4.1. Pinhole kamera

Prije nego što postoji senzor, postoji slika koju treba oblikovati, a geometriju te slike određuje optički element koji se nalazi ispred senzora. Najjednostavniji takav element je rupica (pinhole) – jedan mali otvor u inače neprozirnom zidu, i konceptualni predak svake objektivne leće kamere.

4.1.1. Formiranje slike

Da bi se išta moglo snimiti, scena mora biti osvijetljena. Svjetlost sa sunca, svjetiljke ili nekog drugog izvora pada na objekte u sceni; svaka točka na svakom objektu apsorbira dio te svjetlosti i raspršuje ostatak u svim smjerovima. Upravo te raspršene zrake kamera prikuplja.

Većina zraka koje napuštaju bilo koju točku scene udara u zid kutije i zaustavlja se; nekolicina koja prođe kroz rupicu putuje pravocrtno i pogađa stražnju stranu kutije u jednoj točki koju određuje geometrija rupice.

Svaka točka scene projicira se kroz rupicu na jedinstvenu točku na stražnjem zidu. Budući da se zrake križaju u rupici, slika je obrnuta.

Gore i dolje zamijene mjesta, a s njima i lijevo i desno. Kamere oboje vraćaju na svoje mjesto kasnije u cjevovodu obrade tako da konačna slika izgleda ispravno okrenuta.

4.1.2. Geometrija projekcije

Neka \(f\) bude udaljenost od rupice do stražnjeg zida, a \(D\) udaljenost od rupice do točke scene stvarne visine \(H\). Pravocrtna zraka od vrha točke scene kroz rupicu pada na stražnji zid na visini slike

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

Objekt visok 1 m udaljen 5 m, gledan kroz rupicu na 25 mm od stražnjeg zida, projicira se na sliku \(25 / 5000 = 1/200\) svoje stvarne veličine – obrnutu strelicu visine 5 mm na zidu.

Udaljenost \(f\) ovdje je žarišna duljina kamere. Pomaže susresti taj pojam u okruženju gdje je doslovno duljina – dubina između slikovne ravnine i elementa koji fokusira svjetlost na nju. Svaka leća koja kasnije zamijeni ovu rupicu također će imati žarišnu duljinu, i primijenit će se isto mjerilo projekcije \(f / D\).

4.1.3. Kompromis kod otvora blende

Rupica koja je matematički gledano točka stvara savršeno oštru sliku svake točke scene, no točka ne prikuplja nimalo svjetlosti – slika je neprimjetno tamna. Probušivanje rupe propušta više svjetlosti, pa je slika svjetlija, ali se sada svaka točka scene projicira na mrlju veličine rupe umjesto na jednu točku. Slika istovremeno postaje svjetlija i mutnija, i ne postoji veličina rupe koja daje i oštru i svijetlu sliku.

Leća uklanja taj kompromis. To je širi otvor koji uz to i ponovno fokusira svaku zraku koja u njega ulazi natrag u jednu točku na zidu, pa je slika i svijetla (jer je otvor širok) i oštra (jer se zrake i dalje sastaju u jednoj točki). Sljedeća stranica predstavlja je upravo tim pojmovima.