Od Mamuta do tostera: inženjerski ekstremi

Na prijelazu iz 19. u 20. stoljeće veličina fotografske slike još je bila vrlo konkretan, fizički problem. Ako ste željeli napraviti golemu fotografiju iz jednog negativa, najjednostavnije rješenje bilo je napraviti jednako golem negativ. Za tako veliki negativ trebala je, naravno, i golema kamera. Ne govorimo ovdje o Guinnessovu rekordu, nego o ekstremnom inženjerskom odgovoru na vrlo konkretan fotografski problem. Upravo je američki fotograf i izumitelj George R. Lawrence 1900. godine dobio priliku takav odgovor pretvoriti u stvarni fotografski aparat.

Sedamdeset pet godina nakon što je Lawrence za jednu fotografiju sagradio kameru tešku više od pola tone, mladi Kodakov inženjer Steven Sasson krenut će u potpuno suprotnom smjeru. Iz fotoaparata će izbaciti film, fotografsku ploču i kemijsku obradu, a sliku pretvoriti u niz brojeva spremljenih na magnetskoj kaseti.

Prva kamera težila je više od pola tone i za njezino je postavljanje trebalo petnaest ljudi. Druga je bila velika otprilike kao toster, težila nekoliko kilograma i snimala fotografije razlučivosti samo 100 × 100 piksela.

Obje su u svoje vrijeme djelovale prilično neobično, svaka iz sasvim drugog razloga. Zajedno vrlo dobro pokazuju koliko se fotografija promijenila tijekom samo 75 godina.

„Najljepši vlak na svijetu”

Godine 1899. američka kompanija Chicago & Alton Railway predstavila je novi putnički vlak Alton Limited, namijenjen liniji između Chicaga i St. Louisa.

Kompanija je bila vrlo ponosna na njegov izgled. Vlak je projektiran neobično dosljedno: vagoni su imali ujednačene dimenzije, prozore jednakog oblika i niz detalja kojima se pokušao postići skladan profil od lokomotive do posljednjeg vagona.

Ni u promotivnim materijalima nisu bili osobito skromni. Alton Limited nazivali su „najljepšim vlakom na svijetu”.

Za parišku Svjetsku izložbu 1900. poželjeli su, sasvim prikladno takvom opisu, i odgovarajuću fotografiju. Htjeli su prikaz cijelog vlaka dug najmanje osam stopa, odnosno oko dva i pol metra.

Njihov fotograf George R. Lawrence najprije je predložio razumno rješenje: snimiti vlak u nekoliko dijelova i fotografije poslije spojiti. Uprava željeznice to nije prihvatila. Smatrali su da bi spojevi bili vidljivi i da bi se izgubila pravilna perspektiva. Željeli su cijeli vlak na jednom jedinom negativu.

Lawrenceov studio reklamirao se tvrdnjom da su mu specijalnost stvari koje su se dotad smatrale nemogućima, pa je odgovor bio u skladu s reklamom: ako postojeća kamera nije dovoljno velika, napravit će novu.

Fotoaparat od 635 kilograma

Lawrence je osmislio projekt goleme kamere, a čikaški konstruktor J. A. Anderson izradio ju je za otprilike dva i pol mjeseca.

Rezultat je teško opisati kao običan fotoaparat.

Kamera je koristila staklene fotografske ploče veličine približno 8 × 4½ stopa, odnosno oko 2.4 × 1,4 metra. Samo tijelo aparata težilo je oko 900 funti, dok je napunjeni držač fotografske ploče dodavao još 500. Ukupna težina iznosila je oko 1.400 funti, odnosno približno 635 kilograma.

Kad je bila potpuno razvučena, konstrukcija je bila duga oko šest metara. Mijeh je bio višeslojan i kretao se po malim kotačima na metalnim vodilicama, a posebno izrađeni objektivi bili su toliko veliki da ih je tadašnja promotivna publikacija predstavljala kao najveće fotografske objektive dotad izrađene.

Najzanimljiviji detalj ipak nije ni težina ni veličina objektiva, nego način na koji se čistila fotografska ploča. U kameru je mogao ući čovjek.

Nakon što bi golemi držač ploče bio postavljen, operater bi kroz prednji dio aparata ušao u kameru i u mraku četkom od devine dlake očistio ploču od prašine. Postupak je detaljno opisan u izvornom promotivnom materijalu Chicago & Alton Railwaya iz 1900. godine.

