鏡頭名詞參數(shù)

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鏡頭類型（Type）

這個(gè)鏡頭主要有什么特點(diǎn)，屬于什么分類，一個(gè)鏡頭可以有多個(gè)分類

按焦距類型

類型	說明	特點(diǎn)	應(yīng)用場(chǎng)景
定焦鏡頭（Prime Lens）	焦距固定，如35mm、50mm等	光學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，畫質(zhì)優(yōu)秀，成本低	手機(jī)、工業(yè)視覺、安防攝像
變焦鏡頭（Zoom Lens）	焦距可變，如18-55mm	可以變倍拍攝，靈活	攝像機(jī)、監(jiān)控、電影電視

按視場(chǎng)角、焦距劃分

分類	焦距范圍	特點(diǎn)	常見用途
廣角鏡頭	<35mm	視角廣，景深大，容易畸變	風(fēng)光、建筑、室內(nèi)攝影
標(biāo)準(zhǔn)鏡頭	≈50mm	接近人眼視角，成像自然	人像、街拍、日常拍攝
中長(zhǎng)焦鏡頭	85mm–135mm	背景壓縮感強(qiáng)，虛化好	人像、舞臺(tái)拍攝
長(zhǎng)焦鏡頭	>135mm	視角窄，壓縮感強(qiáng)	體育、野生動(dòng)物、遠(yuǎn)距離拍攝
超長(zhǎng)焦鏡頭	>300mm	非常遠(yuǎn)的拍攝距離	天文、野生動(dòng)物、安防

按結(jié)構(gòu)和功能分類

分類	特點(diǎn)	用途
魚眼鏡頭	超廣角，視角達(dá)180°，畸變強(qiáng)烈	創(chuàng)意攝影、全景
微距鏡頭	近攝能力強(qiáng)，細(xì)節(jié)豐富	昆蟲、產(chǎn)品拍攝
移軸鏡頭（Tilt-Shift）	可調(diào)整光軸角度和位置	建筑攝影、景深控制
折反射鏡頭（鏡頭內(nèi)含反射結(jié)構(gòu)）	結(jié)構(gòu)緊湊，長(zhǎng)焦小巧	天文、野生動(dòng)物
電影鏡頭 / Cine Lens	專為視頻拍攝設(shè)計(jì)，齒輪對(duì)焦，參數(shù)穩(wěn)定	影視制作

按應(yīng)用場(chǎng)景分類

分類	特點(diǎn)
攝影鏡頭	強(qiáng)調(diào)解析力、成像風(fēng)格、色彩控制
工業(yè)鏡頭	強(qiáng)調(diào)精度、畸變控制、耐用性
顯微鏡頭	支持高倍率成像
安防監(jiān)控鏡頭	寬視角、夜視支持、紅外敏感性強(qiáng)
投影鏡頭	光圈大、畸變小，用于投影設(shè)備
機(jī)器視覺鏡頭	工業(yè)自動(dòng)化，強(qiáng)調(diào)低畸變、高分辨率

按感光元件支持分類

分類	特點(diǎn)
C/CS卡口鏡頭	常用于監(jiān)控、工業(yè)相機(jī)
EF/PL/E卡口鏡頭	攝影攝像常見標(biāo)準(zhǔn)
M12小型鏡頭	多用于安防、嵌入式設(shè)備

圖像傳感器（Sensor）

圖像傳感器是鏡頭配套系統(tǒng)中的核心元件，它將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，常用于相機(jī)、手機(jī)、工業(yè)相機(jī)、安防設(shè)備等。

圖像傳感器類型

常用的圖像傳感器主要分為兩大類一種為電荷耦合器件（CCD 傳感器），一種為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）。

電荷耦合器件（CCD 傳感器）

• 工作原理：CCD通過一個(gè)像素傳遞到另一個(gè)像素的方式來收集光，并將其轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)。

