相机的一些参数

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前言

计算机视觉每时每刻都在与相机打交道，但是相机的一些参数，单位一直搞不清楚，今天好好来梳理以下。

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一、快门

快门速度是指相机快门打开，将光线照射到相机传感器上的时间长度。本质上，就是相机花多长时间拍一张照片。快门速度主要是有**两个作用：**1、改变照片的亮度；2通过定格动作或动感模糊来创作戏剧性的效果。

**低速快门（长快门）**以为这长时间暴露相机传感器。低速快门可以拍出动感模糊的效果，也可以用来拍星空、瀑布等。

**高速快门（短快门）**意味着很短时间的暴露相机传感器，可以用来拍摄清楚高速运动的物体。定格动作可以使用高速快门来拍摄。

1.1快门速度的表示

当开门速度丢一秒时，快门速度通常以几分之一秒计算。例如，1/4 表示1/4秒，而1/250表示1/250秒（或4毫秒）。

长快门：通常在1秒以上，此时，可以需要使用三脚架来获得清晰的图像。有的相机会有防抖功能。

1.2 快门速度和曝光

快门速度对曝光有影响，即对图像的亮度有影响。如果使用长快门，相机传感器会收集到更多光线，使照片变得很亮。如果使用短快门，相机从传感器在光线下的曝光时间更短，从而得到一张较暗的照片。

二、 光圈

光圈可以定义为光线通过镜头进入相机的开口，通过缩小或扩大光圈，让更少或更多的光线到达相机传感器。
光圈对景深和曝光都有影响。一般来说光圈越大，图像越亮，景深越小（图像失焦）；光圈越小，图像越暗，景深越大（图像更清晰，锐利）。
由于衍射现象的存在，并不是光圈越小，图像就会越清晰。

2.1 光圈对曝光的影响

随着光圈大小的变化，到相机传感器的光线总量也会发生变化，从而改变图像的亮度。

2.2 光圈对景深的影响

景深是指照片从前到后的清晰程度。当景深越小时，图象的背景会完全失焦； 当景深很大时，照片前景和背景都很清晰。
光圈变大，景深变小；光圈变小，景深变大。

三、增益/ISO

增益是一个曝光参数，允许用户配置成像传感器像素中读出电路的前置放大。 在摄影中，它通常被称为ISO。 增加增益会增加传感器的前置放大，这将增加其对光的灵敏度，从而产生更明亮的图像。

从最基本的来说，ISO是一种可以使照片变量或者变暗的相机设置。随这ISO值的增加，照片会逐渐变量。因此，ISO可以在较暗的环境中拍摄图像，或者更灵活地设置光圈和快门速度。
ISO越大，照片越亮。

然而，提高ISO是有后果的。在过高的ISO下拍摄的照片会显示很多颗粒，也就是噪音，这也可能导致照片无法使用。因此，通过ISO调亮照片是一种折中选择。只有当不能通过快门速度或光圈来提升照片亮度时，才应该提高ISO的值。

3.1 常用的ISO值

每个相机都有不同的 ISO 值范围(有时称为 ISO 速度)。一个常见的集合如下:

• ISO 100 (低 ISO)
• ISO 200
• ISO 400
• ISO 800
• ISO 1600
• ISO 3200
• ISO 6400 (高 ISO)
  简单而言，当 ISO 加倍时，照片亮度也加倍了。所以，一张 ISO 400 的照片会比 ISO 200 亮两倍，而 ISO 200 又会比 ISO 100 亮两倍。

3.3 常用的增益/ISO 对三D点云的影响

在使用HDR功能时，如果需要将时间损失最小化，则设置增益有利于增加场景中的动态范围，并且对于获取非常暗的区域的点云也很有帮助。 但是，高增益存在一个明显的缺点，即它会放大传感器测量的所有内容，包括噪声，从而对单次采集的动态范围产生一定的影响，并降低峰值信噪比。 因此，如果需要最佳的低噪声3D点云，建议设置较低的增益值。

噪声会随着增益值的增大而增加。对于相同曝光程度的图像，如果增大的参数不是增益而是其它参数，比如曝光时间，则采取增大增益的图像会有更差的精确度。这种精确度的降低会表现为每次拍照时噪声的增加，以及像素间噪声的增加。

然而，当以相似的曝光进行HDR采集时，噪声将被过采样，从而得到有效的平均。 因此，可以使用高增益设置进行多次采集达到和具有高曝光时间的单次采集相同的精度。

用相似的曝光捕获多次采集的图像可以抑制噪声。

对于增益的进一步认识

四、景深

理论上照片中只有被准确对焦的部分清晰，焦点前及焦点后的景物会因在焦点以外而显得模糊。不过，基于镜头、拍摄距离等因素，在焦点前、后仍然会有一段距离的景物能够被清晰显示，不致于落入模糊地带，这个清晰的范围便称为景深。

4.1 决定景深的因素

有三个因素会影响景深的范围：光圈大小、对焦距离以及镜头焦距。

1. 光圈，光圈越大，则景深越浅，光圈缩小，则景深越深。
2.焦距，焦距越长，则景深越浅，焦距越短，则景深越深。
3.拍摄距离，距离越近，则景深越浅，距离越远，则景深越深。


上面 第二节也有讲到。

五、焦距

平行光线射入凸透镜时，理想镜头将所有的光线聚集在一点，这个点，就叫做焦点，焦点和镜片光学中心的距离叫做焦距。过焦点后光线继续以锥状发散开来。

凸透镜的成像公式是：
$$\frac{1}{u}+\frac{1}{v}=\frac{1}{f}$$
这是最基本的公式，u指物距，即物体到透镜组中心的距离，v指像距，即成像至中心的距离，f指焦距。

具体更加详细的光学公式：相机对焦原理

六、帧率

帧率（Frame rate）是以帧称为单位的位图图像连续出现在显示器上的频率（速率）。该术语同样适用于胶片和摄像机，计算机图形和动作捕捉系统。帧速率也可以称为帧频率，并以赫兹（Hz）表示。

七、工业相机与普通相机的区别

工业相机与普通相机的主要区别：

八、相机传感器采集图像的模式

相机的卷帘式相机和全局式相机他们的主要区别在于：
卷帘相机和全局相机的区别
参考文献：
[1] 快门速度、光圈、ISO（光感度）
[2] ZIVID
[3] 卷帘相机和全局相机的区别
[4] 相机对焦原理
其他的一些参考忘记链接了。。。