4.1. Dírková komora

Než vznikne senzor, musí se nejprve vytvořit obraz, a geometrie tohoto obrazu je dána tím, jaký optický prvek se nachází před senzorem. Nejjednodušším takovým prvkem je dírka – jediný malý otvor v jinak neprůhledné stěně a koncepční předchůdce každého objektivu kamery.

4.1.1. Vznik obrazu

Aby bylo co snímat, musí být scéna osvětlená. Světlo ze slunce, lampy nebo jakéhokoli jiného zdroje dopadá na objekty ve scéně; každý bod každého objektu část tohoto světla pohltí a zbytek rozptýlí do všech směrů. Právě tyto rozptýlené paprsky kamera zachycuje.

Většina paprsků odcházejících z libovolného bodu scény dopadne na stěnu krabice a zastaví se; těch několik, které projdou dírkou, se každý šíří po přímce a dopadne na zadní stěnu krabice do jediného bodu určeného geometrií dírky.

Každý bod scény se promítá skrze dírku na jedinečný bod na zadní stěně. Protože se paprsky v dírce kříží, je obraz převrácený.

Horní a dolní část se prohodí a spolu s nimi i levá a pravá strana. Kamery obojí prohození později v řetězci zpracování zruší, takže výsledný obraz vypadá správně otočený.

4.1.2. Geometrie projekce

Nechť \(f\) je vzdálenost od dírky k zadní stěně a \(D\) vzdálenost od dírky k bodu scény o skutečné výšce \(H\). Přímý paprsek z vrcholu bodu scény procházející dírkou dopadne na zadní stěnu ve výšce obrazu

\[h = H \cdot \frac{f}{D}\]

Objekt vysoký 1 m vzdálený 5 m, snímaný dírkou ve vzdálenosti 25 mm od zadní stěny, se promítne do obrazu o velikosti \(25 / 5000 = 1/200\) své skutečné velikosti – převrácená šipka vysoká 5 mm na stěně.

Vzdálenost \(f\) je zde ohnisková vzdálenost kamery. Pomáhá se s tímto pojmem setkat v situaci, kdy je doslova délkou – hloubkou mezi obrazovou rovinou a prvkem, který na ni zaostřuje světlo. Každý objektiv, který tuto dírku později nahradí, bude mít také ohniskovou vzdálenost a bude platit stejné měřítko projekce \(f / D\).

4.1.3. Kompromis clony

Dírka, která je matematicky bodem, vytváří dokonale ostrý obraz každého bodu scény, ale bod nezachytí žádné světlo – obraz je neviditelně tmavý. Vyvrtání otvoru propustí více světla, takže obraz je jasnější, ale každý bod scény se nyní promítá do skvrny o velikosti otvoru, nikoli do jediného bodu. Obraz se zároveň stává jasnějším i rozmazanějším a neexistuje žádná velikost otvoru, která by poskytla současně ostrý i jasný obraz.

Objektiv tento kompromis odstraňuje. Je to širší otvor, který navíc znovu zaostřuje každý vstupující paprsek zpět do jediného bodu na stěně, takže obraz je jasný (protože otvor je široký) i ostrý (protože se paprsky stále setkávají v jednom bodě). Na další stránce ho v těchto pojmech představíme.