• 圖像質(zhì)量：通常提供高質(zhì)量的圖像，具有優(yōu)秀的光學(xué)特性和較低的噪點(diǎn)。

• 靈敏度：對(duì)光線的響應(yīng)較好，適合低光照條件下拍攝。

• 能耗：相對(duì)較高，因?yàn)樗邢袼囟际峭ㄟ^一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)來讀取。

互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS 傳感器）

• 工作原理：CMOS傳感器為每個(gè)像素配備了一個(gè)放大器，可以在像素處直接轉(zhuǎn)換光信號(hào)為電信號(hào)。

• 成本和制造：制造成本較低，因?yàn)樗梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體制造工藝。

• 能耗：相比CCD，CMOS的能耗較低，更適合用于便攜設(shè)備如智能手機(jī)。

• 速度：數(shù)據(jù)讀取速度更快，適合高速攝影和視頻錄制。

電荷耦合器件（CCD 傳感器）VS 互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS 傳感器）

對(duì)比項(xiàng)	CCD（Charge-Coupled Device）	CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）
原理	電荷在芯片上傳輸至一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)	每個(gè)像素點(diǎn)集成放大器和A/D轉(zhuǎn)換
圖像質(zhì)量	噪聲低，動(dòng)態(tài)范圍高，成像純凈	早期噪聲大，現(xiàn)代已顯著提升，接近CCD
光敏效率	光電轉(zhuǎn)換效率高	早期略低，BSI等技術(shù)提升了效率
功耗	較高（因需連續(xù)傳輸電荷）	低（局部處理，電路集成度高）
速度	讀出速度較慢	讀出速度快，適合高速拍攝
快門類型	通常為全局快門	多為滾動(dòng)快門，也支持全局快門
抗干擾性	更強(qiáng)（電荷集中傳輸）	易受干擾（每像素獨(dú)立處理）
制造成本	高，制造復(fù)雜	低，使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝
封裝和體積	大，散熱需求高	小，可高度集成（適合微型設(shè)備）
適用領(lǐng)域	高端工業(yè)相機(jī)、天文、生物成像	手機(jī)、無人機(jī)、安防、消費(fèi)類產(chǎn)品

總結(jié)：

• CCD 更適合極致畫質(zhì)要求的專業(yè)領(lǐng)域（如科研、天文、醫(yī)學(xué)）。

• CMOS 則是現(xiàn)代圖像傳感的主流方向，因其低成本、高速度、低功耗、工藝成熟，在工業(yè)、消費(fèi)、安防中占據(jù)相對(duì)主導(dǎo)。

像素

“像素”（Pixel，Picture Element）是圖像的最小單位。可以把它理解為圖像上的一個(gè)“點(diǎn)”，每個(gè)像素都承載了圖像中的顏色和亮度信息。圖像就是由無數(shù)個(gè)這樣的點(diǎn)組合而成的。

像素在圖像傳感器中的含義

• 在圖像傳感器上，每個(gè)像素是一個(gè)光電二極管（或稱感光單元），它負(fù)責(zé)接收光線并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

• 傳感器的像素越多，理論上圖像細(xì)節(jié)就越豐富（前提是每個(gè)像素的質(zhì)量也好）。

像素與分辨率

• 分辨率描述的是圖像的像素?cái)?shù)量（水平像素 × 垂直像素）。

• 比如：3840×2160 是 4K 分辨率，對(duì)應(yīng)大約830萬像素（8MP）

每個(gè)像素包含的信息：

通常來說，一個(gè)像素至少包含 紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B） 三種顏色的亮度值。這就是所謂的 RGB模型。顯示設(shè)備根據(jù)這三種顏色的強(qiáng)度混合出最終顯示的顏色。

像素尺寸（像素大小）Pixel size

圖像傳感器上單個(gè)像素點(diǎn)的尺寸 例如：2.2μm*2.2μm

總像素

傳感器上實(shí)際存在的所有像素（包含黑邊、校正區(qū)等不成像區(qū)域）

總像素怎么計(jì)算：芯片上有多少個(gè)像素點(diǎn) 芯片像素=水平像素?cái)?shù)*垂直像素?cái)?shù)

