摄像发展到今天，功能繁多、参数林林总总，像一座大厦一样蔚为壮观，但最基本的原理却源于古老的小孔成像。
大约两千四五百年以前，墨子和他的学生做了小孔成像的实验。如下图，用一个带有小孔的板遮挡在墙体与物之间，墙体上就会形成物的倒影。前后移动中间的板，墙体上像的大小也会随之发生变化。此即为小孔成像，说明了光沿直线传播的性质，直来直去，不拐弯抹角。
传统小孔成像
小孔成像是形成一个倒立的实像，因为光沿直线传播，理论无需对焦，且任何距离的物体都能成像，没有畸变，景深近乎无限。
但实际上呢，小孔成像存在致命缺点，那就是图像暗淡，由于孔小，进入的光线极少，图像非常暗。
那么把孔变大行不行呢？
孔变大的话，进入的光线变多，成像虽然变亮，但来自物体同一点的光线会分散成一个光斑，如下图，图像变得模糊，看不清。孔小，光线集中，才看得清。
下图是传统小孔成像的实际成像图片，肉眼可见地较为暗淡，但已经是矮子里面挑将军，较为不错的成像了。如果你把小孔改大，画面就会变得模糊。
亮度与清晰度的矛盾，是传统小孔成像难以应用于实践的根本原因。
凸透镜 + 小孔成像
凸透镜就是为了解决上述矛盾而引入的。如下图，凸透镜可以折射光线、聚焦光线，可以将来自物体某一点的大量散射光线，重新汇聚到成像的对应点上。这意味着孔不用改小，进光量成百上千倍地增加，图像变得明亮清晰，直接解决了亮度和清晰度矛盾的问题。
此时的小孔被称为光圈，它的主要作用不再是成像，而是控制进光量，光圈开得大，进光多，图像亮；开得小，进光少，图像暗。
如下图，基于凸透镜的小孔成像既明亮又锐利，亮堂堂的，看着心情就好。此外你有没有发现，这不就是个纯天然监视器么，当然是！如果你不介意世界颠倒的话，或者可以像小猴子倒挂金钩地去看。
凸透镜是几乎所有现代光学成像系统的基础，放大镜、显微镜、望远镜、照相机、摄像机、投影仪、扫描仪等等都需要这个镜片。
现代相机
小孔成像虽然让整个世界颠倒，但明媚的光影是极致的浪漫，像一首无声的诗。想象一个天气晴朗的日子，静静地欣赏来自大自然纯天然的投影，河流在她的墙上缓缓流淌，云朵舞动，晾晒的床单随风飘荡......。
现在我们使用的专业相机就是在小孔成像基础上增加一些配件：
- 原先的小孔换成可变的小孔，光圈大小由此可调（专业相机是可调光圈，手机大部分是固定光圈）；
- 多个透镜共同作用，引导光线；
- 暗箱变成了相机机身；
- 墙壁变成了感光元件，即CCD/CMOS sensor，变身数字画布。
以手机相机成像过程为例，小猫咪的光线透过镜头，再经过IR滤波器投射到传感器上，传感器将光学信号转数字信号，通过接口的MIPI信道传输到AP，再经过DSP/ISP加工处理，最后转换为一张完整的图像，在你的屏幕上绽放精彩。
总结
摄影，从来都是“用光”的艺术，是一场与光的相遇、相知、相爱。光既是画笔，也是诗人，它漫过山峦、轻抚爱人的侧脸、记录清晨的起舞、黄昏的街角......。
知其源，方能明所往。理解了墙壁上最初的小孔成像，便更能理解手中的相机。它承载的不只是技术，更是人类捕捉瞬间、追求灿烂、对抗遗忘的愿望。
