摄像机参数解读

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光圈（Aperture）是一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面的光量的装置，以控制景深、镜头成像质素、以及和快门协同控制进光量。对于已经制造好的镜头，不能随意改变镜头的直径，但是可以通过在镜头内部加入多边形或者圆型，并且面积可变的孔状光栅来达到控制镜头通光量，这个装置就叫做光圈。平时所说的光圈值F2.8、F8、F16等是光圈“系数”，是相对光圈，并非光圈的物理孔径，与光圈的物理孔径及镜头到感光器件（胶片或CCD或CMOS）的距离有关。

表达光圈大小用F值（光圈“系数”）。光圈F值 = 镜头的焦距/镜头口径的直径。要达到相同的光圈F值，长焦距镜头的口径要比短焦距镜头的口径大。这里值得一题的是光圈F值愈小，在同一单位时间内的进光量便愈多，而且上一级的进光量刚是下一级的一倍，例如光圈从F8调整到F5.6，进光量便多一倍，我们也说光圈开大了一级。

弥散圆（circle of confusion）：在焦点前后，光线开始聚集和扩散，点的影象变成模糊的，形成一个扩大的圆，这个圆就叫做弥散圆，也叫做模糊圈。

如果弥散圆的直径小于人眼的鉴别能力，在一定范围内实际影象产生的模糊是不能辨认的，这个不能辨认的弥散圆就称为容许弥散圆(permissible circle of confusion)。

景深（depth of field）：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。从焦点到近处容许弥散圆的的距离叫前景深，从焦点到远方容许弥散圆的距离叫后景深。

景深随镜头的焦距、光圈值、拍摄距离（物距）而变化。对于固定焦距和拍摄距离，使用光圈越小，景深越大。当焦点设在超焦距时，景深会从超焦距的一半延伸到无限远，对一个固定的光圈值来说，这是最大的景深。

景深的计算：

超焦距或称泛焦距离，是一个和焦距与光圈有关的对焦距离，当镜头以这个距离对焦时景深最大、可以从相机和对焦点之间的某处（景深前缘）起延伸到无限远（景深后缘）。如果镜头对焦在超焦距，则景深是从超焦距之半到无穷远。超焦距通常最适用的是焦距短的广角镜头，原因就是景深与镜头焦距的长短是有关系的。镜头焦距越短，景深越大；镜头焦距越长，景深越小。一般地，使用超焦距还是在50mm以下的镜头比较好，到了85mm以上，它的景深范围小，使用超焦距已经没什么意义了。

计算相机图像传感器分辨率以及镜头焦距

问题：请问我如何确定使用了正确的镜头、焦距以及传感器分辨率（相机传感器CCD像素的行数和列数）？

关于真实世界中的情况，我已了解下列定义：
视场(FOV) - 相机可以采集到的被检测区域
分辨率 - 成像系统需要复制出的物体细节数量
物距 - 镜头前端到被检测物体的距离
请参考下列图例：

解答：为了获得精确的测量，您至少需要两个像素来表达您希望检测的最小特征。请使用分辨率信息为您的应用选择合适的相机和镜头。首先，需要决定您的图像采集系统所需的分辨率。可以先用真实世界的度量单位测量您需要检测的最小特征的大小。然后，传感器分辨率（S） = (FOV / 分辨率) x 2 = (FOV / 最小特征的大小) x 2。 

例如：有一个传感器分辨率为640x480的相机，希望知道在任何方向上可以检测出的最小特征的分辨率。因为要求测量不依赖于方向，因此取CCD尺寸参数中的短边，这里就是480；假设想捕获的FOV是100mm。根据上式，能够检测到的最小特征尺寸是FOV除以传感器分辨率再乘以2（最小特征尺寸=(100/480)*2）。这样可以计算出能检测到的最小特征尺寸就是0.42mm。请注意这是一个大致的等式，没有考虑到镜头失真、具体的特征检测算法、以及是否采用亚像素精度。然后，计算所需的焦距：焦距 x FOV = 传感器尺寸 x 物距。 

对于上述例子，如果要确定物距，先假设传感器尺寸是1/2"，镜头焦距是12.5mm，那么物距就是98mm（物距=(12.5*100)/12.7）。请注意为统一单位要将1/2"换算为12.7mm。

出厂的镜头中，只有一部分具有标准焦距。通常的镜头焦距包括6mm，8mm，12.5mm，25mm，以及50mm等几种。一旦您选择了一个焦距接近您图像采集系统所需焦距的镜头，您需要调整物距以使被检测物体合焦。 焦距较短（小于12mm）的镜头拍摄的图像会有明显的失真。如果您的应用对图像失真比较敏感，请尽量增加物距并使用焦距较长的镜头。如果您不便调整物距，您在选择镜头时就会受到比较大的限制。 

宽动态技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的一种技术。 当在强光源（日光、灯具或反光等）照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是通常所讲的动态范围。

宽动态就技术言，不算背光补偿技术，有二种实现方式：CCD+DSP技术和CMOS+DPS技术。现在，CCD+DSP宽动态技术仍是主流应用技术，通常接触到的宽动态产品大多都是CCD宽动态。CCD+DSP：这种双曝光（或双快门）技术的核心是针对明暗反差较大的场景，摄像机先对明亮区域进行一次快速曝光，得到一幅亮部区域清晰正常的图像并存储到数据缓冲存储器中；然后再对场景中暗部区域进行一次慢速曝光，得到一幅暗部区域画面清晰的图像也存储到数据缓冲存储器中。以上曝光完毕后，利用DSP特有的图像处理算法，将两幅图像当中亮度适当的部分分别切割下来，最后进行叠加合成并输出一幅明暗区域都清晰可见的图像。CMOS+DPS：DPS采用的是每一个像素单独曝光和ARM7控制技术，相比于CCD的两次曝光成像有了更高的动态范围。

低照度摄像机：可以在极其微弱的光照下工作的闭路电视摄像机。照度是用Lux表示。0Lux表示在没有光线情况下也能拍摄，一般摄像机大都在0Lux或者0.1Lux，照度值的大小是要看镜头的光圈大小（F值），F值越小所需的照度越低。当Lux值在0.001的时候，基本已经达到星光级照度。 

3A技术指的是自动对焦（AF）、自动曝光（AE）及自动白平衡（AWB）。自动对焦算法通过既得图像对比度移动镜头使图像对比度达到最大，自动曝光算法将根据可用的光源条件自动设置曝光值，自动白平衡算法根据光源条件调整图片颜色的保真程度。

参考资料：
http://www.beargoo.com.cn/param_explain.php?pid=1348
http://www3.xitek.com/xuetang/optics/depthoffield.htm
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B6%85%E7%84%A6%E8%B7%9D
http://digital.ni.com/public.nsf/allkb/476C4258512F798E862574CF000791F1
http://hi.baidu.com/lirong715/blog/item/476571d4a66dffce51da4bfb.html
http://baike.baidu.com/view/2242481.htm
http://security.zol.com.cn/236/2365674.html
http://baike.baidu.com/view/1344417.htm