工業相機的靶面(Sensor Format 或 Image Sensor Size)指的是相機內部圖像傳感器(CMOS 或CCD)感光區域的物理尺寸。它是工業相機的一個核心參數,直接影響成像系統的視野、分辨率匹配、鏡頭選擇等多個關鍵方面。
簡單理解:就像傳統膠卷相機的“底片”大小一樣,靶面就是數字相機的“電子底片”的實際大小。
如何計算靶面尺寸?(靶面尺寸通常用以下方式表示和計算:)
直接尺寸(單位:mm):
1.這是最直接和精確的方式,通常表示為 寬度(W) x 高度(H),單位是毫米(mm)。
2.計算原理:
靶面尺寸 = 單個像素尺寸(Pixel Size)x 該方向上的有效像素數(Number of Active Pixels)
寬度(W) = 像素寬度 (μm) * 水平有效像素數 (H_pixels) / 1000 (將μm轉換為mm)
高度(H) = 像素高度 (μm) * 垂直有效像素數 (V_pixels) / 1000
3.舉例:一個相機像素尺寸是 3.45μm x3.45μm,分辨率是 2448 x 2048。
寬度W = 3.45 μm * 2448 / 1000 = 8.4456 mm ≈ 8.45 mm
高度 H = 3.45 μm * 2048 / 1000 = 7.0656 mm ≈ 7.07 mm
視野(FoV):
1.這是最直接、最重要的影響。在相同的工作距離(WD)和 鏡頭焦距(f) 下,靶面越大,能看到的視野范圍(FoV)就越寬。
2.公式: FoV (W or H) = Sensor Size (W or H) * WD / f
3.例如,在相同距離和焦距下,1"靶面相機看到的視野比 1/2.5" 靶面相機大得多。
鏡頭的匹配(兼容性):
1.鏡頭像場(ImageCircle): 鏡頭設計時能清晰成像的最大圓形區域直徑。鏡頭的像場直徑必須大于或等于相機靶面的對角線長度,否則圖像邊緣會出現嚴重的暗角(Vignetting)和分辨率下降。
2.選型原則:選擇的鏡頭必須標明其支持的最大傳感器格式(例如,“Designed for 1" sensor", "Compatible up to 2/3" sensor"),且這個值應大于或等于你相機的靶面尺寸(光學格式或實際對角線)。給大靶面相機配小像場鏡頭會導致邊緣成像差。
分辨率與像素密度的權衡:
1.在相同的像素分辨率(如 500萬像素) 下:
靶面越大,單個像素尺寸通常也越大(或者可以做得更大)。
靶面越小,單個像素尺寸通常越小(或者必須做得很小才能達到高分辨率)。
2.影響:
大靶面+大像素: 通常具有更好的低照度性能(感光能力更強)和動態范圍,噪點控制可能更好。但相機體積和成本可能更高。
小靶面+小像素: 可以在更小的物理空間內實現高分辨率,相機更緊湊、成本可能更低。但對鏡頭分辨率(MTF)要求極高,低照度性能和動態范圍可能受限,更容易出現噪點。
景深(Depth of Field - DoF):
1.在相同光圈值(f/#)和相同視野(FoV) 下(這意味著需要更換不同焦距的鏡頭來保證FoV相同):
使用大靶面相機通常需要搭配更長焦距的鏡頭來獲得與小靶面相機相同的視野。
景深與焦距平方成反比。 因此,使用更長焦距鏡頭的大靶面相機,在相同光圈和相同FoV下,其景深會更淺(背景虛化更明顯)。
2.如果保持相同焦距和光圈,那么大靶面相機視野更大,但其景深與小靶面相機在相同焦距光圈下(視野更小)的景深理論上是相同的。但實際應用中,為了獲得特定視野,靶面大小直接影響所需鏡頭焦距,從而間接影響景深。
對鏡頭分辨率的要求:
1.為了充分利用相機傳感器的分辨率,鏡頭在對應的空間頻率(由像素尺寸決定)下的調制傳遞函數(MTF)必須足夠高。像素尺寸越小(意味著要達到高分辨率,靶面可以小也可以大,但像素密度高),對鏡頭的分辨率要求就越苛刻。小靶面高分辨率相機需要非常銳利的鏡頭。
簡單理解:就像傳統膠卷相機的“底片”大小一樣,靶面就是數字相機的“電子底片”的實際大小。
如何計算靶面尺寸?(靶面尺寸通常用以下方式表示和計算:)
直接尺寸(單位:mm):
1.這是最直接和精確的方式,通常表示為 寬度(W) x 高度(H),單位是毫米(mm)。
2.計算原理:
靶面尺寸 = 單個像素尺寸(Pixel Size)x 該方向上的有效像素數(Number of Active Pixels)
