小孔成像详解【相机成像原理（一）】

1、胶片摄影与数码摄影

胶片摄影是把光学镜头的光信号投射到胶片上，
数码摄影是把光学镜头的光信号投射到传感器上，传感器把光信号依次处理为电信号和数字信号，片上计算机再把数字信号进行处理

2、相机的组成

2.1 只有传感器相机的成像

一棵树所有的点发出的光照射到图像传感器上，最后所成的像为

3、小孔成像

如果在树和传感器之间放置一个有小孔的挡板呢，只有几束光线可以穿过小孔，所成的像如下，

有小孔的挡板相当于相机中的挡板，小孔相当于光圈，

3.1 小孔相机的参数和成像结果

挡板和图像传感器之间的距离为焦距，

将成像位置移动到小孔与物体的一侧，便于理解小孔成像的几何模型

可以把上面的图转成下面的光路图，其中X XX是真实物体的一个点，相机中心是小孔，小孔与虚拟像平面的距离是焦距，主光轴是小孔与虚拟像平面的垂直线，

也可以把上面的光路图转成下面的形式，其中X XX是真实物体的点到像圈（小孔）的距离，Y YY是真实物体的点到主光轴的距离，f ff是焦距，所以能得出所成像的大小与焦距成正比例关系，

对焦距离减半时，成像尺寸减半，如下图所示，

3.2 关于小孔成像的两个问题

Q1：成像尺寸与对焦距离的关系是什么？

• 成像尺寸与对焦距离成正比

Q2：成像质量与小孔尺寸及对焦距离的关系是什么？

• 小孔尺寸增大，图像变模糊
• 小孔尺寸过小，产生衍射模糊
• 小孔尺寸过小，图像变暗
• 只有合适的小孔尺寸，才能得到最高质量的图像

越小的孔，意味着越大的傅里叶频谱，也意味着更多的衍射

缩小小孔还会影响光效 – 单位面积传感器的曝光量

4、小孔成像的缺陷

改进：