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小孔成像详解【相机成像原理(一)】

小孔成像详解【相机成像原理(一)】

文章目录

      • 1、胶片摄影与数码摄影
      • 2、相机的组成
        • 2.1 只有传感器相机的成像
      • 3、小孔成像
        • 3.1 小孔相机的参数和成像结果
        • 3.2 关于小孔成像的两个问题
      • 4、小孔成像的缺陷

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:

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