有效像素：參與成像的像素?cái)?shù)（可用在圖像中的）

芯片尺寸

什么是感光芯片面積

• 這是圖像傳感器中真正用于捕捉圖像的區(qū)域。

• 例如，一個(gè)1英寸傳感器的感光芯片對(duì)角線大約為16mm，對(duì)應(yīng)的面積約為116 mm2（如果是標(biāo)準(zhǔn)的4:3長(zhǎng)寬比，感光區(qū)域大概是12.8mm x 9.6mm）。

感光芯片面積

成像尺寸（CMOS sensor size）指的是數(shù)碼相機(jī)或攝像頭中CMOS圖像傳感器的物理大小。這個(gè)尺寸直接影響成像質(zhì)量、視角、景深和低光表現(xiàn)。

怎么計(jì)算感光芯片尺寸

• 長(zhǎng)度（mm）=水平像素?cái)?shù)*水平像素大小（μm）/1000

• 高度（mm）=垂直像素?cái)?shù)*垂直像素大小（μm）/1000

• 對(duì)角線長(zhǎng)度（mm）=

整體封裝尺寸（Package Size）

• 包含了芯片本體、引腳（pad/bump）、保護(hù)層、玻璃蓋板（if any）、引線鍵合區(qū)、熱通道等。

• 不同封裝類型（如CSP、LGA、BGA、CLCC等）會(huì)導(dǎo)致封裝尺寸差異很大。

• 例如，一顆感光區(qū)域?yàn)?/3英寸的CMOS芯片，封裝后面積可能從30 mm2到80 mm2不等。

適用芯片大小（靶面大小&Image Format）

1"=16mm：只有CMOS對(duì)角線長(zhǎng)度≥8mm時(shí)，才會(huì)使用16mm規(guī)范 比如1/2 的芯片，對(duì)應(yīng)對(duì)角線真實(shí)尺寸大約是8mm。

1"=18mm：對(duì)于對(duì)角線≤8mm的CMOS，使用18mm規(guī)范 此時(shí)1英寸=18mm，比如1/2.55英寸的芯片，其對(duì)角線的真實(shí)尺寸大約是7mm

怎么計(jì)算芯片的靶面大小： 格式為 1/X"=16或18/對(duì)角線長(zhǎng)度 （看芯片的對(duì)角線長(zhǎng)度選擇規(guī)范類型）

常見廠家

• 豪威科技 OmniVision

• 索尼 Sony

• 思特威

• 格科微

• 安森美

• 派視爾 Pixelplus

• 璦鐠瑞思 ESPROS

• 松下 PanasonicCorp

• 三星

Resolution 分辨率

圖像分辨率 or 鏡頭分辨率 or 芯片分類率

名稱	定義	單位/指標(biāo)	本質(zhì)上屬于哪一環(huán)
鏡頭分辨率	鏡頭能“看清”的最細(xì)線對(duì)	lp/mm、MTF	光學(xué)系統(tǒng)
芯片分辨率	圖像傳感器的像素總數(shù) & 像素密度	像素?cái)?shù)量 + μm 像素尺寸	感光器件
圖像分辨率	輸出圖像的像素?cái)?shù)量	H×V（如3840×2160）	圖像處理/輸出端

