针孔摄影（非镜头）的工作原理和用途

　　提到针孔，可能会有人误解为偷拍用的针孔摄像头。那类产品应该都是使用一个体积很小的镜头，而在摄影上所说的针孔摄影可真是用一个“针孔”，也就是极小的一个洞来成像。这种非镜头的针孔光圈极小，根本不可能用于实用场合，和针孔摄像头是完全不同的原理。

　　如前所述，成像的原理主要有两种，一种是相机镜头所用的凸透镜（convex）成像，这个大家在中学物理都学过，垂直于凸透镜中心的平行光透过凸透镜会汇聚在一点，这一点称为焦点（focal point），而凸透镜到焦点的距离称为焦距（focal length），这也是我们选购镜头所常常关心的一个参数。从一个点光源有光线向各个方向发出，其中垂直与凸透镜的那一条会穿过焦点，穿过凸透镜中心的那一条会保持其方向，这两条线会相聚于一点，而从点光源发出的其他光线穿过凸透镜后也会汇聚于同一点，这个汇聚点就称为点光源的“像”。如果一个平行于凸透镜的平面物体，其各点的像也会在一个平面上，这个平面就成为相平面（image plane）。我们拍照的时候要聚焦，就是移动镜头的位置，使得相平面和感光材料重合。如果不是平面物体，那么就必然只有一部分的相平面与感光材料平面重合，这就产生了景深（depth of field）的概念。因此在凸透镜成像中，一般有这样的限制：感光材料一般要求是平面的，而且景深是有限的。

　　针孔摄影基于另一种成像原理：小孔成像。世界上最早关于小孔成像的解释据说是《墨经》，《墨子·经下20》写到，“影倒，在午有端”，《经说下》解释为：“景光之人煦若射。下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成景于上；首蔽上光，故成景于下。”

　　小孔成像其实及其简单，假设孔小到只允许一条光线通过，那么这条光线不论落到哪里，都可以成像。一个物体发出的所有光线穿过小孔之后在任何平面或曲面上都可以形成一个倒像。因此在小孔成像中，有和凸透镜成像不一样的特性：感光材料可以是任何平面或者曲面，并且景深是无限的。

　　当然以上是假设从一个点发出的光线经过小孔时小孔只允许一条光线通过，而实际上这样的小孔是不可能做出来的。因此制作出的针孔的成像，点光源都会变成一个光斑，这个光斑的大小与针孔大小、物距和焦距都有关系，类似于镜头成像中的弥散圈（circle of diffusion）。因此有人根据弥散圈的大小和衍射等关系计算了理想针孔（optimal pinhole）的大小，在某一个特定的焦距都有一个理想针孔从而达到最佳的成像质量。

　　使用镜头的相机，一般镜头都在胶片的正前方，只有老式皮腔相机（view camera）有一定的移轴和俯仰调节功能，调节范围受到景深和镜头成像圈的限制。针孔摄影由于其简易性和全景深特性，可以有较多的使用方式，举例如下：