El estudio de la formación de imágenes abarca los procesos radiométricos y geométricos mediante los cuales se forman imágenes 2D de objetos 3D. En el caso de las imágenes digitales , el proceso de formación de imágenes también incluye la conversión y el muestreo de analógico a digital .
El proceso de formación de imágenes es un mapeo de un objeto a un plano de imagen. Cada punto de la imagen corresponde a un punto del objeto. Un objeto iluminado dispersará la luz hacia una lente y la lente recogerá y enfocará la luz para crear la imagen. La relación entre la altura de la imagen y la altura del objeto es el aumento. La extensión espacial de la superficie de la imagen y la distancia focal de la lente determinan el campo de visión de la lente. Formación de la imagen del espejo Estos tienen un centro de cervatura y su distancia focal del espejo es la mitad del centro de cervatura.
Un objeto puede estar iluminado por la luz de una fuente emisora como el sol, una bombilla o un diodo emisor de luz. La luz que incide sobre el objeto se refleja de una manera que depende de las propiedades de la superficie del objeto. Para superficies rugosas, la luz reflejada se dispersa de la manera descrita por la función de distribución de reflectancia bidireccional ( BRDF ) de la superficie. El BRDF de una superficie es la relación entre la potencia de salida por metro cuadrado por estereorradián ( radiancia ) y la potencia incidente por metro cuadrado ( irradiancia ). [1] El BRDF generalmente varía con el ángulo y puede variar con la longitud de onda, pero un caso específico importante es una superficie que tiene un BRDF constante. Este tipo de superficie se conoce comoLambertiano y la magnitud del BRDF es R/π, donde R es la reflectividad de la superficie. La porción de luz dispersa que se propaga hacia la lente es recolectada por la pupila de entrada de la lente de formación de imágenes sobre el campo de visión.
El campo de visión de una lente está limitado por el tamaño del plano de la imagen y la distancia focal de la lente. La relación entre una ubicación en la imagen y una ubicación en el objeto es y = f*tan(θ), donde y es la extensión máxima del plano de la imagen, f es la distancia focal de la lente y θ es el campo de visión . Si y es el tamaño radial máximo de la imagen, entonces θ es el campo de visión de la lente. Si bien la imagen creada por una lente es continua, se puede modelar como un conjunto de puntos de campo discretos, cada uno de los cuales representa un punto en el objeto. La calidad de la imagen está limitada por las aberraciones en la lente y la difracción creada por la parada de apertura finita.
El tope de apertura de una lente es una apertura mecánica que limita la captación de luz para cada punto del campo. La pupila de entrada es la imagen del tope de apertura creado por los elementos ópticos en el lado del objeto de la lente. La luz dispersada por un objeto es recogida por la pupila de entrada y enfocada en el plano de la imagen a través de una serie de elementos refractivos. El cono de la luz enfocada en el plano de la imagen está determinado por el tamaño de la pupila de entrada y la distancia focal de la lente. Esto a menudo se conoce como el f-stop o el número f de la lente. f/# = f/D donde D es el diámetro de la pupila de entrada.
En los sistemas típicos de imágenes digitales, se coloca un sensor en el plano de la imagen. La luz se enfoca en el sensor y la imagen continua se pixela. La luz incidente en cada píxel del sensor se integrará dentro del píxel y se generará una señal electrónica proporcional. [2] La resolución geométrica angular de un píxel viene dada por atan(p/f), donde p es el tono del píxel. Esto también se denomina campo de visión de píxeles. El sensor puede ser monocromático o de color. En el caso de un sensor monocromático, la luz que incide en cada píxel se integra y la imagen resultante es una imagen similar a una escala de grises. Para las imágenes en color, normalmente se coloca un filtro de color de mosaico sobre los píxeles para crear una imagen en color. Un ejemplo es un filtro Bayer. La señal incidente en cada píxel se digitaliza luego en un flujo de bits.