4.1. İğne deliği kamera¶

Bir sensör var olmadan önce, oluşturulacak bir görüntü vardır ve bu görüntünün geometrisi, sensörün önünde duran optik öğe ne ise onun tarafından belirlenir. Bu tür öğelerin en basiti bir iğne deliğidir; aksi takdirde opak olan bir duvardaki tek bir küçük açıklık ve her kamera lensinin kavramsal atasıdır.

4.1.1. Görüntü oluşumu¶

Görüntülenebilecek bir şeyin olması için bir sahnenin aydınlatılmış olması gerekir. Güneşten, bir lambadan veya başka herhangi bir kaynaktan gelen ışık sahnedeki nesnelere çarpar; her nesnenin her noktası bu ışığın bir kısmını soğurur ve geri kalanını her yöne saçar. Kameranın topladığı şey bu saçılan ışınlardır.

Herhangi bir sahne noktasından ayrılan ışınların çoğu kutunun duvarına çarpıp durur; iğne deliğinden geçen az sayıdaki ışının her biri düz bir çizgide ilerler ve iğne deliğinin geometrisi tarafından belirlenen tek bir noktada kutunun arkasına çarpar.

Soldaki dikey bir ok, sahnedeki bir nesneyi temsil eder. Ucundan ve tabanından iki ışın ayrılır, bir duvardaki iğne deliğinden geçer ve düz çizgiler hâlinde devam ederek sağdaki arka duvara düşer; burada daha küçük ve ters dönmüş bir ok oluştururlar. Nesne uzaklığı D, sahne ile iğne deliği arasında etiketlenmiştir; odak uzaklığı f ise iğne deliği ile arka duvar arasında etiketlenmiştir. — Her sahne noktası, iğne deliğinden arka duvar üzerindeki benzersiz bir noktaya yansır. Işınlar iğne deliğinde kesiştiği için görüntü ters döner.¶

Üst ve alt yer değiştirir, sol ve sağ da onlarla birlikte yer değiştirir. Kameralar, son görüntü düz görünsün diye her ikisini de işlem hattının ilerleyen aşamalarında geri çevirir.

4.1.2. Yansıtma geometrisi¶

\(f\), iğne deliğinden arka duvara olan uzaklık olsun ve \(D\), iğne deliğinden gerçek yüksekliği \(H\) olan bir sahne noktasına olan uzaklık olsun. Sahne noktasının tepesinden iğne deliğinden geçen düz bir ışın, arka duvara şu görüntü yüksekliğinde düşer:

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

5 m uzaklıktaki 1 m boyundaki bir nesne, arka duvardan 25 mm uzaktaki bir iğne deliğinden görüldüğünde, gerçek boyutunun \(25 / 5000 = 1/200\) katı kadar bir görüntüye yansır; duvarda 5 mm boyunda ters dönmüş bir ok.

Buradaki \(f\) uzaklığı, kameranın odak uzaklığıdır. Bu terimle, gerçek anlamda bir uzunluk olduğu bir bağlamda karşılaşmak yardımcı olur; görüntüleme düzlemi ile ışığı bu düzleme odaklayan öğe arasındaki derinlik. Daha sonra bu iğne deliğinin yerini alacak her lensin de bir odak uzaklığı olacaktır ve aynı \(f / D\) yansıtma ölçeği geçerli olacaktır.

4.1.3. Açıklık ödünleşimi¶

Matematiksel olarak bir nokta olan bir iğne deliği, her sahne noktasının mükemmel keskinlikte bir görüntüsünü oluşturur, ancak bir nokta hiç ışık toplamaz; görüntü görünmeyecek kadar sönüktür. Deliği büyütmek daha fazla ışığın geçmesini sağlar, böylece görüntü daha parlak olur, ancak her sahne noktası artık tek bir noktaya değil, deliğin boyutunda bir lekeye yansır. Görüntü aynı anda hem daha parlak hem de daha bulanık hâle gelir ve hem keskin hem de parlak bir görüntü veren bir delik boyutu yoktur.

Bir lens bu ödünleşimi ortadan kaldırır. Daha geniş bir açıklıktır ve ayrıca içine giren her ışını duvardaki tek bir noktaya yeniden odaklar; böylece görüntü hem parlak (çünkü açıklık geniştir) hem de keskin (çünkü ışınlar yine tek bir noktada buluşur) olur. Bir sonraki sayfa lensi bu terimlerle tanıtmaktadır.