论文主要基于Ibn al-Haytham的作品。
英国大主教和学者约翰-佩克姆（约1230-1292年）在他的《透视原理》（Tractatus de Perspectiva，约1269-1277年）和《透视原理》（Perspectiva communis，约1277-79年）中写到了照相机的问题，错误地认为光线通过光圈后会逐渐形成圆形。[32] 他的著作受到罗杰-培根的影响。
在13世纪末，Arnaldus de Villa Nova被认为是使用了遮光镜来投射娱乐性的现场表演[33][34] 。
法国天文学家Guillaume de Saint-Cloud在其1292年的作品Almanach Planetarum中提出，太阳的偏心率可以通过遮光镜从远地点和近地点的距离和太阳视直径之间的反比中确定。
Kamāl al-Dīn al-Fārisī (1267-1319)在其1309年的作品Kitab Tanqih al-Manazir（《光学的修订》）中描述了他如何在一个有控制光圈的遮光镜中用一个装满水的玻璃球进行实验，发现彩虹的颜色是光的分解现象。
法国犹太哲学家、数学家、物理学家和天文学家/占星家Levi ben Gershon（1288-1344）（又名Gersonides或Leo de Balneolis）利用带有雅各布杖的遮光镜进行了几次天文观测，描述了测量太阳、月亮和明亮行星金星和木星角直径的方法。他根据自己在1334年对夏至和冬至的观察，确定了太阳的偏心率。列维还注意到光圈的大小如何决定了投影图像的大小。他在他的论文Sefer Milhamot Ha-Shem（《主的战争》）第五册第五章和第九章中用希伯来语写下了他的发现。
1450年至1600年。描写，镜头，绘图辅助，镜子
意大利多面手莱昂纳多-达-芬奇（1452-1519）熟悉拉丁文翻译的阿尔哈森的作品，[40] 在对光学和人类视觉进行广泛研究后，于1502年在一本笔记本上用镜面书写写下了已知最古老的对照相机的清晰描述，后来发表在《大西洋法典》（由拉丁文翻译）集上。
如果一栋建筑的外墙，或一个地方，或一个景观被太阳照亮，而在面对此建筑的一个房间的墙上钻一个小孔，这个小孔不被太阳直接照亮，那么所有被太阳照亮的物体都会通过这个小孔发出它们的图像，并在面对这个小孔的墙上出现，倒立。你将在一张白纸上捕捉到这些图片，这张纸垂直放置在离那个洞口不远的房间里，你将在这张纸上看到所有上述物体的自然形状或颜色，但它们会显得更小，而且是倒置的，因为光线在那个孔洞处交叉。如果这些照片来自一个被太阳照亮的地方，它们在纸上的颜色就会完全一样。纸张应该很薄，必须从背面看。
然而，这些描述一直不为人知，直到文丘里在1797年破译并发表了这些描述[42]。
达芬奇显然对遮光镜非常感兴趣：多年来，他在笔记本上画了大约270张遮光镜的图。他系统地试验了各种形状和大小的光圈以及多个光圈（1、2、3、4、8、16、24、28和32）。他将眼睛的工作与遮光镜的工作进行了比较，似乎对遮光镜展示光学基本原理的能力特别感兴趣：通过针孔或瞳孔的图像反转，图像的不干涉，以及图像 “全部在所有，所有在每个部分 “的事实[43] 。
已知的最古老的相机遮光板的出版图见于荷兰医生、数学家和仪器制造商Gemma Frisius在1545年出版的De Radio Astronomica et Geometrica一书中，他在书中描述并说明了他如何使用相机遮光板来研究1544年1月24日的日食[42] 。
意大利多面手Gerolamo Cardano在其1550年出版的《De subtilitate》第一卷第四册中描述了使用玻璃圆盘–可能是一个双凸透镜–的遮光镜。他建议用它来观察 “阳光照耀下街道上发生的事情”，并建议用一张非常白的纸作为投影屏幕，这样颜色就不会很暗淡。
西西里的数学家和天文学家Francesco Maurolico (1494-1575)在他的论文Photismi de lumine et umbra (1521-1554)中回答了亚里士多德的问题，即太阳光通过长方形的孔时如何形成圆形光斑或月牙形光斑。然而这篇文章在1611年之前并没有发表，[45] 因为约翰内斯-开普勒已经发表了他自己的类似发现。
意大利多面手Giambattista della Porta在他的《Magia Naturalis》系列丛书的1558年第一版中描述了遮光镜，他称之为 “obscurum cubiculum”。他建议使用凸透镜将图像投射到纸上，并将其作为绘画的辅助工具。德拉-波尔塔将人眼比作暗箱：”因为图像是通过眼球进入眼睛的，就像这里通过窗户一样”。德拉-波尔塔的书很受欢迎，这有助于传播关于遮光镜的知识。
在他1567年的作品《La Pratica della Perspettiva》中，威尼斯贵族Daniele Barbaro（1513-1570）描述了使用带有双凸透镜的遮光镜作为绘画辅助工具，并指出，如果将透镜覆盖到中间留下一个圆周，画面会更加生动[44] 。
