camera原理及应用_camera基础知识「建议收藏」

做了一年的激光点云，现在重拾计算机视觉算法。回头来看，反而对视觉有了更全面的认识。现在，就从最基础的开始，把一些回顾的内容记录下来。也分享出来给大家参考。

1 焦距

（图片来源网上，侵删）

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相机成像遵循小孔成像原理。焦距就是从光心到成像平面的距离。光心也就是透镜中心。如果用胶片相机拍摄，那个胶卷就是像平面,要是用数码相机拍摄，那么像平面就是CCD等感光元件。所以对于我们来说，像平面是已经固定的，像距与焦距相同。

焦距和视场的关系：
焦距长度越短，可以拍摄的范围越广；焦距长度越长，远方的物体越大。


（图片来源网上，侵删）

2 视场

视场，又叫视场角（FOV）。视场角的大小决定了光学仪器的视野范围。以光学仪器的镜头为顶点，以被测目标的物像可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角，称为视场角。如图。 视场角越大，视野就越大，光学倍率（焦距）就越小。
视场的参数主要有三个：
HFOV——水平视场角（Horizontal Field of View）
VFOV——垂直视场角（Vertical Field of View）
DFOV——对角视场角（Diagonal Field of View）
如上图所示，OA与OB的夹角α为水平视场角H。OB与OC的夹角β为垂直视场角V。OA与OC的夹角γ为对角视场角。

3 景深

景深是一个光学概念。景深是指拍摄时，在被摄主体（对焦点）前后，其影像仍然有一段清晰范围，就是景深。物方焦点到近处容许弥散圆的距离叫前景深，焦点到远方容许弥散圆的距离叫后景深。
如下图所示，左边物体和背景花束都可以清晰成像，景深大。右边物体清晰，但背景模糊，景深小。

景深与镜头的焦距、光圈值、拍摄距离有关。

镜头其他参数不变的情况下，光圈F值越大（光圈直径越小)，景深越大；光圈F值越小，景深越小。

景深与焦距f的平方近似成反比关系。即焦距对景深的影响也比光圈更大。使用广角焦段的景深大，视场角也越大；使用长焦焦段则更容易获得背景虚化，视场角也越小。
公式中，弥散圆直径和传感器对角线长度成正比，一般用公式δ = d / 1730计算 ，d 为CCD芯片对角线长度（芯片尺寸）

4 光圈

光圈也称为“相对通光孔径”，是位于镜头内部的小叶片相互重叠构成的光孔，调整其开闭程度可以调整图像感应器的受光量。影像的照度除了与景物本身的亮度和像的放大（或缩小）倍率有关系，还与镜头光圈的直径d的平方成正比；与镜头的焦距f成反比，d/f的值称之为镜头“相对通光孔径”，为方便把相对通光孔径的倒数f/d称为光圈数，也叫F数（焦径比）。因此，该比值越小，则光圈越大，在单位时间内的通光量越大。
光圈一般用F+数值构成，比如F1.6，F2.0。后面的数值就是F值。F1.6要大于F2.0的光圈。
F1.4 是F2.0的二倍，F2.8是F4.0的二倍，以此类推。
光圈有两个影响：
（1）进光量
光圈开的（直径）越大，进光量越多，照片越亮；光圈开的（直径）越小，进光量越少，照片越暗。用F值表示，则恰好相反。F值越大，表示直径越小，进光量越少。F值越小，表示直径越大，进光量越多。如下图所示。图中的光圈值是指F值。

（2）画面景深
景深是在被摄主体（对焦点）前后，其影像仍然能清晰的范围。光圈F值越小，景深越小；光圈F值越大，景深越大。

4 快门速度

5 感光度ISO

感光度的大小代表着感光元件对光线强弱的敏感程度，当ISO设置的越高，感光元件就对光线就越敏感。这样就可以在光线不足的情况下通过提高ISO来保证快门速度，如在体育摄影时，当环境光线不足，但又必须保证使用很高的快门速度来抓拍运动员的瞬间动作，在这种情况下就可以通过提高相机ISO来实现曝光的准确。
但是感光度不是越大越好，感光度太大会有图像噪点信息，出现颗粒状。

6 sensor尺寸

传感器sensor尺寸一般为对角线长，即实际成像圈的直径。
（1）对角线长度反比于等效焦距；
（2）对角线长度正比于等效光圈；
（3）对角线长度大致正比于图像信噪比。
“底大一级压死人”。大的尺寸，有更大的等效光圈、更高的信噪比。

参考

https://blog.csdn.net/fan_weiqiang/article/details/117090950
https://blog.csdn.net/qq_41145642/article/details/127975904

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