¿Poner un sensor en la distancia focal, detrás o delante?

Cuando se modelan lentes (con aproximaciones de óptica geométrica), lo que generalmente se muestra es una única fuente puntual matemática que emite por igual en todas las direcciones (o en todas las direcciones hacia adelante), y luego la lente transforma esa fuente puntual en otro punto detrás de la lente. .

Cuando los rayos vienen en paralelo, como se muestra arriba (cortesía de Wikipedia), puede pensar en eso como poner la fuente puntual delante de la lente esencialmente a una distancia lo suficientemente lejana como para que parezca estar en$\infty$, como una estrella.

Pero , los rayos no tienen que venir de$\infty$, la mayoría de las cámaras tienen un rango focal que puede cambiar para hacer lo que se llama obtener imágenes de un conjugado finito que se muestra a continuación (cortesía de Wikipedia) para una fuente puntual única :

Esto es lo que es la formación de imágenes , la transformación de una fuente puntual de emisión frente a la lente en otro punto en el plano focal . Si el detector se desplaza del plano focal, puede mirar los rayos en esas imágenes y ver que no se cruzan. En la práctica, esto da como resultado un desenfoque borroso , donde un punto se refleja en una "mancha" más grande. Básicamente, es por eso que los objetos fuera de foco aparecen borrosos.

En la práctica, una lente no solo capta la imagen de un punto, como suele mostrarse en los ejemplos, sino que capta la imagen de una escena completa. Esa escena se puede considerar como un volumen tridimensional de muchas, muchas fuentes puntuales.¡Todos emitiendo al mismo tiempo! Luego, dependiendo de la distancia a la lente desde el detector, existirá un plano para el cual todas las fuentes puntuales que se encuentran en ese plano serán reflejadas en puntos en el detector, y esa será la parte "enfocada" de la imagen, y todos los demás puntos serán "borrosos". En la imagen de arriba, la línea verde etiquetada como "objeto" sería un avión de este tipo. La mayoría de las cámaras tienen el detector paralelo a la lente, lo que crea planos de enfoque esencialmente perpendiculares a cualquier dirección en la que esté apuntando la cámara. Las lentes Tilt-Shift evitan esto esencialmente "inclinando" el plano del detector y, por lo tanto, el "plano de enfoque" en la escena.

Creo que este punto es donde radica su confusión, los ejemplos solo muestran cómo funciona una lente con una fuente puntual (como un LED diminuto), pero las escenas reales son colecciones de básicamente una cantidad infinita de fuentes puntuales.

Los diagramas más detallados podrían ayudar.

Son solo los rayos del "infinito" los que se enfocan en un punto a la distancia de "distancia focal" de la lente. Estos son rayos paralelos, o muy cercanos al paralelo, provenientes de algún punto del objeto lejano. La dirección de la que vienen determina en qué punto del plano focal convergen. Algunas ilustraciones que pretenden explicar la óptica muestran rayos como los rosas, en el eje óptico, pero no muestran nada como los rayos verdes, por lo que los no expertos en óptica podrían no entender lo que está pasando.

Una fuente de luz no muy lejana emite (o refleja) rayos que divergen. La lente no está lo suficientemente lejos como para que podamos pretender que los rayos son paralelos. Los rayos convergen en algún lugar más alejado que el plano focal estándar. Hay una ecuación que relaciona las distancias:

1/D1 + 1/D2 = 1/F

Tenga en cuenta que los rayos de luz desde cualquier punto de cualquier objeto están saliendo en todas las direcciones; solo ilustramos y hablamos de los que golpean la lente de la cámara y, por lo tanto, se enfocan (esperamos) en la película o CCD.

Cuando fotografiamos algo lejano, como un amanecer y árboles, los rayos son casi paralelos, por lo que se enfocarán en F. El paisaje está en D1 = infinito. La ecuación se simplifica a D2=F. Así queremos la película o CCD en el plano focal.

Siendo esto internet, debo mostrar una foto de un gato. Los gatos están cerca de la cámara (D1 = 3 pies), por lo que los rayos de luz convergerán más allá del plano en F, en D2 de la fórmula. Por eso "enfocamos" la cámara.

En cualquier caso, vemos una imagen completa, no una sola gota de luz en el centro, porque diferentes puntos de la escena envían luz desde diferentes direcciones hacia la cámara (y hacia todo lo demás, pero ignóralos) y, por lo tanto, aterrizan en diferentes puntos. en la película o CCD.

Sí, enfoca un haz de luz paralelo desde un objeto en el infinito hasta un punto (en un mundo ideal). Entonces, un rayo verdaderamente paralelo (por ejemplo, de una estrella) iría a un punto como el primer ejemplo en la imagen.

Ahora imagine un par de rayos paralelos que vienen desde un ángulo ligeramente diferente (una estrella diferente), también llegarían a un punto ligeramente por encima o por debajo del primer conjunto en F pero aún en el mismo plano focal (la línea vertical).

Esto es lo que hace una imagen.