德国数学家弗里德里希-里斯纳（Friedrich Risner）在他对伊本-海赛姆和维特洛作品的拉丁文版《Opticae thesauru》（1572年）中，提出了一种便携式遮光照相机的绘图工具；一个轻型木屋，其四壁各有一个镜头，可将周围的图像投射到中间的一个纸立方体上。[48] 1645年，阿塔纳修斯-基尔切尔（Athanasius Kircher）在其颇具影响力的书籍《Ars Magna Lucis Et Umbrae》中展示了一个非常类似的装置[49] 。
大约在1575年，意大利多米尼加牧师、数学家、天文学家和宇宙学家伊格纳西奥-丹蒂（Ignazio Danti）为佛罗伦萨的新圣母玛利亚大教堂设计了一个照相机遮光门和一条子午线，后来他又在博洛尼亚的圣彼得罗尼奥大教堂建造了一个巨大的门。这座罗盘被用来研究一年中太阳的运动，并帮助确定新的格里高利历法，为此丹蒂参加了教皇格雷戈里乌斯十三世任命的委员会，并在1582年制定了新的格里高利历法[50] 。
在他1585年出版的《Diversarum Speculationum Mathematicarum》一书中[51] 威尼斯数学家Giambattista Benedetti提议用45度角的镜子来投射直立的图像。这使得图像反转，但在后来的照相机遮光箱中成为常见的做法[44]。
吉安巴蒂斯塔-德拉-波尔塔（Giambattista della Porta）在1589年的《Magia Naturalis》第二版中，将 “透镜水晶 “或双凸透镜加入到相机遮光镜的描述中。他还描述了使用遮光镜在白纸上投射狩猎场景、宴会、战斗、戏剧或任何想要的东西。树木、森林、河流、山峰，”如果真的是这样，或者是由艺术、木头或其他物质制成的”，可以安排在遮光墙另一侧的阳光下的平原上。小孩和动物（例如手工制作的鹿、野猪、犀牛、大象和狮子）可以在这个场景中表演。”然后，他们必须逐渐出现在平原上，就像从他们的洞穴里出来一样。猎人必须带着他的猎杆、渔网、箭和其他可能代表狩猎的必需品前来。让喇叭声、号角声响起：在室内的人将看到树木、动物、猎人的脸，以及其他所有的东西，如此清晰，以至于他们无法分辨它们是真的还是幻觉。拔出的剑会在洞口闪闪发光，让人几乎害怕。” 德拉-波尔塔声称经常向他的朋友们展示这种眼镜。他们非常羡慕，而且很难被德拉-波尔塔的解释说服，他们所看到的确实是一种光学技巧。
1600年至1650年。名称的创造，照相机遮光器望远镜，帐篷和箱子里的便携式绘图工具
最早使用 “照相机 “一词是在德国数学家、天文学家和占星家约翰内斯-开普勒1604年的《Ad Vitellionem Paralipomena》一书中。[54] 开普勒发现了照相机的工作原理，他用一本书代替了一个发光体，从书的边缘将线穿过桌子上一个多角的孔洞送到地上，线重新形成了书的形状。他还意识到，图像在眼睛的视网膜上被 “画 “成了倒置和反转，并认为这在某种程度上被大脑纠正了。[55]1607年，开普勒在他的遮光镜中研究太阳，并注意到一个太阳黑子，但他认为那是水星在太阳上划过。[56]在他1611年的书《Dioptrice》中，开普勒描述了遮光镜的投影图像如何可以用镜头改进和反转的。据信他后来使用了带有三个透镜的望远镜来还原遮光镜中的图像[44]。
1611年，弗里斯兰/德国天文学家David和Johannes Fabricius（父子）在意识到用望远镜直接看太阳会伤害他们的眼睛后，用遮光镜研究了太阳黑子。[56]他们被认为将望远镜和遮光镜结合起来，成为遮光镜学。
1612年，意大利数学家Benedetto Castelli写信给他的导师，意大利天文学家、物理学家、工程师、哲学家和数学家伽利略，谈到通过望远镜（1608年发明的）投射太阳的图像来研究最近发现的太阳黑子。伽利略将卡斯泰利的技术写给了德国耶稣会牧师、物理学家和天文学家克里斯托夫-谢纳。
从1612年到至少1630年，Christoph Scheiner一直在研究太阳黑子，并建造新的望远镜太阳投影系统。他称这些系统为 “太阳镜”（Heliotropii Telioscopici），后来改为日光镜。[58] 为了研究日光镜，Scheiner在望远镜的观察/投射端周围建造了一个盒子，这可以看作是已知的最古老的盒子型遮光器的版本。Scheiner还制作了一个便携式遮光镜[59] 。
比利时耶稣会数学家、物理学家和建筑师François d’Aguilon在他1613年出版的《Opticorum Libri Sex》[60]一书中描述了一些骗子如何骗取人们的钱财，他们声称自己会死灵法术，会从地狱中升起魔鬼的幽灵，在黑屋子里给观众看。一个戴着魔鬼面具的助手的形象通过镜头投射到黑屋子里，吓唬那些没有受过教育的观众[29] 。
到1620年，开普勒用一个带有改良望远镜的便携式遮光镜帐篷来画风景。它可以转过来捕捉周围环境的各个部分[61]。
荷兰发明家科内利斯-德雷贝尔（Cornelis Drebbel）被认为建造了一个箱式遮光器，它可以纠正投影图像的反转。1622年，他将一台相机卖给了荷兰诗人、作曲家和外交官康斯坦丁-惠更斯，惠更斯用它作画，并向他的艺术家朋友推荐了它。
我家里有Drebbel的另一种仪器，它在黑暗的房间里通过反射作画，当然会产生令人钦佩的效果；我不可能用语言向你们揭示这种美；相比之下，所有的绘画都是死的，因为这里是生命本身，或者是更高的东西，如果人们能把它表达出来。人物、轮廓和动作在这里自然而然地结合在一起，而且是以一种令人愉悦的方式。
