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Eine Camera obscura (lateinisch für "dunkler Raum") ist nichts anderes als ein dunkler Kasten oder Raum (oft begehbar), in den Licht durch ein kleines Loch fällt. Auf der gegenüberliegenden Wand wird ein seitenverkehrtes, auf dem Kopf stehendes Bild erzeugt.

Wesentlich für die Funktion der Camera obscura ist die geradlinige Lichtausbreitung. Jeder Punkt eines Gegenstandes sendet Licht in alle Richtungen aus. Davon fällt ein eng begrenztes Lichtbündel durch das Loch der Camera obscura auf seine Rückwand und erzeugt dort einen Bildpunkt in der Form des Loches. Alle Bildpunkte zusammen ergeben das Bild.
Das Bild ist wegen der Kegelform des Lichtbündels niemals scharf. Je kleiner das Loch der Camera obscura, desto schärfer ist das Bild, aber desto dunkler ist es auch. Durch Verkleinerung der Bildweite wird das Bild des Gegenstandes wiederum heller, aber auch kleiner.

Das Prinzip der Camera obscura wurde schon früh entdeckt. Im 5. Jahrhundert v. Chr. wurde es in chinesischen Schriften erwähnt. Im 4. Jahrhundert v. Chr. beschrieb Aristoteles Lichtflecken, die vom durch das Blätterdach eines Baumes fallenden Sonnenlicht erzeugt wurden. Bei einer Sonnenfinsternis konnte er diese durch denselben Effekt auf dem Boden gefahrlos beobachten.
Im 11. Jahrhundert n. Chr. konnte der arabische Gelehrte Ibn-al-Haitham die Camera obscura durch die Entdeckung der geradlinigen Lichtausbreitung erklären.

In den folgenden Jahrhunderten wurde die Camera obscura als astronomisches Instrument und von Künstlern als Zeichenhilfe genutzt. Dazu gehörte auch Leonardo da Vinci, der sie weiterentwickelte, indem er einen innen geschwärzten Kasten mit einer transparenten Rückwand verwendete.

Im 16. Jahrhundert entdeckte man, dass das Bild wesentlich schärfer und heller wurde, wenn man das Loch durch eine Linse ersetzte.
Der Photoapparat als Weiterentwicklung der Camera obscura, der es ermöglichte, das Bild dauerhaft festzuhalten, wurde erst im 18. Jahrhundert erfunden.