El proceso de formación de imágenes

Modelo de cámara simplificado.
El objetivo del modelo es que cada punto de la escena sea proyectado en un solo punto del plano de imagen.
De esa manera la imagen estará enfocada.
Eje óptico
Apertura
Sistema óptico
Plano de imagen (fotodetectores)
Mundo 3D

Modelo ideal de cámara (pinhole).
Una superficie mate emite luz en todas las direcciones.
Cuando la apertura es muy pequeña, desde cualquier punto sólo pasa luz con una dirección.
Todos los puntos están bien definidos: imagen enfocada.
Eje óptico
Apertura
Plano de imagen (fotodetector)
P
P’
Distancia focal
Mundo 3D
+

Comparar con lo que ocurre a medida que aumenta el tamaño de la apertura.
Los puntos se difuminan.
P
P’
P
P’
P
Círculos de confusión
P’

La imagen estará enfocada cuando el tamaño del círculo de confusión sea menor que el tamaño de cada celda del fotodetector.

Sin embargo, el modelo pinhole tiene muchas limitaciones y es poco usado.
Apertura muy pequeña ? Entra muy poca luz ? La imagen sale muy oscura.

Solución 1: aumentar el tiempo de exposición, manteniendo el tamaño de la apertura.
No funciona bien si hay movimiento.
Aunque, se puede usar para acumular movimiento.

Solución 2: aumentar el tamaño de la apertura y utilizar unas lentes que realicen el enfoque.
Por las limitaciones físicas de las lentes, sólo se pueden enfocar los objetos en cierta distancia.
Profundidad de campo: rango de distancias (en la escena) en la que los objetos aparecen enfocados.
Prof. campo (aprox.)de unos pocos cm.
Prof. campo (aprox.)desde 3 m. a infinito

Solución 3: manteniendo reducidos el tiempo de exposición y el tamaño de la apertura, aumentar la sensibilidad de los fotodetectores.
Usando películas más sensibles o ajustando la sensibilidad (o ganancia) en la cámara.
Problema: con más sensibilidad aumenta el ruido.
Mucha luz, baja sensibilidad
Poca luz, alta sensibilidad
+

Realmente, los cuatro factores no son contradictorios, sino que están presentes a la vez en todos los sistemas fotográficos:
Tamaño de apertura (o abertura del diafragma).
Tiempo de exposición (o velocidad de obturación).
Sensibilidad de los fotodetectores (o valor ISO).
Óptica utilizada (sistema de lentes). Dos funciones:
Enfoque: su ajuste, junto con la apertura, determina la profundidad de campo.
Aumento (zoom): establece el ángulo de visión y la distancia focal.
Los distintos elementos se ajustan para conseguir dos objetivos:
Que entre la cantidad de luz suficiente.
Que los objetos de interés estén enfocados.

Abertura del diafragma
El diafragma es una imitación del irisde un ojo humano.
La apertura se expresa en relación ala constante f. Típico entre f/1,4 y f/64.
Cuanto menor es la apertura, másprofundidad de campo pero entramenos luz. El pinhole sería f/GRANDE.
f/32
f/5