13.相机和图像——介绍，太阳摄影机，成像系统，图像形成，光圈（Aperture）_1
目录
介绍
太阳摄影机
成像系统
图像形成
光圈（Aperture）
介绍
因此，3 是我们的新单元，我们将开始谈论相机模型，它将开始温和，然后稍微稍微粗略一点，我们开始进入像透视投影，所以跟着我们的步伐。在中间部分，我们会用立体视觉做一些很酷的东西，你实际上要为一个问题集做一些事情，而且它非常简单。但是，这就是那个课程将继续尝试做的事情，我们将稍微深入研究数学，回过头来，尽量确保你总是拥有完成问题集所需的数学计算。我们给你的一些东西不会直接用在作业的习题集上，甚至在考试中，但是你，你，你知道这一点很重要。
那么，什么是图像呢? 直到今天，我们一直在谈论图像作为函数，记住，它们是二维函数或强度函数，二维x，y，u，v，i，j。今天，我们将开始说等一下，它不仅仅是一个任意函数，这些图像实际上是三维场景的投影，三维点。
摄影相机相关术语：
机架（Machine Frame）、导轨（Guide Rails）、透镜（Lenses）、光圈（Apertures）、摄影暗箱（Camera Obscura）、暗箱接口（Camera Obscura Interface）
太阳摄影机
这是第一张已知照片的示例。这是1826年首次发现的已知录制投影之一（如图），你可以在左边看到这个相册，在右边是50年代中期制作的复制品，现在，值得注意的是这个图像被称为日照图（Heliograph）。
因为拍摄这张照片需要很多阳光。锡板是金属的，上面涂着一种叫做朱迪亚（Judea）沥青的东西，这是一种石油化学的衍生物。经过一天的曝光，大概8个小时后，盘子被移走，图像被发现，你必须用一种溶液清洗它，薰衣草油和白色石油的混合物。它溶解了没有被光硬化的部分。所以这个想法是，你有一种化学物质，它是一种液体，它经历了一种化学反应，它会改变它，这样你就可以去除其中的一些，这就是你得到图像的方式。
那些有幸在黑暗的房间里工作的人，仍然有化学物质操纵卤化银的原理。或者是一些被光改变的银元素。当然，我们大多数人都不再这样做了。我们使用这些奇特的设备，它们没有灵魂，但能更好地捕捉像素。
更好知道日照图（Heliograph）：https://www.youtube.com/watch?v=NTmj9BGqHzo
成像系统
什么是照相机或成像系统？所以简单的定义是，它是一种装置，允许光从三维、三维点投射到一些能记录光图案的介质上。这种介质可以是胶片，也可以是感应器，等等，但实际上所有的关键词都是投影。这是一个投影（如图1），有些人在人行道上行走，中间有一个类似地球的东西。有些事情可能会让你相信有些奇怪，可能是有个小家伙站在世界之巅，这是电影《泰坦尼克号》的预告片，那是个笑话。小家伙，莱昂纳多·迪卡普里奥没有那么大。好吧。这幅图中真正的是这样的（如图2），okay。
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事实上，这幅图并不是你想象的那样。至少你们中的一些人。你可能会想，这就像你在图片中看到的这个地球一样。不，实际上，它是一个平面的东西，正好投射到相机里。这给了你一个概念，当你做投影的时候不知怎么的你失去了信息，你失去了三维空间，空间从三维空间到二维空间，我们必须要弄清楚在第三维中发生了什么。
图像形成
让我们来谈谈你如何塑造一个形象。所以，这里有一个想法，让我们拿一片胶片，或者一个感光器，让我们把它暴露在光中。我们能得到一个合理的图片吗？事实上，标题写的是图像形成，坏的方法应该放弃它。
Well，这一点在这棵卡通松树上面，投射出来一道光线在胶片上的某个点上（如图1），
当然它也在胶片中投射出一束光（如图2）。
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同样，另一个点投射在整个胶片上（如图），因此，其中一个问题是，胶片中的每个位置都会看到来自各种不同地方的光线，没有单一的光线来自世界上的一个地方。
