工业相机及镜头_单反相机基本知识

一、 焦距

1.焦距变大，物体越近，视野逐渐变小
2.焦距是物理概念，不可以变，由透镜本身决定。对焦距离可以变，通过改变透镜与CCD之间的距离来改变对焦距离
3.最近对焦距离：指相机可以靠近被摄物体的最短距离，超过这个限度之后，镜头将无法对焦

二、 弥散圆

在焦点前后，光线开始聚焦和扩散，点的影像变成模糊的，形成一个扩大的圆，这个圆就叫做弥散圆。
通常情况下，肉眼分辨率为二千分之一至五千分之一。人眼在明视距离（眼睛正前方30厘米）能够分辨的最小的物体大约为0.125mm。所以，弥散圆放大在7寸照片（这是个常用尺寸）也只能是0.125mm以内，也就是图像对角线长度的1/1730左右。
这个1/1730左右的容许弥散圆大小对于任何大小的底片或者CCD都适用，因为它们放大出来的7寸照片，都可以将弥散圆控制在0.125mm。所以蔡斯公司制定的标准就是弥散圆直径=1/1730底片对角线长度。

三、 光圈

控制进光量
光圈是照相机上用来控制镜头孔径大小的部件，以控制景深、镜头成像素质、以及和快门协同控制进光量，光圈f值=镜头的焦距/光圈口径。简单而言，光圈值越小光圈就越大，进光量也越大，景深越浅，虚化越厉害

四、 景深

所谓景深，就是指相机拍摄的相对于焦点的前后的清晰范围。尽管在小孔成像中只有焦点处的成像是清晰的，且随着距离的增加（或减少）逐渐变得模糊，但是在一定范围内肉眼不可见，于是就在焦点前后形成了景深（清晰）范围，虚化也就由此产生。

在焦点前后各有一个容许弥散圆，这两个弥散圆之间的距离就叫景深，即：在被摄主体（对焦点）前后，其影像仍然有一段清晰范围的，就是景深。换言之，被摄体的前后纵深，呈现在底片面的影像模糊度，都在容许弥散圆的限定范围内。

景深随镜头的焦距、光圈值、拍摄距离而变化。对于固定焦距和拍摄距离，使用光圈越小，景深越大。

以持照相机拍摄者为基准，从焦点到近处容许弥散圆的距离叫前景深，从焦点到远方容许弥散圆的距离叫后景深。

景深的计算

如果对焦距离达到超焦距或大于超焦距，则后景深为无穷大
后景深大于前景深。
由景深计算公式可以看出，景深与镜头使用光圈、镜头焦距、拍摄距离以及对像质的要求（表现为）有关。这些主要因素对景深的影响如下（假定其他的条件都不改变）
（1） 镜头光圈：
光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大；
（2） 镜头焦距
镜头焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大；
（3） 拍摄距离
距离越远，景深越大；距离越近，景深越小

由景深公式可知，光圈系数F越大（光圈系数越大，通光量越少，符合对少曝光的要求，因此追求大景深对减少通光是有利的），景深越大。
取大恒相机计算：
弥散圆直径为0.00462mm
焦距：6mm
最大光圈：16
对焦距离设为L
超焦距值为:0.487m
对焦距离在0.487m及之后即可获得无限大后景深，为扩大景深范围，取0.487即可。
有轨高度为1.3m，因此景深完全够用。

五、 快门

快门是照相机中控制曝光时间的重要部件，如下图单反（单镜头反光式照相机）所示，图中的第一个反光镜就是快门。在进行摄像时，反光镜迅速抬起，使得光线映射到感光芯片进行照相。

六、 感光度ISO

感光度越大，对光越敏感。当ISO增大时，会逐渐增大清晰度，但是过大会产生光噪点。

七、 感光元件

感光元件，是一种将光学影像转换成电子讯号的设备，广泛应用在数位相机和其他电子光学设备中。早期的感光元件采用类比讯号，如摄像管。如今，感光元件主要分为感光耦合元件（CCD）和互补式金属氧化物半导体主动像素传感器（CMOS）两种
感光元件与像素分辨率密切相关。例如，像素分辨率为5184*3456的相机，CMOS上横向有5184个点，纵向3456个点，总计约1790万个，即1800万像素。

