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Übersetzung von:
Fish-Eye Views, and Vision under Water.[1]
By R. W. Wood, Professor of Experimental Physics, Johns Hopkins University.
The London, Edinburgh, and Dublin PHILOSOPHICAL MAGAZINE and JOURNAL OF SCIENCE [6th series], vol. 12, no. 68: August 1906, p. 159
 
Hinweise zur Verbesserung der Übersetzung sind erwünscht (Email-Adresse ganz unten).
 

Die ursprünglich im Anhang von Heft 68 auf Tafel 3 (Plate III) befindlichen Fotos  Bild 2 bis 5 (Fig. 2 ... 5) wurden in den Text eingebettet.
So sehen die Anmerkungen zum übersetzten Text aus..

 

Prof. R. W. Wood on Fish-Eye Views, and Vision under Water. (Plate III)

Professor R. W. Wood
Fischaugen-Ansichten und das Sehen unter Wasser

In discussing the peculiar type of refraction which occurs when light from the sky enters the surface of still water, it seems of interest to ascertain how the external world appears to the fish. As is well known, a submerged eye directed towards the surface of still water sees the sky compressed into a comparatively small circle of light, the centre of which is always immediately above the observer, the appearance being as if the pond were covered with an opaque roof provided with a circular aperture or window. If our eyes were adapted to distinct vision under water, it is clear that the objects surrounding the pond, such as trees, horses, fishermen, &c, would appear round the edge of this circle of light. Objects not much elevated above the plane of the water would be seen somewhat compressed and distorted, but the circular picture would contain everything embraced within an angle of 180° in every direction, i. e. a complete hemisphere. Our eyes behave so abominably under water, however, that we can see nothing of this curious picture; the focus being so poor that it is difficult even to distinguish between a piece of blank paper and paper with black letters an inch high and a quarter of an inch wide, the letters being almost invisible. A lens of half an inch focal length, placed in front of the eye, helps matters, but even with this, vision is far from distinct. A great many years ago I attempted to get an idea of how this circular picture appeared to the fish, by constructing a diving-bell out of an old butter firkin, weighted with lead, and provided with a plate-glass window, forgetting that the refraction of the rays from water to air again would banish the illusion of the round window.

Diskutiert wird der besonderen Fall der Brechung, der auftritt, wenn Himmelslicht in die Oberfläche ruhigen Wassers eintritt. Es scheint von Interesse, zu ermitteln, wie die Außenwelt dem Fisch erscheint. Wie allgemein bekannt, sieht ein untergetauchtes, gegen die Oberfläche eines ruhigen Wassers gerichtetes Auge den Himmel in einem vergleichsweise kleinen Lichtkreis komprimiert, dessen Zentrum immer unmittelbar über dem Beobachter ist. Und die Wahrnehmung ist so, als wenn der Teich mit einem undurchsichtigem Dach abgedeckt ist, das mit einer kreisförmigen Öffnung oder Fenster versehen ist. Wenn unsere Augen für deutliches Sehen unter Wasser angepasst wären, wäre es klar, dass die den Teich umgebenen Objekte, wie Bäume, Pferde, Fischer, usw., rund um den Rand dieses Lichtkreises erscheinen würden. Objekte, die sich nicht wesentlich über die Ebene des Wassers erheben, würde etwas zusammengedrückt und verformt zu sehen sein. Aber das kreisförmige Bild würde alles enthalten, was einen Winkel von 180° in jeder Richtung umfasst, das heißt eine komplette Halbkugel. Unsere Augen verhalten sich unter Wasser so schlimm, dass wir nichts von diesem seltsamen Bild sehen können. Der Fokus ist so schlecht, dass es schwierig ist, sogar zwischen einem Stück unbeschriebenen Papier und Papier mit ein Zoll (ca. 25 mm) großen und ein Viertel Zoll (ca. 6 mm) breiten schwarzen Buchstaben zu unterscheiden, wobei die Buchstaben fast unsichtbar sind. Eine vor dem Auge angeordnete Linse mit einem halben Zoll (ca. 13 mm) Brennweite ist hilfreich, aber selbst damit ist das Sehen von Deutlichkeit weit entfernt. Eine größere Anzahl an Jahren vorher versuchte ich eine Vorstellung zu bekommen, wie das Rundbild dem Fisch erscheint: durch Konstruktion einer Taucherglocke aus einem alten Butterfässchen, das mit Blei beschwert und mit einem Glasplattenfenster versehen ist. Vergessen wurde, dass die Strahlbrechung vom Wasser wieder zur Luft das Erscheinen des runden Fensters verhindern würde.

