相機芯片尺寸

工業鏡頭的焦距(f mm)可以根據FOV(視場), WD(工作距離) 和CCD芯片尺寸計算出來:

FOV視場指被攝取物體的大小,視場的大小是以鏡頭至被攝取物體距離(WD),鏡頭焦距(F)及CCD芯片尺寸確定的

1、鏡頭的焦距,視場大小、工作距離、光學倍率計算如下:

焦距f = WD × CCD芯片尺寸( H or V) / FOV( H or V)

視場FOV ( H or V) = 物距WD × CCD芯片尺寸( H or V) / 焦距f

視場FOV( H or V) = CCD芯片尺寸( H or V) / 光學倍率

工作距離WD= f(焦距)× CCD芯片尺寸/FOV( H or V)

光學倍率 = CCD芯片尺寸( H or V) / FOV( H or V)

2.CCD芯片的尺寸表:
在計算尺寸時,不是按簡單的長度換算單位計算的(長度換算是:1英寸=25.4mm),而是按1英寸=16mm算的。

像1/1.8英寸、2/3英寸之類的尺寸,既不是任何一條邊的尺寸,也不是其對角線尺寸,看着這樣的尺寸,往往難以形成具體尺寸大小的概念。那麼,這個尺寸到底是怎麼來的呢,事實上,這種表示方法來源於早期的攝像機成像器件——光導攝像管(Vidicon Tube)。

光導攝像管是電視攝像機中進行光電轉換的一種主要的真空光電器件,是將光的圖像轉換成電視信號的專用電子束管。作爲攝像裝置,必須有三個功能:把圖像的像素圖轉換爲相應電荷圖的功能,把電荷圖暫存起來的功能和 把各個像素依次讀出 的功能。光導攝像管就具備這三個功能。

在CCD出現之前,攝像機是一直使用光導攝像管的成像器件感光成像的,其直徑的大小,直接決定了其成像面積的大小。
因此,後來大家就用光導攝像管的直徑尺寸來表示不同感光面積的產品型號。直到CCD出現之後,也就自然而然沿用了光導攝像管的尺寸表示方法,進而擴展到所有類型的圖像傳感器的尺寸表示方法上。

型號爲1/1.8的CCD或CMOS,就表示其成像面積與一根直徑爲1/1.8英寸的光導攝像管的成像靶面面積近似。
光導攝像管的直徑與CCD/CMOS成像靶面面積之間沒有固定的換算公式,從實際情況來說,CCD/CMOS成像靶面的對角線長度大約相當於光導攝像管直徑長度的2/3。

如下圖所示,白圈表示光導攝像管成像區域,綠色部分表示CCD/CMOS靶面區域:
在這裏插入圖片描述
1.1英寸——靶面尺寸爲寬12mm高12mm,對角線17mm
1英寸 ——靶面尺寸爲寬12.7mm
高9.6mm,對角線16mm
2/3英寸——靶面尺寸爲寬8.8mm高6.6mm,對角線11mm
1/1.8英寸——靶面尺寸爲寬7.2mm
高5.4mm,對角線9mm
1/2英寸——靶面尺寸爲寬6.4mm高4.8mm,對角線8mm
1/3英寸——靶面尺寸爲寬4.8mm
高3.6mm,對角線6mm
1/4英寸——靶面尺寸爲寬3.2mm*高2.4mm,對角線4m

像素點尺寸
像素點顆粒的大小,如 4.2um ,3.45um 0.7um

快門

CMOS來說, rolling shutter一般pixel是4個晶體管(不考慮share),所謂4T pixel. 如果想做global shutter,那麼需要在每個pixel內設計一個信號存儲點,這個存儲點,可以是voltage-domain或者charge-domain的.具體做法很多了,舉例子來說.charge-domain可以是pixel內集成類似ccd這種結構的,暫存電子,這就需要額外的面積來實現,面積小了存不了太多電子voltage-domain同理,也需要集成pixel內的電容存儲模擬電壓信號,很佔面積,給個量級,單位面積電容幾fF/um2,面積太小熱噪聲(KTC noise)就太大了所以一般global shutter的pixel尺寸相對大一點

什麼是shutter?

快門是照相機用來控制感光片有效曝光時間的機構。是照相機的一個重要組成部分,它的結構、形式及功能是衡量照相機檔次的一個重要因素。一般而言快門的時間範圍越大越好。秒數低適合拍運動中的物體,某款相機就強調快門最快能到1/16000秒,可輕鬆抓住急速移動的目標。不過當你要拍的是夜晚的車水馬龍,快門時間就要拉長,常見照片中絲絹般的水流效果也要用慢速快門才能拍出來。

Global shutter 曝光時間更短,但會增加RMS 讀出噪聲;

對於相機廠家,Rolling shutter可以達到更高的幀速,但當曝光不當或物體移動較快時,會出現部分曝光(partial exposure)、斜坡圖形(skew)、晃動(wobble) 等現象。

曝光時間短的應用(如<500μs)適合Global shutter,曝光時間長(如大於500μs)時,選擇rolling shutter可以有更低的噪聲和幀速。

什麼是global shutter?

通過整幅場景在同一時間曝光實現的。Sensor所有像素點同時收集光線,同時曝光。即在曝光開始的時候,Sensor開始收集光線;在曝光結束的時候,光線收集電路被切斷。然後Sensor值讀出即爲一幅照片。CCD就是Global shutter工作方式。所有像元同時曝光。

什麼是rolling shutter?

與Global shutter不同,它是通過Sensor逐行曝光的方式實現的。在曝光開始的時候,Sensor逐行掃描逐行進行曝光,直至所有像素點都被曝光。當然,所有的動作在極短的時間內完成。不同行像元的曝光時間不同。

部分曝光現象(partial exposure)

斜坡現象(skew)

晃動現象(wobble)

晃動的機理與斜坡相同,只是更爲複雜,往往與相機的不穩定有關。

如果被拍攝物體相對於相機高速運動時。用Global shutter方式拍攝,假如曝光時間過長,照片會產生像糊現象。而用Rolling shutter方式拍攝,逐行掃描速度不夠,拍攝結果就可能出現“傾斜”、“搖擺不定”或“部分曝光”等任一種情況。這種Rolling shutter方式拍攝出現的現象,就定義爲果凍效應。

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