ISP(图像信号处理)之关于相机名词的理解（ISO感光度、CRA主光线角度、DOF景深）

在学习成像系统的ISP流程过程中经常要遇到这些基础名词，现在对这些名词进行整理，明白其含义和作用。

• ISO——感光度
• CRA——主光线角度（chief ray angle）
• DOF——景深（depth of filed）
• MTF——调制传递函数（modulation transfer function）
• FL——焦距（ focal length）
• FOV——视场范围（ field of view）

感光度：

ISO感光度的意思是衡量底片对于光的灵敏程度，由敏感度测量学及测zhi量数个数值来决定。ISO是通过调整感光器件的灵敏度或者合并感光点来实现的，也就是说是通过提升感光器件的光线敏感度或者合并几个相邻的感光点来达到提升ISO的目的。

在使用长焦镜头拍摄时，要使用非常快的快门才可以拍摄清楚，但是可以使用高感光度来增加传感器对光线的敏感程度。拍摄星空时，大多依靠延长曝光时间来保证镜头获得足够的光量。但是，如果曝光时间有限，而且光线又不好，那么就只能通过调高感光度来实现拍摄需求。在夜晚的时候，人像没有足够的光线。当需要一个整体的人像效果时，可以通过提高感光度来实现，即使放大图片，会有很多噪点。

ISO800以下为低感光度。

在这一段可以获得极为平滑、细腻的照片。只要条件许可，只要能够把照片拍清楚，就尽量使用低感光度，比如，只要能够保证景深，宁可开大一级光圈，也不要把感光度提高一挡。

ISO800~6400属于中感光度

在这一段，需要认真考虑这张照片做什么用，要放大到什么程度，假如能够接受噪点，中感光度设定降低了手持相机拍摄的难度，提高了在低照度条件下拍摄的安全系数，使成功率提高。

ISO6400以上是高感光度

在这一段噪点明显，使用这样的设置，拍摄的题材内容的重要性，往往超过了影像的质量，毕竟有的时候拍摄的条件太差，拍到一张质量稍差的照片，总比根本捕捉不到影像好。

参考资料来源：百度百科-感光度

主光线角度

主光线就是由物体的边缘发出通过光圈的中心最后到达像的边缘的光线。主光线角度是主光线与平行光线的角度。

1）Lens CRA：鏡心到成像面的角度

2）sensor CRA，就是Sensor的Micro Lens与光电二极管的位置存在一个水平误差，并不在一条直线上，做成这样有一定的目的，按通常的做法，因为sensor 的Microlens与光电二极管之间存在一定的距离，这样的目的也是为了好搭配lens。从镜头的传感器一侧，可以聚焦到像素上的光线的最大角度被定义为一个参数，称为主光角(CRA)。对于主光角的一般性定义是：此角度处的像素响应降低为零度角像素响应(此时，此像素是垂直于光线的)的80%。

光线进入每个像素的角度将依赖于该像素所处的位置。镜头轴心线附近的光线将以接近零度的角度进入像素中。随着它与轴心线的距离增大，角度也将随之增大。CRA与像素在传感器中的位置是相关的，它们之间的关系与镜头的设计有关。很紧凑的镜头都具有很复杂的CRA模式。如果镜头的CRA与传感器的微镜头设计不匹配，将会出现不理想的透过传感器的光线强度(也就是“阴影”)。通过改变微镜头设计，并对拍摄到的图像进行适当处理，就可以大大降低这种现象。

关于lens CRA与sensor CRA之间的关系可参考如下博客：参考资料来源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/37331624

总结：

lens CRA小于sensor CRA，会出现四周偏暗的情况，此时光线达不到pixel的边缘；
lens CRA大于sensor CRA，光线折射到临近的pixel，导致pixel之间出现串扰，出现图像的偏色，在图像四周变现的更明显，因为CRA从图像中心到四周是呈曲线状上升，逐渐变大的。