Za transport i postavljanje cijelog sustava bila je potrebna četa od petnaest ljudi. Kamera je iz Andersonove radionice najprije prevezena posebno podstavljenim zaprežnim kolima do željezničke postaje, gdje je prebačena na željeznički vagon i odvezena do Brighton Parka. Odatle je posada opremu prenijela do mjesta snimanja, gdje ih je čekao Alton Limited.

Ovdje, naravno, nije riječ o traženju apsolutnih rekorda u veličini fotoaparata. Fotografsko inženjerstvo poslije će otići u mnogo ekstremnije smjerove, od golemih znanstvenih kamera do sustava toliko malenih da ih jedva možemo vidjeti.

Lawrenceova Mammoth Camera i Sassonov digitalni prototip zanimljivi su iz drugog razloga: u samo 75 godina pokazuju dvije gotovo suprotne ideje o tome kako riješiti fotografski problem. Jedna je povećala gotovo svaki fizički dio fotografskog procesa, a druga je započela njegovo pretvaranje u elektroniku i podatke.

Dvije i pol minute za jednu fotografiju

Vrijeme na dan snimanja nije bilo idealno. Bilo je vedro, ali je puhao jak vjetar, što nije naročito zgodno kada ispred sebe imate fotografski mijeh dug nekoliko metara.

Kamera je ipak postavljena i fokusirana. U nju je umetnuta golema Cramerova izokromatska ploča, a korišten je objektiv efektivne žarišne duljine od oko deset stopa, dakle otprilike tri metra.

Ekspozicija je trajala dvije i pol minute, a negativ je uspio.

Iz njega su napravljeni veliki kontaktni otisci, a prva tri poslana su na parišku Svjetsku izložbu 1900. godine. Jedan je bio izložen u željezničkom dijelu, drugi među fotografijama, a treći u američkom državnom paviljonu.

Fotografija je izazvala i određenu nevjericu. Organizatori izložbe nisu bili sigurni da je tako velika fotografija doista mogla nastati na jednoj fotografskoj ploči. Prema tadašnjoj dokumentaciji, trebalo je dostaviti pisane dokaze da je riječ o jednoj ekspoziciji na jednom negativu.

Na kraju nije ostalo samo na dokazivanju. Lawrenceov fotografski rad nagrađen je na pariškoj izložbi Grand Prixom.

Kamera koja je napravljena kako bi riješila jedan vrlo konkretan reklamni problem tako je postala gotovo jednako zanimljiva kao i fotografija zbog koje je nastala.

Sedamdeset pet godina poslije

U prosincu 1975. fotografija je već izgledala sasvim drukčije.

Fotografski film proizvodio se industrijski, fotoaparati su bez problema stali u ruku, automatska ekspozicija više nije bila nikakva egzotika, a milijuni ljudi fotografirali su bez potrebe da znaju išta o kemiji koja stoji iza nastanka slike.

U istraživačkom laboratoriju Eastman Kodaka u Rochesteru radio je tada 25-godišnji elektroinženjer Steven Sasson.

Njegov šef Gareth Lloyd dao mu je 1974. prilično otvoren zadatak: istražiti može li se novi elektronički element poznat kao CCD, odnosno charge-coupled device, upotrijebiti kao slikovni senzor.

📜 IZDVOJENO IZ ARHIVE: CCD nije počeo sa Sassonom

Sasson nije izumio CCD niti je njegov aparat bio prvi uređaj koji je tim senzorom stvorio sliku.

Willard Boyle i George E. Smith razvili su CCD 1969. u Bell Laboratoriesu. Ubrzo je postalo jasno da se nova tehnologija može koristiti i za snimanje slike, a početkom 1970-ih Michael Tompsett i njegovi suradnici u Bell Labsu demonstrirali su prve praktične CCD slikovne sustave.

Fairchild Semiconductor je 1973. već proizvodio CCD slikovni senzor s matricom od 100 × 100 elemenata. Dvije godine poslije Sasson će u svojem prototipu upotrijebiti Fairchildov CCD iste razlučivosti.

