针孔成像的发现历史
通过对光线的长期观察发现，在茂密的森林中沿着树叶之间的缝隙照射到地面上的光线形成了射线状的光束，通过小窗进入屋内的太阳光也是如此。大量的观察事实使人们认识到光是沿着直线传播的。为了证明光的这一性质，大约在24500年前，我国杰出的科学家翟墨和他的学生们做了世界上第一个小孔变成倒像的实验，解释了倒像的原理。虽然他说的不是成像而是形成阴影，但道理是一样的。
一间阴暗小屋的朝阳墙上开了一个小洞，人站在屋外对着洞口，房间对面的墙上出现了一个倒置的人影。为什么会有这种奇怪的现象？墨家解释说，光通过一个小孔直线传播，像射箭一样。人的头遮住上面的光，形成下面的影子，人的脚遮住下面的光，形成倒挂的影子。这是对光的直线传播的第一个科学解释。
墨家也用光的这个特性来解释物体和阴影的关系。一只飞翔的鸟，它的影子似乎在飞翔。墨家分析了光、鸟、影的关系，揭示了影本身不直接参加运动的秘密。墨家指出，鸟影的形成是因为直线行进的光照射在鸟身上，被鸟遮住了。鸟在飞的时候，影子出现的地方前一刻被光遮住，下一刻被光照亮影子就消失了；新的影子是下一刻光线被遮住时形成的，不是前一刻的影子。所以墨家得出了“景不迁”，“景”与“影”相通，也就是说，影不直接参与运动。那么为什么影子看起来在移动呢？这是因为鸟在飞的时候，影子前后不断更新，改变位置。好像影子在和鸟一起飞。在24500年前，以这种方式研究光的本质，解释移动和不移动阴影之间的关系，确实是非常有价值的。墨家还从光的直线传播原理来解释投影和半影现象。
14世纪中期，元代天文数学家赵友钦在其著作《皮像新记》中进一步考察了太阳光穿过墙洞所形成的像与洞的关系。他发现，当毛孔相当小时，即使毛孔的形状不是圆的，产生的图像也是圆的；日食的时候，影像也是缺失的，和日食一样；孔的大小不同，但像的大小相等，但浓淡不同；如果将图像屏幕移近小孔，获得的图像会变小，亮度会增加。对于这种现象，赵友琴经过认真思考和研究，得出了针孔成像定律。他认为当洞相当小时，无论洞的形状如何，都像是光源的倒影。此时，孔洞的大小只与图像的亮度有关，并不改变图像的形状。当孔相当大时，小孔成像示意图。有时，获得的图像是孔的直立图像。
为了证实这个结论，赵友琴设计了一个比较完整的实验。在楼下两户人家的楼层挖两口直径四尺多的圆井。右边的井有四英尺深，左边的井有八英尺深。在左井放一个四尺高的桌子，这样两个井的深度就一样了。做两个直径为四英尺的圆形盘子，每个盘子里插1000多支蜡烛。点亮后，将一个放在右井底部，另一个放在左井台上。井口盖着一个直径五英尺、中间有一个方孔的圆板。左盘的方孔约一寸宽，右盘的方孔约半寸宽。这时你可以看到地板上的图像都是圆形的，只是大孔比较亮，小孔比较暗。赵友琴解释说，东方蜡烛成像在西方，西方蜡烛成像在东方，南方蜡烛成像在北方，北方蜡烛成像在南方。每支蜡烛都有相应的图像。因为1000多根蜡烛都是密密麻麻的圆形，所以形成的图像也是相互连接，形成一个圆形的图像。这说明，在光源、光圈、像屏距离不变的情况下，图像的形状不变，只是照度的不同:光圈大，“含光多”，所以更亮；小孔“含光少”，所以较暗。如果你在右井东边点上500支蜡烛，右边房间地板上的影像在西边就少了一半，相当于日食时影子等于日食和月食。如果左边的蜡烛掺了巯基，只点了二三十支，图像是圆形的，但每支都是不相连的暗淡的方形图像；如果只点一支蜡烛，方孔对于蜡烛光源来说并不算小，所以出现了方孔的影像；重新点燃所有的蜡烛，左边的图像将是圆形的。其次，在平行于地面的地板上悬挂两块大板作为图像屏幕。此时图像屏幕靠近洞口，看到的图像变小变亮。然后把上面说的两个挂板去掉，仍然用地板做图像屏，把左边井里的桌子去掉，把蜡烛放在井底。此时左井的光源离方孔较远，左楼的影像变小，而且由于微弱的烛光，距离增大后亮度变弱。从这些实验结果中，赵友琴总结出针孔成像的规律，指出蜡烛(光源)的距离和强度与针孔和像屏的距离的关系，指出像屏在孔附近时小，在孔远处时大；蜡烛离洞远看起来小，离洞近看起来大；小到光明，大到黑暗；蜡烛虽离洞近，但光线弱，像暗；蜡烛虽然离洞很远，但光强和图像都很亮。实验的最后一步是将覆盖在井面的两块板移开，在地板下悬挂直径超过一英尺的圆板。右板有一个四英寸宽的方形孔，左板有一个五英寸长的三角形孔。调整板的高度和底部是为了改变光源、孔和图像屏幕之间的距离。这时，抬头看地板上的图像，左边是一个三角形，右边是一个正方形。这说明孔大时形成的像和孔的形状是一样的:孔靠近屏幕，像小而亮；这个洞离屏幕很远，像一个又大又暗的洞。
从上述实验结果中，赵友琴得出结论:小孔的像与光源的形状相同，大孔的像与孔的形状相同，并指出这个结论是“毫无疑问的”。用如此严谨的实验证明光的线性传播，阐明针孔成像的原理，在当时的世界上是绝无仅有的。