降低噪点

1. 降低像素数量，保证像素密度没有那么大
2. 像素数量不变，增大感光面积
3. 降低ISO

八、 色温
所谓色温，简而言之，就是定量地以开尔文温度（K）来表示色彩。英国著名物理学家开尔文认为，假定某一黑体物质，能够将落在其上的所有热量吸收，而没有损失，同时又能够将热量生成的能量全部以“光”的形式释放出来的话，它便会因受到热力的高低而变成不同的颜色。例如，当黑体受到的热力相当于500-550℃时，就会变成暗红色，达到1050-1150℃是，就变成黄色，温度继续升高会呈现蓝色。
当色温越高的时候，光源发出的颜色就越偏冷，大致是经历一个红—橙红—黄—黄白—白—蓝白的渐变过程。

九、 白平衡

所谓白平衡，即是指将白色还原为白色的过程。我们知道，如果我们身处一个黄色光源的环境中，那么这个环境中的白色会被渲染成黄色，由于我们人眼具有“智能色偏修正”的功能，即使我们进入这样一个环境，过不了多久我们就能适应这个环境的光源色彩，因此有可能感觉不到白色发生了异常。

人可以通过大脑神奇地纠正这种色偏，但是相机并不具备这种能力，因此这时候就需要借助白平衡的能力来实现纠正色偏的效果了。

我们可以通过为相机设置一个机内色温值来实现白平衡的效果，当机内色温值与外界一致时，相机就能正确的表现白色，例如现在外界色温是4000K，我们将机内色温值设置为5000K，机器就认为外界的色温是偏蓝色的，因此需要增加黄色来中和蓝色，以实现还原白色的效果，但是外界实际的色温是4000K，因此这时候画面就会偏暖。同理，如果外界色温是4000K，当我们把机内色温值设置为3000K时，画面就会偏冷。

当画面偏蓝的时候，我们可以提高色温值，为画面加入暖色（黄色），从而实现白平衡的效果。

同理，当画面偏黄的时候，我们可以降低色温值，为画面加入冷色（蓝色），从而实现白平衡的效果。

十、传感器尺寸

传感器尺寸越大，感光面积越大，成像效果越好。1/1.8英寸的300万像素相机效果通常浩宇1/2.7英寸的400万像素相机（后者的感光面积只有前者的55%）。而相同尺寸的传感器像素增加固然是件好事，但这也会导致单个像素的感光面积缩小，有曝光不足的可能。

十一、分辨率

图像成像的画质不仅取决于分辨率，还取决于照片的大小，跟分辨率的密度有关，也就是单个面积含有像素点的数量。
相机的百万像素=分辨率（H)×分辨率（V)=1280（H)*1024（V)

十二、像素尺寸

像素尺寸指一个像素点的物理尺寸，像素尺寸=CCD面积/像素，如2.1“的CCD，130万像素的相机，它的像素尺寸为4.8μm×4.8μm

十三、 选型步骤

1. 确定接口C/CS 等
2. 确定镜头分辨率，等于或大于相机分辨率
3. 根据相机的传感器靶面选择镜头，镜头靶面应大于等于传感器靶面
4. 根据传感器靶面的尺寸、工作距离以及估计视场角计算焦距
   同时一定要考虑对焦距离，对焦距离对实际工作的影响很大
   视场角大小和CCD传感器尺寸和镜头焦距有关
   水平视场角=2×arctan（w/2f）
   垂直视场角=2×arctan（h/2f）
   视场角=2×arctan（d/2f）
   W为CCD的宽，h为CCD的高，d为CCD对角线长。
5. 根据焦距和工作景深确定光圈（实际上光圈越大越好，一般而言景深是够用的，关键要看视场角大小，视场角大小又取决于传感器尺寸和焦距）
   容许弥散圆的计算公式：CoC = d/1730，d为CCD芯片对角线长度

十四、总结与决策

焦距决定了视野大小与远近，光圈对景深有很大的影响，快门速度对进光量影响很大。在实际选择决策中要进行关注。
当我们需要大景深、低进光的时候尽量调小光圈增大快门速度降低ISO即可。当需要大视野的时候就要适当降低焦距。

今天的文章工业相机及镜头_单反相机基本知识分享到此就结束了，感谢您的阅读。