Fig. 1
Bild 1

It occurred to me last autumn during a lecture, that an excellent notion of how we appear to the fishes could be obtained by immersing a camera in water, and photographing the circle of light, for it is easy enough to arrange a lens and plate so as to obtain a sharp image when both are immersed in water. The apparatus was constructed out of a lard pail, a short focus lens, provided with a very small diaphragm, being cemented over a hole perforated in a metal disk which rested on a rim soldered around the inside of the pail. The plate was placed on the bottom of the pail, and the whole filled with clean water in a dark room. The lens was covered with a metal cap operated by a handle on the outside of the pail. The apparatus was placed on the ground, and the surface of the water covered with a sheet of glass to prevent ripples, the pail being so full that the glass was in contact with the water. This arrangement obviated the necessity of immersing the affair in a pond, since the function of the latter was performed by the water in the pail above the lens. A diagram of the arrangement is shown in fig. 1, together with the paths of the incident and refracted rays, A number of extremely interesting pictures were obtained with the device, which proved to be the equivalent of a lens having a working angle of 180°.

Es war im letzten Herbst während eines Vortrags, dass eine ausgezeichnete Vorstellung, wie wir den Fischen erscheinen, durch Eintauchen einer Kamera in Wasser und Fotografieren des Lichtkreises erhalten werden kann. Dafür genügt es eine Linse und Foto-Platte so anzuordnen, dass ein scharfes Bild entsteht, wenn beide im Wasser versenkt sind. Die Vorrichtung wurde aus einem Schmalzeimer gebaut, eine kurze Fokuslinse, versehen mit einer sehr kleinen Blende, wurde über ein Loch geklebt, gebohrt in einer Metallscheibe, die auf einem Rand ruht, der an der Innenseite des Eimers herum verlötet ist. Die Foto-Platte wurde auf dem Boden des Eimers platziert, und das Ganze in einem dunklen Raum mit sauberem Wasser gefüllt. Die Linse wurde mit einer Metallkappe abgedeckt, die durch einen Griff an der Außenseite des Eimer bedient wird. Die Vorrichtung wurde auf den Boden gestellt, und die Wasseroberfläche mit einer Glasplatte abgedeckt, um Kräuselungen zu verhindern, wobei der Eimer so voll sein muss, dass das Glas in Wasserkontakt ist. Diese Anordnung umgeht die Notwendigkeit, zu diesem Zweck etwas in einen Teich zu versenken, da die Funktion des letzteren durch das Wasser im Eimer oberhalb der Linse erledigt wird. Ein Schema der Anordnung wird in Bild 1 (oberer Teil) zusammen mit den Verläufen auftreffender und gebrochener Strahlen gezeigt. Eine Anzahl äußerst interessante Bilder wurden mit dem Gerät erstellt, das nachweislich einer Linse mit einem Arbeitswinkel von 180° äquivalent ist.

Fig. 2
Bild 2

One of these is reproduced in PL III. fig. 2, and represents the appearance of a circle of men standing around the edge of a small pond, to a fish stationed at the centre. The appearance of the buildings, telegraphpoles, and small trees is also shown.

Eines davon ist Bild 2 und zeigt die Wahrnehmung von einem Menschenkreis um den Rand eines kleinen Teiches, die ein in seiner Mitte stationierten Fisch hat. Die Darstellung von Gebäuden, Telegrafenmasten und kleinen Bäumen ist ebenfalls zu sehen.

The water camera was then modified so that it could be pointed in a horizontal direction. The lens was dispensed with and a pin-hole substituted, since it was found that as good, if not better, definition could be obtained in this way. The hole was made in the opaque film on the back of a piece of modern mirror-glass, which was cemented, glass side out, over a hole in the end of a water-tight box (fig. 1, lower diagram). The plate was inserted in a dark room, and the whole filled full of water, after which the cover was closed, and a little additional water added through a small hole to displace the enclosed air. The hole was then closed with a stopper and the exposure made as desired. It will be seen that the views obtained with the apparatus in the horizontal position, represent things as seen by a fish looking out through the glass sides of an aquarium. The cone of light entering the fish's eye has an aperture of about 96°, but the rays within it came originally from a cone of 180°. Very curious pictures were obtained with this apparatus. It will photograph all three sides and the complete ceiling and floor of a room, or when placed at a point where two streets cross at a right angle, will give a view looking down any three streets, the view including the ground quite up to the base of the tripod, and the sky from the horizon to the zenith. Suspended from a balloon it would photograph the entire surface of the earth out to the horizon in all directions.

