摄像头模组:CMOS图像传感器(Sensor)与镜头(Lens)参数指标

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1. Sensor

1.1 Sensor尺寸

Sensor尺寸指的是对角线的长度,单位是英寸。长宽比通常是4:3。由于历史原因sensor中16mm为1’'。

尺寸(英寸) 实际宽度mm 实际高度mm 对角线长度
4/3" 18 13.5 22.5
1" 12.8 9.6 16
2/3" 8.8 6.6 11
1/1.8" 7.11 5.33 8.89
1/2" 6.4 4.8 8
1/2.5" 5.75 4.32 7.19
1/3" 4.8 3.6 6
1/4" 3.2 2.4 4

1.2 CMOS Image Sensor 接口

MIPI/DVP/LVDS

2. Lens

《光学镜头参数详解(EFL、TTL、BFL、FFL、FBL/FFL、FOV、F/NO、RI、MTF、TV-Line、Flare/Ghost)》

摄像头模组:CMOS图像传感器(Sensor)与镜头(Lens)参数指标_第2张图片在这里插入图片描述在这里插入图片描述
这是一个定焦镜头上面的参数:

  • 16mm:焦距16mm
  • IR:红外镜头
  • 1/2’‘:靶面尺寸1/2’’
  • 5MP:镜头分辨率,500w像素
  • F4.0:也写作F/4.0,光圈系数,4.0光圈,焦距/孔径;其他条件不变情况下,光圈系数越小,光通量越大,图像越亮。
  • 靶面尺寸:对应Sensor的尺寸,不能小于Sensor尺寸,当小于Sensor尺寸时会有暗角。
  • 焦距:定焦镜头焦距是恒定不变的;凸透镜越凸,焦距越小;凸透镜越平,焦距越大。变焦镜头通过改变镜头内镜片的相对位置来改变镜头的焦距。镜头焦距定义为无限远聚焦时镜头的光学中心与相机的图像传感器(或胶片平面)之间的距离。在有些情况下,像距与焦距等价。
  • 光圈值:F1.4、F2.0、F2.8、F4.0、F5.6、F8.0…,下一个是前一个的1.4倍(根号2),光通量是前一个的一半。

参考:镜头参数指标

2.1 镜头焦距与光圈对景深的影响

光圈不变情况下,镜头焦距大小与景深大小成反比:

  • 焦距越大,景深越浅
  • 焦距越小,景深越大

焦距不变情况下,光圈大小景深大小成反比:

  • 光圈越大,景深越钱
  • 光圈越小,景深越大

2.2 镜头接口

  • 螺纹接口
    分为C口和CS口,区别是法兰距(镜头安装基准面到焦点的距离)不一样,即镜头底部与Senor距离不同。
    C接口的法兰距是17.526mm,而CS接口是12.5mm。

根据接口口径,可分为M12、M42等。M12指接口口径为12mm。

  • 卡口
    一般用在单反相机。分为E口和EF口,区别也是法兰距不一样。

2.3 镜头总长TTL

  • 光学总长是指由镜头中镜片的第一面到像面的距离
  • 机构总长是指由镜筒端面到像面的距离

在更换镜头时,要考虑镜头总长是否合适。

2.4 FOV视场角

FOV由光圈大小影响;同一个镜头,光圈越大则FOV越大,光圈越小则FOV越小

视场角、光圈、景深之间的影响。

FOV越大,相同距离成像越小,景深越浅。

2.5 等效焦距

在当前Sensor+当前镜头中拍出的尺寸 与 全画幅相机+镜头拍出的尺寸一致,即视场角大小一致时,全画幅拍摄时的镜头焦距是多少?这就是等效焦距,即用全画幅相机拍摄出同样视场角的图像,用到的镜头焦距。

2.6 光圈

光圈影响进光量,光圈越大,进光量越多,成像越亮。
光圈影响景深,光圈越大,景深越小。

在选镜头时,需要根据场景,平衡进光量和景深,选择合适光圈的镜头。

3. 镜头成像原理

  • 像距v:镜头到sensor的距离
  • 物距u:物体到镜头的距离
  • 焦距f:镜头焦距参数;定焦镜头,焦距固定;变焦镜头,焦距可变

自动对焦与自动聚焦:自动对焦AF,焦距不变,调整像距和物距(主要是像距离);自动聚焦zoom,调整焦距,物距和像距不变

3.1 凸透镜成像原理

凸透镜成像原理是指利用光的折射的原理成像。

  • u>2f,f
  • u=2f=v:倒立等大的实像
  • f2f:倒立放大实像(投影仪)

成像公式:1/u + 1/v = 1/f,符合这个条件才能形成清晰的图像。
在相机中,通常u >>> v,物距远远大于像距。所以,AF自动对焦过程,像距v很小的一个变化,就能引起物距u的很大变化。所以通常VCM推动的距离是很短的,却能控制一个很大的清晰成像范围。

成像大小:

  • f不变时,像距v变大,物距u变小,成像变大(u+v减小)(AF VCM往外推时,清晰点靠近,物体成像变大)
  • f不变时,像距v减小,物距u变大,成像变小(u+v变大)

换个焦距更长的镜头,像距不变,物距也要减小;如果不想减小物距,那就要减小像距。

3.2 不同光线对焦距的影响

不同波长的光在介质中的传播速度不同,折射率不同,故同一个透镜对不同波长的光,其焦距是不同的,这叫色散,和棱镜的色散道理相同。波长越长焦距越大

不同颜色可见光的波长范围:
红:770~622nm;橙:622~597nm;黄:597~577nm;绿:577~492nm;蓝、靛:492~455nm;紫:455~350nm。

那我们思考一个问题,在监控摄像头中,在白天是使用彩色的视频图像,而夜晚是红外的视频图像;那如果在IR CUT切换前后,肯定焦点就变了,那就需要重新对焦。

为了适应全天候24小时的监控需求,很多场所不仅要求摄像机能够白天完成监视任务,还要在夜间能够呈现清晰的画面。而且近年,红外摄像机、红外灯大量普及,日夜型摄像机、高清晰彩色摄像机价格一定程度的下降,给镜头厂商也提供了大量的市场机会。IR监控摄像机镜头就这样孕育而生了。

IR镜头即红外镜头,它采用了特殊的光学玻璃材料,并用最新的光学设计方法,消除了可见光和红外光的焦面偏移,因此从可见光到红外光区的光线都可以在同一个焦面成像,使图像都能清晰。此外,IR红外镜头还采用了特殊的多层镀膜技术,以增加对红外光线的透过率,所以用IR镜头的摄像机比用普通镜头的摄像机夜晚监控的距离远,效果好。

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