CCD i drugi elektrooptički senzori vrlo su brzo privukli znanstvene, industrijske i američke vojno-obavještajne programe. Dobar primjer tog prijelaza bio je američki izviđački program KENNEN. Njegov prvi satelit, lansiran krajem 1976., označio je veliki prekid s dotadašnjom praksom: stariji špijunski sateliti snimali su na fotografski film koji se zatim morao fizički vratiti na Zemlju u kapsulama, dok je KENNEN snimke mogao slati elektronički gotovo u stvarnom vremenu.

Izvori nisu potpuno suglasni o tome koji je senzor koristila prva generacija KENNEN-a, pa nije opravdano tvrditi da je već prvi satelit iz 1976. imao CCD. Sigurno je, međutim, da su CCD senzori ubrzo postali važan dio razvoja elektrooptičkog i satelitskog snimanja.

Sassonova prekretnica zato nije bila u tome što je prvi CCD usmjerio prema prizoru. Njegov je doprinos bio nešto drugo: senzor, digitalizaciju, memoriju, spremanje i kasniju reprodukciju fotografije spojio je u jedan samostalni fotografski uređaj.

Sasson nije pokušavao napraviti bolji filmski fotoaparat. Zanimalo ga je može li napraviti fotoaparat kojem film uopće nije potreban.

Do prosinca 1975. sastavio je uređaj od dijelova koji danas djeluju kao neobična kombinacija: objektiva s Kodakove Super 8 filmske kamere, Fairchildova CCD senzora, analogno-digitalnog pretvarača, memorijskih sklopova, šesnaest nikal-kadmijevih baterija, nekoliko pločica elektronike i uređaja za zapisivanje podataka na običnu magnetsku kasetu.

Rezultat se danas smatra prvim samostalnim digitalnim fotoaparatom.

Toster od 0,01 megapiksela

Kodak svoj prototip opisuje kao uređaj veličine tostera.

Težio je oko 3,6 kilograma, a njegova je razlučivost prema današnjim mjerilima gotovo smiješna: 100 × 100 piksela, odnosno ukupno 10.000 piksela ili 0,01 megapiksel.

Snimao je samo crno-bijelo, ali ni to nije bila njegova najneobičnija osobina.

Na fotoaparatu nije bilo zaslona, nije postojala memorijska kartica, a nije postojao ni JPEG. Nakon snimanja digitalni podaci zapisivali su se na magnetsku kasetu unutar aparata. Na jednu se kasetu moglo spremiti oko 30 fotografija.

Samo snimanje slike trajalo je oko 50 milisekundi, dok je zapisivanje jedne fotografije na kasetu zahtijevalo približno 23 sekunde.

Ako ste željeli vidjeti što ste fotografirali, kasetu je trebalo izvaditi iz kamere i staviti u zaseban uređaj za reprodukciju. Taj je uređaj podatke pretvarao u videosignal i sliku prikazivao na televizoru.

Danas takav postupak zvuči krajnje nepraktično, ali smisao prototipa nije bio napraviti fotoaparat koji će ljudi sutra kupovati u trgovinama. Trebalo je pokazati da se cijeli fotografski postupak može spojiti u jedan samostalni digitalni uređaj: snimiti prizor, pretvoriti ga u digitalne podatke, spremiti ih i poslije ponovno prikazati kao fotografiju.

Prvi portret Sassonova „tostera” nije prošao najbolje

Za jedan od prvih stvarnih testova Sasson je zamolio kolegicu iz laboratorija Joy Marshall da stane pred njegov neobični aparat.

Kamera ju je snimila i podatke zapisala na kasetu. Kada su fotografiju prikazali na zaslonu, rezultat nije izgledao osobito impresivno. Tamni i svijetli dijelovi slike bili su prepoznatljivi, ali srednji tonovi nisu se pravilno prikazivali. Kosa se vidjela, dok je lice velikim dijelom nestalo u elektroničkom šumu.

Sasson je poslije ispravio problem, ali prvi portret snimljen njegovim prototipom nije izgledao kao nešto što će promijeniti fotografiju.

Mammoth Camera iz 1900. bila je napravljena upravo zato da dobije što veću i detaljniju fotografiju. Sassonov prototip imao je samo 10.000 piksela i kvalitetom slike nije mogao impresionirati gotovo nikoga. Ali kod njega kvaliteta slike još nije bila glavna stvar. Važno je bilo to što fotografija više nije morala biti zapisana u svjetlosno osjetljivom materijalu. Mogla je postati skup digitalnih podataka.

