Представьте, что вы смотрите на стену напротив телевизора. Будет ли телевидение проецировать четкое изображение на эту стену? Или даже размытый? Нет. Стена будет достаточно равномерно освещена светом от телевизора. Если вы держите лист фотобумаги перед стеной, это не будет иметь никакого значения.
Это потому, что свет от телевизора не направленный . Каждый пиксель похож на миниатюрную лампочку, которая направляет свет во все стороны перед телевизором. Таким образом, если вы думаете о какой-либо одной точке на стене (или на пленке!), На нее падает свет, излучаемый каждой точкой на телевизоре, в основном получая среднее значение цветов на показанном изображении.
Теперь то, что мы хотели бы сделать, это как-то заставить свет из одной точки на телевизоре освещать только соответствующую точку на стене. Самый элементарный способ обеспечить это - держать большой кусок картона в центре комнаты с крошечной дырой в центре. Что будет потом? Картон блокировал бы почти весь свет от попадания на стену, но для каждой точки на телевизионном изображении крошечный участок стены был бы виден через отверстие и освещался этой точной точкой.
То, что мы только что изобрели, называется Камера-обскура , также известная как камера-обскура . Вы можете взять обувную коробку, приклеить кусочек фотопленки на одну из внутренних стен, пробить дыру через противоположную стену и получить чрезвычайно примитивную, но функциональную камеру.
Какой смысл в дорогих линзах? Основная проблема заключается в том, что через крошечный укол проходит лишь небольшое количество света. Таким образом, даже в солнечный день и с чувствительной пленкой вам понадобятся очень длинные выдержки, чтобы получить что-то, приближающееся к хорошо экспонированному изображению. Если вы увеличите отверстие, через него будет проходить больше света, но изображение станет более размытым. То, что в основном делают линзы - это позволяет открывать большее отверстие, через которое проходит больше света, но при этом фокусировать свет от одной точки объекта до одной точки на пленке (или серебряного экрана или датчика). Они достигают этого путем умного применения законов оптики (особенно закон Снелла ) и геометрии.
Другая проблема с очень маленькими отверстиями (как называется отверстие, пропускающее свет в камеру) - это дифракция . Световые волны, распространяющиеся очень близко к острому краю, в некоторой степени изгибаются, когда проходят через край. В фотографии это приводит к некоторому размытию изображения. Чем больше апертура, тем меньше процент рассеянного света, потому что большая часть света не проходит очень близко к краям апертуры.
Как фокусировка связана со всем этим? Помните, когда я говорил, что, подобно точечному отверстию, линзы все еще проецируют точку на объекте на точку на получающемся изображении? Я не был полностью правдив. Дело в том, что при любой реалистической, не бесконечно малой апертуре, только свет, исходящий с определенного расстояния в сцене, будет иметь это соответствие точка-точка, при этом изображения точек ближе или дальше от камеры становятся более размытыми. Изменяя расстояние между объективом и пленкой, вы можете изменять, какая часть сцены проецируется резко, то есть в фокусе . Чем больше диафрагма, тем мельче становится часть сцены, которая, можно сказать, достаточно резкая.
Для некоторых очень хороших демонстраций вышеупомянутых концепций я рекомендую взглянуть на апплеты Flash , предоставляемые в качестве дополнительного материала для курса по цифровой фотографии Stanford CS178 .