Die Wasserkamera wurde dann so modifiziert, dass sie in einer horizontalen Richtung ausgerichtet werden kann. Die Linse wurde entfernt und durch ein winziges Loch ersetzt, da festgestellt wurde, dass es gut, wenn nicht gar besser ist, die Definition (Abbildungsfunktion) auf diese Weise (unbeeinflusst von einer Linse) zu erreichen. Das Loch wurde in die undurchsichtige Schicht auf der Rückseite eines modernen Spiegelglasstückes eingebracht, das mit der Glasseite außen über ein Loch am Ende einer wasserdichten Box (Bild 1, unteres Schema) eingeklebt wurde. Die Foto-Platte wurde in einem dunklen Raum eingesetzt, und alles mit Wasser vollgefüllt, und nach dem Schließen des Deckels ein wenig zusätzliches Wasser durch ein kleines Loch gegeben, um die eingeschlossene Luft zu verdrängen. Das Loch wurde dann mit einem Stopfen verschlossen und die Belichtung, wie gewünscht, durchgeführt. Man sieht, dass die Ansichten, die man mit der Vorrichtung in der horizontalen Position erhält, die Dinge so darstellen, wie sie von einem Fisch durch die Glasseiten eines Aquariums gesehen werden. Der Lichtkegel der in das Fischauge eintritt, hat eine Öffnung von etwa 96°, aber die Strahlen innerhalb des Wassers kamen ursprünglich aus einem Kegel von 180° in der Luft. Mit diesem Gerät bekommt man sehr ausgefallene Bilder. Es fotografiert alle drei Seiten und die komplette Decke und Boden eines Raumes. Oder platziert an einer Stelle, wo zwei Straßen sich rechtwinklig kreuzen, ergibt sich eine Ansicht, wo man auf drei beliebigen Straßen runtersehen kann, einschließlich des Bodens bis ganz zum Fuß des Stativs, sowie des Himmels vom Horizont bis zum Zenit. Hängend an einem Ballon würde es die gesamte Oberfläche der Erde bis zum Horizont in allen Richtungen fotografieren.


Fig. 3
Bild 3

Fig. 4
Bild 4

Fig. 5
Bild 5

Some very curious pictures were obtained with the apparatus in this form. A straight row of nine men, standing side by side in a garden path, was photographed with the camera standing not more than 18 inches in front of the central figure. The straight path appears as if bent into a semicircle, and the end figures appear distorted, as if seen by reflexion in a cylindrical mirror. This view (fig. 3, PL III.) gives us a good idea of how the visitors at an aquarium appear to the fishes. Fig. 4 is a view taken at the intersection of two narrow streets, and shows Monument Street, looking west, with the dome of the physical laboratory, and Eutaw Street looking north and south; the foreground is recorded up to the base of the camera's tripod, and the sky to the zenith, while an overhead wire appears bent into an arc.

Einige sehr merkwürdige Bilder wurden mit dem Gerät in dieser zweiten Form gemacht. Eine gerade Reihe von neun Männern, die nebeneinander auf einem Gartenweg stehen, wurde mit der Kamera fotografiert, die nicht mehr als 18 Zoll (ca. 45 cm) vor der zentralen Figur steht. Der gerade Weg scheint zu einem Halbkreis gebogen, und die Endpersonen erscheinen verzerrt, wie man es bei einer Reflexion in einem zylindrischen Spiegel sieht. Diese Ansicht (Bild 3) gibt uns eine gute Vorstellung davon, wie den Fischen die Besucher eines Aquarium erscheinen. Bild 4 ist eine Ansicht, die an der Kreuzung von zwei schmalen Straßen aufgenommen wurde und zeigt die Monument Street mit Blick nach Westen mit der Kuppel des physikalischen Labor und der Eutaw Street nach Norden und Süden. Der Vordergrund ist bis zum Fuß des Kamerastativs und der Himmel bis zum Zenit aufgenommen, während eine Oberleitung (zu einem Bogen) gebogen erscheint.

A kite or balloon picture being out of the question, on account of the long exposure required, the camera was carried to the top of the monument' located at the centre of Mount Vernon Place, lashed to the underside of a twelve-foot piece of timber, and run out over the edge of the parapet, which surrounds the top of the cylindrical shaft. The view obtained in this way is shown in fig. 5, a portion of the city being of course hidden by the monument.