成像效果：? 成像質(zhì)量 = 三者的“協(xié)同效果”（木桶效應(yīng)）

你可以想象這樣一個(gè)鏈條：

鏡頭（成像細(xì)節(jié)） → 芯片（是否采樣到細(xì)節(jié)） → 圖像輸出（是否保留這些細(xì)節(jié)）

舉例說明：

假設(shè)你有：

• 鏡頭：理論分辨率 100 lp/mm

• 芯片：像素大小 2 μm，1" 尺寸（對(duì)角 16mm），像素?cái)?shù)約為 4000×3000 = 12MP

• 輸出圖像：4K（3840×2160）

那么：

• 鏡頭能提供的細(xì)節(jié)大致對(duì)應(yīng)每毫米 200 像素（因?yàn)?1 lp = 2 px）

• 芯片能采樣的像素密度是否足夠，就看像素大小

• 圖像是否最終高分辨，還取決于處理算法有沒有壓縮、模糊、插值等

lp/mm 線對(duì)每毫米

線對(duì)（Line Pair）：

• 一個(gè)黑線 + 一個(gè)白線，構(gòu)成一個(gè)“線對(duì)”

• 所以

  • 1 lp/mm = 每毫米能分清 1 個(gè)黑白組合

  • 10 lp/mm = 每毫米能分清 10 個(gè)黑白組合（共20條線）

lp/mm與像素的關(guān)系

• 如果傳感器的像素密度是 200 像素/mm，那么它最多能還原 100 lp/mm 的細(xì)節(jié)

• 因?yàn)?/span>每個(gè)線對(duì)至少需要兩個(gè)像素來采樣（一個(gè)亮、一個(gè)暗）

lp/mm的作用：

lp/mm 是衡量鏡頭“能分多細(xì)”的單位，它衡量的是光學(xué)解析力，不是像素?cái)?shù)量。
像素 ≠ 分辨率，只有當(dāng) lp/mm 和像素密度匹配，圖像才銳利清晰。

Nyquist 采樣準(zhǔn)則

鏡頭分辨率 ≈ 圖像像素密度 / 2，才能不出現(xiàn)混疊（aliasing），可以全部最大的利用鏡頭與傳感器的性能

鏡頭像圓（Image Circle）

什么是像高？

鏡頭將物體成像到感光平面（如圖像傳感器）時(shí)，所能覆蓋的圓形區(qū)域。

你可以想象一下：

• 鏡頭是一個(gè)“投影儀”，它把圖像“投影”到傳感器上。

• 這個(gè)投影的范圍就是一個(gè)“圓”——這就是成像圓。

• 如果傳感器尺寸 > 成像圓，邊緣就會(huì)黑（暗角）。

• 如果傳感器尺寸 ≤ 成像圓，圖像能完整覆蓋。

鏡頭成像圓	結(jié)果
大于傳感器	? 成像正常，無暗角
小于傳感器	? 邊緣發(fā)黑或模糊
等于傳感器	? 剛好覆蓋，要求精密匹配

怎么計(jì)算成像模式

全畫幅模式： 芯片長(zhǎng)度<像高，芯片高度<像高，芯片對(duì)角<像高 (圖5)

暗角模式：芯片長(zhǎng)度<像高，芯片高度<像高，芯片對(duì)角>像高 (圖4)

水平內(nèi)切圓模式：芯片長(zhǎng)度>=像高 芯片高度<像高，芯片對(duì)角>像高 (圖2、圖3)

垂直內(nèi)切圓模式：芯片長(zhǎng)度>像高，芯片高度>像高，芯片對(duì)角>像高 (圖1)

EFL 焦距

鏡頭焦距是指鏡頭光學(xué)后主點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離，是鏡頭的重要性能指標(biāo)。鏡頭焦距的長(zhǎng)短決定著拍攝的成像大小，視場(chǎng)角大小，景深大小和畫面的透視強(qiáng)弱。

焦距與景深的關(guān)系

焦距與景深成反比：焦距短，景深大；焦距長(zhǎng)，景深小。景深大小涉及到攝影畫面中縱深景物的影像清晰度

焦距與畫面大小的關(guān)系

鏡頭的焦距決定畫面中場(chǎng)景大小，長(zhǎng)焦距會(huì)產(chǎn)生較大的畫面。畫面越大，取景的范圍就越小。畫面的大小與焦距成正比