针孔照相机是一种利用光的直线传播原理成像的简单光学装置,其核心结构仅包含一个带小孔的密闭暗箱和接收像的屏幕（或感光材料），与透镜相机不同，针孔相机无需任何透镜或反射镜，完全依靠小孔的“筛选”作用让物体发出的光线在暗箱内形成清晰倒立的实像，这一现象早在公元前4世纪就被中国古代的《墨经》记载为“小孔成像”，是光学史上最早对光直线传播的定量描述之一。
针孔成像的本质是光的直线传播,当物体表面各点发出的光沿直线穿过小孔后，会在暗箱另一侧的屏幕上形成对应的光斑，由于物体上部的光线穿过小孔后投在屏幕下方，下部的光线投在上方，左右方向同理，最终形成的像与物体上下颠倒、左右相反，且为实际光线会聚而成的实像，可在屏幕上直接承接或通过感光材料记录，像的大小取决于物体到小孔的距离（物距）和屏幕到小孔的距离（像距），二者关系遵循简单的几何比例：像高/物高=像距/物距，当物体距离小孔30cm、屏幕距离小孔10cm时，若物体高6cm，则像高为2cm，像的大小可通过调整像距灵活控制。
针孔相机的成像质量受小孔孔径影响显著,小孔过小时，光会发生明显的衍射现象（光绕过小孔边缘传播），导致像的边缘模糊、细节丢失；小孔过大时，物体上一点发出的光会形成多个光斑在屏幕上重叠，像的清晰度下降，实验表明，最佳孔径通常在0.1-0.5毫米之间，具体数值需根据暗箱长度调整：暗箱越长，所需孔径越小，以平衡衍射与光斑重叠的影响，暗箱内壁需涂黑或使用吸光材料，避免光线反射造成像的“重影”；光源亮度不足时，需延长曝光时间（针孔相机曝光时间通常为秒级甚至分钟级，远长于透镜相机）。
制作简易针孔相机可选用硬纸盒、铝箔、黑纸等材料：在纸盒一端中心开直径约1cm的孔，用铝箔覆盖并扎出0.2mm左右的小孔作为“针孔”；另一端固定半透明硫酸纸作为屏幕，或装入感光胶片/数码相机传感器（需完全密封避光），使用时，将针孔对准被摄物体，通过调整像距（即纸盒长度）控制像的大小，观察屏幕上的像后固定纸盒，若使用感光材料则需曝光并冲洗。
针孔成像的独特优势在于其“无透镜”特性：不存在透镜的球差、彗差等像差，像的边缘不会变形，且景深无限大（从极近处到极远处的物体都能清晰成像），这些特点使其在艺术摄影、科学教育（如演示光直线传播）和特殊场景（如高辐射环境、透镜无法使用的极端条件）中仍有应用，历史上，针孔相机曾是天文学家观测日食的重要工具，通过小孔投影直接观察日食过程，避免肉眼直视太阳的伤害。
影响针孔成像效果的主要因素可归纳如下：
| 影响因素 | 对成像的影响 | |
|---|---|---|
| 小孔孔径 | 一般0.1-0.5mm，过小易衍射，过大则光斑重叠 | 孔径过小：像模糊、边缘模糊；孔径过大：像清晰度下降、出现多个重叠光斑 |
| 物距（u） | 物体到小孔的距离 | 物距增大：像变小、变暗；物距减小：像变大、变亮 |
| 像距（v） | 屏幕到小孔的距离（暗箱长度） | 像距增大：像变大、变暗；像距减小：像变小、变亮 |
| 暗箱内壁 | 需涂黑或使用吸光材料 | 内壁反光：像出现重影、对比度下降 |
| 光源亮度 | 被摄物体的亮度 | 亮度低：需延长曝光时间；亮度高：可缩短曝光时间 |
与透镜相机相比,针孔相机的“光圈”固定（小孔孔径不可调），无法通过改变光圈控制进光量，只能通过调整像距或曝光时间适应不同亮度场景；且由于进光量极小，其成像效率远低于透镜相机，但胜在结构简单、成本低廉，且能呈现独特的“全清晰度”视觉效果。
针孔照相机成的像,是光学原理最直观的体现之一，它以最简单的结构揭示了光的基本规律，至今仍在教育、艺术和科学领域散发着独特的魅力。
FAQs
Q1：针孔相机成的像是正立还是倒立？为什么？
A1：针孔相机成的像是倒立的实像，原因是光沿直线传播：物体上部发出的光线穿过小孔后，会投射在屏幕的下方；物体下部的光线则投射在屏幕上方，左右方向同理，因此像与物体上下颠倒、左右相反，且实际光线会聚而成，可在屏幕上直接承接。
Q2：针孔相机的小孔是不是越小越好？如何选择最佳孔径？
A2：小孔并非越小越好，小孔过小时，光会发生衍射，导致像的边缘模糊、细节丢失；小孔过大时，物体上一点发出的光会形成多个光斑重叠，像的清晰度下降，最佳孔径与暗箱长度（像距）相关，一般遵循公式：最佳孔径≈√(2.44×λ×v)，为光波长（可见光约0.55μm），v为像距（暗箱长度），实验中，暗箱长度10-20cm时，孔径0.2-0.3mm通常效果最佳。
