Почему изображение переворачивается
Свет распространяется почти по прямым линиям. Лучи от верхней части предмета проходят через отверстие и попадают на нижнюю часть противоположной стенки; лучи от нижней — на верхнюю. Так же меняются местами левая и правая стороны. Отверстие действует как простейший ограничитель направления: оно пропускает лишь узкие пучки света от разных точек сцены, и они меньше смешиваются, чем если бы коробка была открыта.
Маленькое отверстие: резкость против яркости
Размер отверстия задаёт компромисс. Если оно слишком велико, от каждой точки предмета на стенку попадает широкий пучок, и соседние участки изображения накладываются друг на друга — контуры размываются. Если отверстие сделать очень маленьким, света становится мало; кроме того, на столь узком проходе начинают заметно сказываться волновые свойства света, и резкость тоже ухудшается.
Поэтому камере-обскуре не нужна линза, но нужен подходящий баланс между чёткостью и освещённостью. Чем дальше задняя стенка от отверстия, тем крупнее проекция, однако свет распределяется по большей площади и изображение выглядит тусклее.
От коробки к фотографии
Линза решает задачу иначе: преломляет свет и собирает лучи от одной точки сцены примерно в одну точку изображения. Это позволяет получить более яркую картинку, но требует точной фокусировки. Камера-обскура наглядно показывает, что основа камеры — не обязательно сложная оптика: достаточно устроить путь света так, чтобы разные участки сцены попадали в разные места поверхности.
Именно поэтому такой принцип годится и для демонстраций, и для проекции внешнего мира на затенённую стену: изображение возникает не внутри отверстия, а там, куда после него долетели лучи.
