4.1. La cámara estenopeica

Antes de que exista un sensor, debe formarse una imagen, y la geometría de esa imagen viene determinada por el elemento óptico que se sitúe delante del sensor. El elemento más sencillo de este tipo es un orificio estenopeico: una única abertura pequeña en una pared por lo demás opaca, y el antepasado conceptual de toda lente de cámara.

4.1.1. Formación de la imagen

Una escena tiene que estar iluminada para que haya algo que captar. La luz del sol, de una lámpara o de cualquier otra fuente incide sobre los objetos de la escena; cada punto de cada objeto absorbe parte de esa luz y dispersa el resto en todas las direcciones. Esos rayos dispersados son los que la cámara recoge.

La mayoría de los rayos que salen de un punto cualquiera de la escena chocan contra la pared de la caja y se detienen; los pocos que atraviesan el orificio estenopeico viajan cada uno en línea recta y golpean la parte trasera de la caja en un único punto determinado por la geometría del orificio.

Cada punto de la escena se proyecta a través del orificio estenopeico sobre un punto único de la pared trasera. Como los rayos se cruzan en el orificio, la imagen queda invertida.

La parte superior e inferior se intercambian, y la izquierda y la derecha se intercambian con ellas. Las cámaras deshacen ambos intercambios más adelante en la cadena de procesamiento, de modo que la imagen final aparece con la orientación correcta.

4.1.2. Geometría de la proyección

Sea \(f\) la distancia desde el orificio estenopeico hasta la pared trasera y \(D\) la distancia desde el orificio hasta un punto de la escena de altura real \(H\). Un rayo recto desde la parte superior del punto de la escena que atraviesa el orificio se posa en la pared trasera a una altura de imagen

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

Un objeto de 1 m de altura situado a 5 m de distancia, visto por un orificio estenopeico a 25 mm de la pared trasera, se proyecta a una imagen de \(25 / 5000 = 1/200\) de su tamaño real: una flecha invertida de 5 mm de altura en la pared.

La distancia \(f\) es aquí la distancia focal de la cámara. Conviene encontrarse con el término en un contexto en el que es literalmente una longitud: la profundidad entre el plano de imagen y el elemento que enfoca la luz sobre él. Cada lente que sustituya más adelante a este orificio estenopeico tendrá también una distancia focal, y se aplicará la misma escala de proyección \(f / D\).

4.1.3. El compromiso de la apertura

Un orificio estenopeico que sea matemáticamente un punto produce una imagen perfectamente nítida de cada punto de la escena, pero un punto no recoge nada de luz: la imagen queda invisiblemente tenue. Ensanchar el orificio deja pasar más luz, de modo que la imagen es más brillante, pero ahora cada punto de la escena se proyecta a través de él como una mancha del tamaño del orificio en lugar de como un único punto. La imagen se vuelve más brillante y más borrosa al mismo tiempo, y no existe ningún tamaño de orificio que proporcione una imagen a la vez nítida y brillante.

Una lente elimina el compromiso. Es una abertura más ancha que además vuelve a enfocar cada rayo que entra en ella hacia un único punto de la pared, de modo que la imagen es a la vez brillante (porque la abertura es ancha) y nítida (porque los rayos siguen encontrándose en un solo punto). La página siguiente la presenta en esos términos.