modelul care este produs de acțiunea unui sistem optic asupra razelor emise de un obiect și care reproduce contururile și detaliile obiectului. Utilizarea practică a unei imagini optice implică adesea o schimbare a scării imaginilor obiectului și proiecția pe o suprafață (cum ar fi un ecran, film fotografic sau fotocatod). Baza percepției vizuale a unui obiect este imaginea sa optică, proiectată pe retina ochiului.

corespondența maximă a imaginii cu obiectul este realizată atunci când fiecare punct al obiectului este reprezentat de un punct. Cu alte cuvinte, după toate refracțiile și reflexiile din sistemul optic, razele emise de sursa de lumină ar trebui să se intersecteze într-un singur punct. Cu toate acestea, acest lucru nu este posibil pentru fiecare locație a unui obiect în raport cu sistemul. De exemplu, în cazul sistemelor care au o axă de simetrie (o axă optică), imaginile optice punctuale pot fi produse numai pentru acele puncte care se află la un unghi ușor față de axă, în așa-numita regiune paraxială. Localizarea imaginii optice a oricărui punct al regiunii paraxiale poate fi găsită prin aplicarea legilor opticii geometrice; cunoașterea locației punctelor cardinale ale sistemului este suficientă în acest scop.

totalitatea punctelor a căror imagine optică poate fi produsă prin intermediul unui sistem optic formează un spațiu obiect, iar totalitatea imaginilor punctuale ale acestor puncte formează spațiul imaginii.

se face distincția între imaginile optice reale și cele virtuale. Imaginile reale sunt create prin convergența fasciculelor de raze în punctele lor de intersecție. Imaginea optică reală poate fi observată prin plasarea unui ecran sau a unui film fotografic în planul de intersecție a razelor. În alte cazuri, razele care ies dintr-un sistem optic diferă, dar dacă sunt continuate mental în direcția opusă, se vor intersecta într-un singur punct. Acest punct se numește imaginea virtuală a unui obiect punct; nu corespunde intersecției razelor reale și, prin urmare, o imagine optică virtuală nu poate fi produsă pe un ecran sau înregistrată pe film. Cu toate acestea, o imagine optică virtuală poate juca rolul unui obiect în raport cu un alt sistem optic (de exemplu, ochiul sau o lentilă convergentă), care îl transformă într-o imagine reală.

un obiect optic este un set de puncte iluminate de lumina proprie sau reflectată. Dacă este cunoscut modul în care un sistem optic reprezintă fiecare punct, este ușor să construiți o imagine a întregului obiect.

imaginile optice ale obiectelor reale din oglinzile plate sunt întotdeauna virtuale (vezi Figura 1, a); în oglinzile concave și lentilele convergente, acestea pot fi imagini reale sau virtuale, în funcție de distanța obiectelor față de oglindă sau obiectiv (Figura 1, c și d). Oglinzile convexe și lentilele divergente produc numai imagini optice virtuale ale obiectelor reale (Figura 1, b și e). Locația și dimensiunile unei imagini optice depind de caracteristicile sistemului optic și de distanța dintre acesta și obiect. Numai în cazul unei oglinzi plate este o imagine optică întotdeauna egală cu dimensiunea obiectului.

dacă un obiect punct nu se află în regiunea paraxială, atunci razele care ies din el și trec prin sistemul optic nu sunt colectate într-un singur punct, ci mai degrabă intersectează planul imaginii în diferite puncte, formând un punct aberațional; dimensiunea spotului depinde de locația obiectului punct și de designul sistemului. Numai oglinzile plate sunt sisteme optice nonaberaționale (ideale) care produc o imagine punctuală a unui punct. În proiectarea sistemelor optice, aberațiile sunt corectate-adică se face un efort pentru a se asigura că aberațiile de împrăștiere nu deteriorează imaginea într-o măsură vizibilă; cu toate acestea, eliminarea completă a aberațiilor este imposibilă.trebuie remarcat faptul că cele de mai sus sunt strict valabile numai în cadrul opticii geometrice, care, deși destul de satisfăcătoare în multe cazuri, este totuși doar o metodă aproximativă de descriere a fenomenelor care apar în sistemele optice. Numai în optica geometrică, unde se folosește abstractizarea din natura undelor luminii și, în special, fenomenele de difracție a luminii nu sunt luate în considerare, imaginea optică a unui punct luminos poate fi considerată a fi o imagine punctuală. Examinarea mai detaliată a microstructurii unei imagini optice, ținând cont de natura undelor luminii, arată că o imagine punctuală, chiar și într-un sistem ideal (nonaberațional), este mai degrabă un model complex de difracție decât un punct.

Figura 1. Formarea imaginilor optice: (a) imagine virtuală M’ a punctului M într-o oglindă plană, (b) imagine virtuală M’ a punctului M într-o oglindă sferică convexă, (c) imagine virtuală M’ a punctului M și imagine reală AB’ a punctului N într-o oglindă sferică concavă, (d) imagine reală A’ B ‘și imagine virtuală m’ n ‘a obiectelor AB și MN într-o lentilă convergentă, (e) imagine virtuală M’ N’; (i) și (j) unghiurile de incidență ale razelor, (i’) și (j’) unghiurile de reflecție, (c) centrele sferelor, (F) și (F’) focarele lentilelor

distribuția densității energiei luminoase în imagine este semnificativă pentru evaluarea calității unei imagini optice, care a dobândit o mare importanță datorită dezvoltării metodelor fotografice, de televiziune și a altor metode. O caracteristică specială—contrastul k = (Emax— Emin)/(Emax— Emin) unde Emin și Emax sunt cele mai mici și mai mari valori de iluminare a imaginii optice a unui obiect de testare standard—este utilizată în acest scop. O grilă a cărei luminozitate variază sinusoidal cu o frecvență R (Numărul de perioade ale grilei pe milimetru) este de obicei utilizată ca obiect de testare standard: k depinde de R și de direcția liniilor de rețea. Funcția k (R) se numește caracteristică de contrast de frecvență. În sistemele ideale k = 0 când R = 2A’ /\ sau mai mult, când A’ este diafragma numerică a sistemului în spațiul imaginii și X este lungimea de undă a luminii. Cu cât k este mai mic pentru un anumit R, cu atât mai rău va fi calitatea imaginii optice din sistemul respectiv.