即興のNDフィルター


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私はコミュニティカレッジで物理学を教えていますが、covid-19の流行により、生徒が秋に自宅でラボを実施できるように、ラボキットを開発しています。学生一人あたり200ドルの予算内にとどまりながら、教育的に優れ、適切な結果が得られるラボを理解するのは、やりがいがありますが楽しいことでもあります。学生が偏光とマルスの法則を調査するアクティビティの場合、LCD画面で画像を撮影し、コンピュータ画面で明るさAになるまでポラロイドフィルムの向きを調整するという素晴らしい結果が得られるテクニックを見つけました。フィルター、明るさBと同じように表示されます。画面のガンマ補正の問題を回避するために、モニターのグレースケールではなくスペックルパターンを使用し、ピクセルが解決されないように遠くから写真を撮ります。この技法は実際には電子機器なしで行うことができます(カメラの代わりに目、コンピューター画面の代わりにプリントアウト)が、私は写真技法を使用して最良の結果を得ました。学生の大多数はノートパソコンとスマートフォンの両方を所有しています。

自分でWebカメラを使用してLCDモニターを撮影する手法を実行したとき、私が遭遇した大きな問題は、Webカメラの感度が非常に明るいモニターと大きく一致していないことでした。カメラを通して、モニターの黒は白と区別がつかないように見えました。私はこれを克服して、NDフィルターのスタックをねじ込み、7つのfストップに相当する減衰、つまり約1/100の係数を作成しました。

モニターのハードウェアコントロールが最小の明るさに設定されていても、フィルターなしではまだ明るすぎました。私のウェブカメラはソフトウェアで明るさを制御できますが、それでも十分に役に立たなかったようです。

私の質問:キットに含めることができる非常に安価な材料から、または私の生徒が持っている可能性が高い家庭用品から、この暗さに関するフィルターを即興で作成する方法はありますか?光学品質がお粗末になる可能性があります。実際、ピクセルをぼかすのに役立つ場合はプラスです。

サングラスのレンズ1枚をウェブカメラの前に置いてみました(ウェブカメラがとてもかっこよく見えました)が、1〜2段の減光しかできなかったようです。家の周りで色の付いたプラスチックを探していると、タッパーウェアの蓋のように、私が見つけたもののほとんどは、あまりにも透明であるか、完全に不透明でした。有望そうに見えるオリーブオイルの水差しに気づきましたが、それを切りたくありませんでした。

交差したポラロイドのペアを使用してみましたが、適切な減衰を得ることは簡単でしたが、これは残念ながらラボの物理的ポイントと互換性がありません。これにより、2つの偏光子がスタックに追加され、計算が変わります。

gel sheet」と記載されている市販の商品で、うまくいく可能性があります。21インチx 24インチのND1.2(4ストップ)が23ドルで販売されます。これはおそらくうまくいくでしょう。生徒が2つのピースを積み重ねて8ストップを取得する可能性はありますが、キットを準備するのはちょっと面倒です。

キッチンの物質がプラスチックに広がっていたり、私が思いつかなかった他の一般的な家庭用品のように、私が考えていない本当に単純なオプションはありますか?タマネギの皮が薄い紙でしょうか?

[編集]最適ではありませんでしたが、うまくいくものをいくつか見つけました。(1)小さなピンホールを紙に入れ、それを使用してカメラの絞りを小さくします。これはかなりうまくいき、おそらく5ストップでしたが、手動で配置する必要があり、その位置を維持するのは難しいかもしれません。(2)薄い黒いプラスチックでできた犬用のうんちバッグをいくつか持っています。これの単一の厚さは約10ストップのように見えましたが、それを介した画質はかなり悪かったです。

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Historically, filters were made using various techniques. Liquid filled cells were common. A rectangular clear glass cell, likely one centimeter cube, was filled with a solution, perhaps a specific percentage of copper sulfate, or dye, or pigment, or lamp black. Early photographers and many scientific instruments used such filter cells. They were also made using two pieces of thin glass fashioned with a gasket, making a flat, thin rectangular filter cell.

The English inventor, Frederick Wratten was a famous filter maker for scientific purposes. The firm of Wratten and Wainwright was purchased by Kodak in 1906. The Kodak filters bore the prefix Wratten for nearly a 100 years. This firm perfected gelatin filters. They maintained a catalog of recipes used to dye gelatin. They made sheets of gel filers lacquered for protection. Also, gelatin filters were made by sandwiching the gelatin between thin sheets of glass.

You can dye gelatin, or suspend lamp back in gelatin. The gelatin mixture is then poured into a basin of water. The gelatin floats and gels. This makes an optically flat filter. It is then scooped using a wire frame from beneath.

Ordinary photo roll film can also be used to make neutral density filters. Point the camera at a uniformly illuminated target and make a series of exposures in 1/3 f-stop increments. This makes a density series.

Filters are historically labeled using logarithmic notation. For example, a neutral density filter that blocks 2X = 1 f-stop or 50% reduction is labeled 0.30. Sometimes the decimal point is omitted. This value is the exponent base 10 -- thus the number 2, written as a log base 10 is 10 elevated to the 0.30 power – the 0.30 is the exponent.

0.05 = 1/6 f-stop = 90% Transmission = 1.11 Opacity 0.10 = 1/3 f-stop = 80% Transmission = 1.25 Opacity 0.15 = ½ f-stop = 70% Transmission = 1.43 Opacity 0.20 = 2/3 f-stop = 63% Transmission 1.58 Opacity 0.30 = 1 f-stop = 50% Transmission 2.0 Opacity 0.60 = 2 f-stop
0.90 = 3 f-stop 1.20 = 4 f-stop

It was common practice to visually compare using a split screen viewer. A filter of known value juxtaposed. Such readings are very accurate, as the human eye can make satisfactory judgements. Such readings are labeled “V” for visual. Modern electronic instruments are calibrated to read the same as a visual reading.


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There are some fairly low-cost solutions.

  • Lower the display brightness. Every modern computer has brightness controls buried in settings somewhere. Most monitors have buttons to control brightness, and most laptops have button or key combinations that do the same.

    Most displays can dim to completely black, and it's highly unlikely that a display dimmed to that extent would overexpose a webcam.

  • Use a camera that can control exposure via aperture, shutter speed, ISO, or exposure compensation. Old compact cameras can be purchased for little more than the cost of shipping, much less than the cost of traditional textbooks.

    Also, the cameras built into smartphones are capable of this miraculous feat. You state, "The vast majority of our students own both a laptop and a smartphone."

  • Use webcam software that can control exposure. Your problem may be a software defect (auto exposure + exposure compensation). Try some different programs.

  • Use a different webcam. If not a software defect, your webcam may be defective.


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Replacement side-mirror glass for cars and trucks (e.g., https://shop.advanceautoparts.com/p/k-source-replacement-mirror-glass-driver-side-99255/10485267-p ) is cheap, is pretty good optical quality, and it transmits a small fraction of light (like mirrored sun-glasses do.) You could buy a few, cut them into squares, tape the sharp edges, and simply hold your home-made filter over the camera lens.

One down-side is, you'll have to hold it tight against the lens, or find some other way to stop light from entering behind the "filter." Any light that sneaks in there potentially is going to bounce around considerably because... It's a mirror!


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I have just tried the so called "space blanket" as a filter - looks awful and gives about 5-6 stops. (This piece was really worn out, perhaps the new one would be less hazy). space blanket filter