Dva sasvim različita smjera

Lawrence i Sasson nisu rješavali isti tehnički problem, pa njihove kamere nema smisla uspoređivati kao dva konkurentska modela.

Zanimljive su upravo zato što pokazuju koliko su se u 75 godina promijenile pretpostavke o tome što fotografska kamera uopće mora biti.

Godine 1900. fotografija je još bila potpuno vezana uz fizički nosač. Ako ste željeli golemu fotografiju napravljenu iz jednog negativa, trebao vam je golem negativ. Zatim velika ploča, velik objektiv, velik mijeh i, u Lawrenceovu slučaju, petnaest ljudi koji će cijelu stvar dovesti na mjesto snimanja.

Kod Sassonova aparata taj se odnos počinje prekidati. Svjetlost više nije kemijski mijenjala fotografski film. CCD senzor pretvarao ju je u električni signal, analogno-digitalni pretvarač taj signal u brojčane vrijednosti, a elektronika ih je spremala na magnetsku traku.

Fizički negativ više nije bio potreban, a upravo je to važnija razlika od podatka da je jedna kamera težila 635, a druga 3,6 kilograma.

Od negativa do podataka

Mammoth Camera bila je ekstreman primjer jednog starog fotografskog principa: velika kamera, velik negativ i neposredna veza između fizičke veličine negativa i fotografije koju iz njega možete dobiti.

Bila je impresivna, ali njezina konstrukcija nije predstavljala smjer u kojem će se fotografija dalje razvijati.

Sassonov aparat na prvi pogled nije bio naročito impresivan. Bio je velik, nezgrapan i spor, snimao je samo crno-bijelo, a razlučivost od 0,01 megapiksela danas ne bi bila dovoljna ni za vrlo malu sličicu na zaslonu.

Ali arhitektura koju je demonstrirao — elektronički slikovni senzor, pretvaranje slike u digitalne podatke, memorija, pohrana i kasnija reprodukcija — postala je temelj načina na koji rade današnji digitalni fotoaparati. Senzori će se poslije mijenjati, a CCD će u većini suvremenih uređaja postupno ustupiti mjesto CMOS tehnologiji.

Kodak je 1977. podnio patentnu prijavu za elektroničku kameru Sassona i Lloyda, a američki patent dodijeljen je 1978. godine. Patent je formalizirao osnovnu zamisao elektroničkog fotoaparata koji snimljenu sliku pretvara u digitalne podatke, pohranjuje ih i omogućuje njihovu kasniju reprodukciju.

Između Lawrenceove i Sassonove kamere prošlo je samo 75 godina. U Lawrenceovu je kameru čovjek mogao fizički ući kako bi očistio fotografski negativ, dok u Sassonovoj negativ više nije postojao.

Mammoth Camera nije ovdje zato što je bila najveća kamera svih vremena, niti je Sassonova kamera ovdje zato što je bila najmanja. One predstavljaju dva ekstrema u načinu razmišljanja o fotografiji: maksimalno povećanje fizičkog medija i početak njegova nestanka.

Sljedeći fotografski ekstrem neće tražiti još veću kameru niti novi način spremanja slike. Problem će biti brzina: kako ekspoziciju skratiti toliko da se mogu snimiti prvi trenuci nuklearne eksplozije.

Izvori i dodatna literatura

Chicago & Alton Railway — The Largest Photograph in the World of the Handsomest Train in the World, 1900. Izvorna publikacija s detaljnim opisom nastanka Mammoth Camere, fotografske ploče, transporta, ekspozicije i fotografiranja vlaka Alton Limited.

National Inventors Hall of Fame — Steven Sasson. Podaci o konstrukciji prvog samostalnog digitalnog fotoaparata, CCD senzoru, baterijama i Sassonovu radu u Kodaku.

Nokia Bell Labs — Charge-Coupled Device. Povijest razvoja CCD-a, rada Willarda Boylea i Georgea E. Smitha te razvoja CCD-a kao slikovnog senzora.

National Reconnaissance Office — Electro-Optical Imaging / KENNEN. Deklasificirani materijali o prijelazu američkih izviđačkih satelita s povratka fotografskog filma na elektroničko snimanje i prijenos slike.