注册 登录  
 加关注
查看详情
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

极夜.潜的博客

 
 
 

日志

 
 

摄像机参数解读  

2011-07-11 19:16:48|  分类: Research |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |

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。

  摄像机参数解读 - 极夜.潜 - 极夜.潜的博客

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
  摄像机参数解读 - 极夜.潜 - 极夜.潜的博客
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。
  摄像机参数解读 - 极夜.潜 - 极夜.潜的博客
  摄像机参数解读 - 极夜.潜 - 极夜.潜的博客景深随镜头的焦距、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:
  摄像机参数解读 - 极夜.潜 - 极夜.潜的博客

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:
  摄像机参数解读 - 极夜.潜 - 极夜.潜的博客
  摄像机参数解读 - 极夜.潜 - 极夜.潜的博客

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

  评论这张
 
阅读(916)| 评论(0)
推荐 转载

历史上的今天

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2018