寬度(W) = 像素寬度 (μm) * 水平有效像素數 (H_pixels) / 1000 (將μm轉換為mm)
高度(H) = 像素高度 (μm) * 垂直有效像素數 (V_pixels) / 1000
3.舉例:一個相機像素尺寸是 3.45μm x3.45μm,分辨率是 2448 x 2048。
寬度W = 3.45 μm * 2448 / 1000 = 8.4456 mm ≈ 8.45 mm
高度 H = 3.45 μm * 2048 / 1000 = 7.0656 mm ≈ 7.07 mm
因此該相機的靶面尺寸約為 8.45mm x 7.07mm。
光學格式(單位:英寸 - "):
1.這是歷史沿襲下來的表示法(源自早期的攝像管),用英寸表示,并帶有引號(如1/1.8", 1/2.5", 1", 2/3" 等)。
2.關鍵點: 這個英寸數并不是傳感器的實際對角線長度!它是一個“光學格式”代號。實際對角線長度大約是標稱值的 2/3。
3.計算實際對角線尺寸(近似):
實際對角線長度(mm) ≈ 光學格式標稱值 (英寸) * 16 mm
為什么是16? 這是歷史約定俗成的轉換系數(1英寸光學格式對應的實際對角線約為16mm)。
4.舉例:
標稱1" 靶面:實際對角線 ≈ 1 * 16mm = 16mm
標稱2/3" 靶面:實際對角線 ≈ (2/3) * 16mm ≈ 10.67mm
標稱1/1.8" 靶面:實際對角線 ≈ (1/1.8) * 16mm ≈ 8.89mm
5.注意: 不同制造商、不同時期對同一標稱格式(如1/1.8")的傳感器,其精確尺寸可能略有差異。
對角線長度(單位:mm):
1.有時也會直接給出傳感器的對角線長度(mm)。知道對角線長度和寬高比(通常為4:3, 3:2 或 1:1),可以推算出寬度和高度
視野(FoV):
1.這是最直接、最重要的影響。在相同的工作距離(WD)和 鏡頭焦距(f) 下,靶面越大,能看到的視野范圍(FoV)就越寬。
2.公式: FoV (W or H) = Sensor Size (W or H) * WD / f
3.例如,在相同距離和焦距下,1"靶面相機看到的視野比 1/2.5" 靶面相機大得多。
鏡頭的匹配(兼容性):
1.鏡頭像場(ImageCircle): 鏡頭設計時能清晰成像的最大圓形區域直徑。鏡頭的像場直徑必須大于或等于相機靶面的對角線長度,否則圖像邊緣會出現嚴重的暗角(Vignetting)和分辨率下降。
2.選型原則:選擇的鏡頭必須標明其支持的最大傳感器格式(例如,“Designed for 1" sensor", "Compatible up to 2/3" sensor"),且這個值應大于或等于你相機的靶面尺寸(光學格式或實際對角線)。給大靶面相機配小像場鏡頭會導致邊緣成像差。
分辨率與像素密度的權衡:
1.在相同的像素分辨率(如 500萬像素) 下:
靶面越大,單個像素尺寸通常也越大(或者可以做得更大)。
靶面越小,單個像素尺寸通常越小(或者必須做得很小才能達到高分辨率)。
2.影響:
大靶面+大像素: 通常具有更好的低照度性能(感光能力更強)和動態范圍,噪點控制可能更好。但相機體積和成本可能更高。
小靶面+小像素: 可以在更小的物理空間內實現高分辨率,相機更緊湊、成本可能更低。但對鏡頭分辨率(MTF)要求極高,低照度性能和動態范圍可能受限,更容易出現噪點。
景深(Depth of Field - DoF):
1.在相同光圈值(f/#)和相同視野(FoV) 下(這意味著需要更換不同焦距的鏡頭來保證FoV相同):
使用大靶面相機通常需要搭配更長焦距的鏡頭來獲得與小靶面相機相同的視野。
景深與焦距平方成反比。 因此,使用更長焦距鏡頭的大靶面相機,在相同光圈和相同FoV下,其景深會更淺(背景虛化更明顯)。
2.如果保持相同焦距和光圈,那么大靶面相機視野更大,但其景深與小靶面相機在相同焦距光圈下(視野更小)的景深理論上是相同的。但實際應用中,為了獲得特定視野,靶面大小直接影響所需鏡頭焦距,從而間接影響景深。
對鏡頭分辨率的要求:
1.為了充分利用相機傳感器的分辨率,鏡頭在對應的空間頻率(由像素尺寸決定)下的調制傳遞函數(MTF)必須足夠高。像素尺寸越小(意味著要達到高分辨率,靶面可以小也可以大,但像素密度高),對鏡頭的分辨率要求就越苛刻。小靶面高分辨率相機需要非常銳利的鏡頭。