Ein Drachen- oder Ballonbild kommt aufgrund der erforderlichen langen Belichtungszeiten nicht infrage. Die Kamera, die an die Spitze des Denkmals getragen wurde, befindet sich in der Mitte von Mount Vernon Place, festgezurrt auf der Unterseite eines zwölf-Fuß-Holzstücks (ca. 3,6 m), das über den Rand der Brüstung läuft, die die Oberseite des Zylinderschafts umgibt. Bild 5 zeigt die Ansicht, die auf diese Weise erstellt wurde. Ein Stück der Stadt ist natürlich durch das Denkmal verdeckt.

An improved form of fish-eye camera was subsequently constructed. The box was made of sheet-brass, and measured 4x5x2 inches (inside measurement). The plate was inserted through a slot provided with a hinged metal cover and rubber washer, and the optical part made by cementing a piece of tinfoil, perforated with a needle-hole, between two pieces of plate-glass, with Canada balsam. The plates were then cemented over a circular hole 2 inches in diameter, cut in the top of the metal box. This arrangement was so compact that it could be carried in the coat-pocket, and was absolutely water-tight. It seems quite possible that the peculiar type of refraction described in the present paper, which makes a working angle of 180° possible, may be made use of in certain cases. Since the device will photograph the entire sky, a sunshine recorder could be made on this principle, which would require no adjustment for latitude or month. While the views used for the illustration of this paper savour somewhat of the "freak" pictures of the magazines, it is believed that the fact that they illustrate how one half of the world appears to "the other half" is sufficient excuse for their publication.

Eine verbesserte Form der Fischaugenkamera wurde anschließend gebaut. Die Box wurde aus Messingblechen gemacht, und misst 4 x 5 x 2 Zoll (ca. 10 x 13 x 5 cm, Innenmaß). Die Foto-Platte wird durch einen Schlitz mit einem klappbaren Metalldeckel und Gummidichtung eingeführt. Der optische Teil ist ein Stück Zinnfolie mit einem winzigen Loch, das zwischen zwei Glasplattenstücken mit Kanadabalsam verklebt ist. Die Platten wurden dann über ein rundes Loch mit 2 Zoll (ca. 5 cm) Durchmesser verklebt, dass in die Oberseite des Metallkasten geschnitten war. Diese Anordnung war so kompakt, dass sie in der Manteltasche mitgenommen werden konnte, und absolut wasserdicht war. Es scheint durchaus möglich, dass die besondere Art der Lichtbrechung, wie sie im vorliegenden Papier beschrieben ist, und einen Arbeitswinkel von 180° ermöglicht, in bestimmten Fällen verwendet werden könnte. Da das Gerät den gesamten Himmel fotografiert, könnte ein Sonnenschein-Recorder nach diesem Prinzip hergestellt werden, der keine Einstellung für die Breite oder den Monat erfordern würde. Während die Ansichten, die für die Bebilderung dieses Papiers verwendet wurden, etwas von "Monster"-Bilder von Magazinen haben, wird angenommen, dass die Tatsache, dass sie zeigen, wie die eine Hälfte der Welt "der anderen Hälfte" erscheint, eine ausreichende Entschuldigung für ihre Veröffentlichung ist.

Baltimore, June 1906.

Baltimore, Juni 1906.


 
Ende des Artikels und der Übersetzung
 

Anhang

Wasser ideal n = 1.33349
Flatiron fishView ideal

realer, n ist farbabhängig
Flatiron fishView chromatic

Abbildungsfunktion

Die Formel[2] beschreibt die Abbildung einer Lochkamera, die mit einem optisch brechenden Medium gefüllt ist:

r = f \frac {\sin \theta}{\sqrt {1 - \frac {\sin^2 \theta}{n^2}}}
r=f*sin(\theta)/sqrt(1-sin²(\theta)/n²) Bildlage als Abstand zur Bildmitte
f (zentrale) Brennweite, berücksichtigt auch die Verkleinerung 
f=s/n= \frac{s}{n}
s Schnittweite, Abstand zwischen Aperturblende (Loch) und Bildebene
\theta Polarwinkel des abzubildenden Außenobjekts
n Brechungsindex[3] des Mediums (Wasser hat 1,333)

Einzelnachweise

  1. Robert W. Wood: Fish-Eye Views, and Vision under Water. In: Johns Hopkins University: Philosophical Magazine Folge 6, Band 12, Nr. 68: August 1906, S. 159.
  2. Fischaugenobjektiv, Abschnitt Unterwasserblick in der deutschen Wikipedia
  3. Brechungsindex in der deutschen Wikipedia

 

 
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