Pinhole camera

Pinhole

• 실제 객체로부터 나오는 빛은 난반사되기 때문에 아무런 장치 없이는 여러 point에서의 빛이 뒤섞여 blur한 형태의 이미지를 얻게 된다.
• Pinhole이라 부르는 아주 작은 구멍을 만들어 하나의 ray만 통과하게 만들면 상이 뒤집힌 이미지를 얻을 수 있다.

Image Magnification

• 닮음 삼각형의 공식을 활용하여 좌표값들을 구할 수 있으며 배율은 $\frac{f}{z_0}$가 된다.
• 터널 같이 긴 직선이 한 점으로 수렴하는 모습은 $z_0$의 값이 무한대가 되면서 배율이 0으로 수렴하는 것이다.

Lens camera

• Pinhole 대신 렌즈를 활용하여 분산되는 ray를 한 점으로 모아줄 수도 있다.
• 배율은 pinhole 카메라와 동일하게 닮은 삼각형의 성질을 이용하여 $m=\frac{h_i}{h_o}=\frac{i}{o}$로 구할 수 있다.

Lens aperture

• Aperture은 렌즈의 직경으로 빛을 받아들일 수 있는 영역의 크기를 의미한다.
• f-number는 빛의 양을 표현하는 지표로 값이 작을수록 빛이 많이 모임을 의미한다.
• 더 많은 빛을 받아들이기 위해서는 직경(D)이 크고 초점거리(focal length)가 짧아 굴절력이 커야한다.

Focal length

• Pinhole camera의 경우 focal length가 aperture과 이미지센서 사이의 거리를 의미한다.
• Lens camera에서의 focal length는 물체에서 뿜어져 나온 ray가 렌즈를 거쳐 만나는 점과 aperture 사이의 거리로 렌즈의 곡률에 따라 변한다.
• Focal length가 aperture과 센서 사이의 거리와 일치할 때 포커싱이 맞는다고 하며 위 그림에서 노란색 선에 해당한다.
• 두 길이가 일치하지 않을 때는 이미지가 blur하게 나타나는 defocusing 상태로 위 그림에서 주황색 선에 해당한다.
• 렌즈가 동일하다는 가정하에 포커스를 맞추기 위해서는 aperture와 센서 사이의 거리를 조절해야 한다.

강의자료

• Pinhole: https://www.youtube.com/watch?v=_EhY31MSbNM
• Lens: https://www.youtube.com/watch?v=7LX-19v_9ns
• CMU course: http://16385.courses.cs.cmu.edu/spring2022/

Reference

• https://kkulnari.tistory.com/55