【光學基礎】之 概念篇

記錄一些常用到的光學概念,會比較雜亂,主要爲了自己看。


✔【 Sensor的極限分辨率怎麼計算(不知對錯

芯片的極限分辨率計算公式是2倍的pixel size分之一,再乘以1000。

比如pixel大小爲6.5μ和2.5μ的sensor,對應的極限分辨率分別是77lp/mm(即 1000/(2*6.5)≈77)和200lp/mm(即 1000/(2*2.5)=200)。


✔ 【CRA(Chief Ray Angel)】

CRA分Lens CRA和Sensor CRA。

Lens CRA 就是最大像高處的主光線與光軸的傾角;

Sensor CRA 也就是SENSOR 的MICRO LENS 與光電二極管的位置存在一個水平誤差,並不在一條直線上(這個偏差角就是sensor的CRA)。做成這樣的目的,這樣的做的目的也是爲了好搭配LENS 。


CRA  Matching

在光學系統中,sensor上的光學接收效率不僅與CRA有關,還與Sensor的Micro lens開口布局有關。因此在做Lens涉及時,CRA要儘量符合Sensor廠家提供的CRA參考值,提高功能接收效率。

通常Lens CRA要小於sensor的CRA,允許有3°以內的偏差。這是因爲:

鏡頭CRA太過小於Sensor的CRA時,會出現四角偏暗(受光不足),光線無法到達sensor邊緣,即Lens Shading;
鏡頭CRA太過大於Sensor的CRA時,光線會折射到臨近的pixel上,導致pixel間出現串擾,即Color shading,且在圖像四周表現更明顯;

建議優先保證Color Shading因爲Lens Shading比Color Shading容易調試;

並不是LENS CRA 越小越好,有人認爲0度是最佳的,那也是不對的,只能說與SENSOR 的CRA 越接近越好。


✔  【像高(Image Height)的最大值是對角線長度】

因爲鏡頭是圓的,畫面的對角線是最接近鏡頭成像直徑的,所以最大尺寸是對角線尺寸。


CRA與像高的關係(摘自OV某款sensor規格書):


✔ 【景深(Depth of field)】

被攝景物可同時清晰成像的最近部分至最遠部分之間的距離

景深隨鏡頭的焦距、光圈值、拍攝距離而變化。對於固定焦距和拍攝距離,使用的光圈越小(f值大),景深越大。光圈越大(f值小),則景深越小。


景深的計算公式:


δ —— 容許彌散圓直徑
f —— 鏡頭焦距
F —— 鏡頭的拍攝光圈值
L —— 對焦距離
ΔL1 —— 前景深
ΔL2 —— 後景深
ΔL —— 景深

景深與鏡頭使用光圈、鏡頭焦距、拍攝距離以及對像質的要求(表現爲對容許彌散圓的大小)有關。這些主要因素對景深的影響如下(假定其他的條件都不改變):

(1)、鏡頭光圈(Aperture):光圈越大,景深越小;光圈越小,景深越大;

(2)、鏡頭焦距:鏡頭焦距越長,景深越小;焦距越短,景深越大;

(3)、拍攝距離:距離越遠,景深越大;距離越近,景深越小。


光圈越大,則單位時間裏通過的光線越多,光圈越小則越少,從而影響到圖像的亮度。我們平時所說的光圈值f/2.8、f/8、f/16等是光圈“係數”,是相對光圈,並非光圈的物理孔徑,與光圈的物理孔徑及鏡頭到感光器件(膠片或CCD或CMOS)的距離有關。
表達光圈大小用f值(F/no)表示,光圈f值=鏡頭的焦距/鏡頭口徑的直徑。也就是說同等焦距下,鏡頭口徑越大,f值越小(f值越小代表光圈越大)。


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