景深

当镜头聚集于被摄影物的某一点时，这一点上的物体就能du在电视画面上清晰地结像。在这一点前后一定zhi范围内的景物也能记录得较为清晰。超过这个范围就不清晰了。这就是说，镜头拍摄景物的清晰范围是有一定限度的。镜头的这种记录得“较为清晰”的被摄影物纵深的范围便为景深。当镜头对准被摄景物时，被摄景物前面的清晰范围叫前景深，后面的清晰范围叫后景深。前景深和后景深加在一起，也就是整个电视画面从最近清晰点到最远清晰点的深度，叫全景深。
有的画面上被摄体是前面清晰而后面模糊，有的画面上被摄体是后面清晰而前面模糊，还有的画面上是只有被摄体清晰而前后者模糊，这些现象都是由镜头的景深特性造成的。可以说，景深原理在摄像上有着极其重要的作用。正确地理解和运用景深，将有助于拍出满意的画面。决定景深的主要因素有如下三个：
1、光圈 在镜头焦距相同，拍摄距离相同时，光圈越小，景深的范围越大；光圈越大，景深的范围越小。这是因为光圈越小，进入镜头的光束越细，近轴效应越明显，光线会聚的角度就越小。这样在成像面前后．会聚的光线将在成像面上留下更小的光斑，使得原来离镜头较近和较远的不清晰景物具备了可以接受的清晰度。
2、焦距 在光圈系数和拍摄距离都相同的情况下，镜头焦距越短，景深范围越大；镜头焦越长，景深范围越小。这是因为焦距短的镜头比起焦距长的镜头，对来自前后不同距离上的景物的光线所形成的聚焦带（焦深）要狭窄得很多，因此会有更多光斑进入可接受的清晰度区域。
3、物距 在镜头焦距和光圈系数都相等的情况下，物距越远，景深范围越大；物距越近，景深范围越小。这是因为远离镜头的景物只需做很少的调节就能获得清晰调焦，而且前后景物结焦点被聚集得很紧密。这样会使更多的光斑进入可接受的清晰度区域，因此景深就增大。相反，对靠近镜头的景物调焦，由于扩大了前后结焦点的间隔，即焦深范围扩大了，因而使进入可接受的清晰度区域的光斑减少，景深变小。由于这样的原因，镜头的前景深总是小于后景深。

参考资料来源：https://zhidao.baidu.com/question/2122336700032851907.html

景深，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，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，呈现在底片面的影象模糊度，都在容许弥散圆的限定范围内。

调制传递函数

MTF是Modulation Transfer Function（调制传递函数）的首字母缩写，是 描述镜头性能的方式之一。可评判镜头还原对比度的能力。
• MTF曲线图显示的是镜头对对比度的还原情况，纵轴表示对比度的优劣，横 轴表示与成像中心的距离。实线表示拍摄从中心呈放射状纹样的成像性能， 用字母“S”表示；虚线表示拍摄线条呈同心圆向外扩展状纹样的成像性能， 用字母“M”表示。虚、实两条曲线越接近，说明镜头越能够在如实表现被摄 体的同时，更易拍出美丽虚化。图中10线/毫米的曲线越接近1（最大值）， 镜头的成像对比度就越好。30线/毫米的曲线越接近1，镜头分辨力就越高。 “线/毫米”这一单位的意思是，以1毫米宽度为单位，其中有多少根白黑相 间的条纹。比方说，10线/毫米的意思可以理解为在1毫米宽度的范围内排列 有10条线。MTF值的测试需要拍摄印有达到上述密度条纹的图表。然后测量 拍摄结果进行分析得出数值。如果是变焦镜头要分别测量远摄端和广角端的 MTF值，根据所得数值可以大概掌握镜头性能。

焦距

 焦距，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指平行光入射时从透镜光 心到光聚集之焦点的距离。
• 等效焦距，将不同尺寸感光元件上成像的视角，转化为135相机上同样成像视角所 对应的镜头焦距
• 放大倍率，max焦距 / min焦距

视场范围

表征观察景物的范围。所谓视场角是指在视场角内的景物可全部落入成像 尺寸内，而视场角以外的景物将不被摄取。因此，镜头的视场角与sensor的靶面 及镜头的焦距有关
• Fov的不同，可以多摄像头应用： Ultra wide， wide， tele，鱼眼镜头
• Fov计算： Fov= 2x( Tan^(-1)) ( 底片长度 / (2x镜头焦距 ))