那么我们如何解决这个问题呢？ 嗯，这里有一个简单的方法。 让我们设一个屏障（Barrier），一个有一个小孔的屏障，这里有个小洞叫做光圈（Aperture）（如图1）。Okay。我们要用“光圈”这个词来表示一些不同的东西，但是一般来说，光圈是一个小洞，让我们在里面发光，它可以改变自身的大小来适应不同的场景。
但是，这里我们有一个光圈，这个光圈形成的是，在胶片平面上或者传感器平面上的每个区域，只看到一个点在物体上的光，所以它向你们展示的是来自世界一个地方的光（如图1），这就是我们所追求的。顺便说一下，这里需要注意的是，我们将会看到更多，这里的图像与物体上的相反，所以松树会倒过来（如图2）。
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光圈（Aperture）
第一个已知的相机，不是胶片录制的东西，但实际上是相机，可以追溯到亚里士多德。这里有张图片，它被称为影像暗箱（Camera Obscura），专业称为光学投影设备，来自拉丁语，意思是黑暗的屋子。所以那些说浪漫语言的人都是从房间里来的。暗室，黑暗的房间。
顺便说一下，爱丁堡有一个很酷的博物馆叫做“暗箱照相机”（Camera Obscura），它是关于相机和摄影的历史的。我强烈推荐它，虽然我没有去那里，因为我在苏格兰博物馆。
在这里，你可以看到一个房间也有一个小洞的想法，okay，那就是光圈，投射在后面的白墙上（如图），事实上，达芬奇有一句很好的名言。我不知道你是怎么从达芬奇那里得到引语的，但我猜他把它们写下来了。或者可能是在Memorex tap上。我不知道。它说，当被照亮的物体的图像穿透一个非常黑暗的房间的一个小洞时，你会看到在对面的墙上，这些物体的形状和颜色都是正确的，由于光线的交叉，它们的尺寸减小到相反的位置。okay?
这是我们之前展示过的，顺便说一下，你们可能会想到镜头和焦距，这个系统的焦距是房间的深度，all right? 那么光圈如何影响我们看到的图像呢? 大小如何影响图像?
这是来自Paul Debevec制作针孔相机网站的一个演示（http://www.pauldebevec.com/index.html）。
你可以看到在左边，他实际上拿了一块铝箔，他把它直接安装在一个电子监控系统上（如图1）。右边是用这台相机拍摄的照片，大概他需要考虑让快门打开的时间足够长，以便根据传感器的灵敏度得到合适的曝光。在这门课中我们不会讨论成像和灵敏度。
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你可能会注意到的第一件事是男孩，这是一个非常模糊的图片。问题是为什么这么模糊? 我们刚刚说过，当我们放一个很小的洞时，它只会让一束光进去，所以它会很好很脆。当然，问题是光圈应该有多大? 所以这里是一个使用针孔式相机的真实渲染（如图），他们向你展示不同尺寸的孔径，以毫米为单位。以及在另一面看到清晰图像的能力。你会注意到，当它以两毫米开始时你会看到一幅非常模糊的图片，另一种说法是2毫米比你想要捕捉的光线大，然后它下降到1 和 0.6，最后是0.35毫米。给了我们一个很好的演绎。
你可能会问为什么不让光圈越小越好? 我的意思是我做的越小，穿过的光线就越少，它就会越脆。答案就在这里，在物理学的某个地方也许你会玩水箱。你剪开小缝，把波浪穿过它们，你就会引起波纹的变化。然后你们学习了衍射（衍射（英语：diffraction）是指波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象。在经典物理学中，波在穿过狭缝、小孔或圆盘之类的障碍物后会发生不同程度的弯散传播。）。okay? 以及波如何干扰。在光的作用下如果你让这些洞太小就会产生衍射效应。所以在0.35毫米处我们得到了一个很好的，清晰的图像，但是之后事情开始变坏。然后当它变得更小的时候，我们不仅得到更少的光线，而且我们开始把东西弄模糊，这是因为衍射效应（如图），所以如果你在做针孔相机你就得担心这些事情。
——学会编写自己的代码，才能练出真功夫。