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镜头焦距与视场角计算方法

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  • TA的每日心情
    奋斗
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    [LV.4]偶尔看看III

    发表于 2015-9-24 15:46:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
      视场和焦距的计算视场系指被摄取物体的大小,视场的大小是以镜头至被摄取物体距离,镜头焦头及所要求的成像大小确定的。. `; i* Q' I9 h* D2 G
    镜头的焦距,视场大小及镜头到被摄取物体的距离的计算如下:

        f=wL/W 
    7 X4 Z6 I; m# q+ I& {! l    f=hL/H
    2 L/ z# @- B( T! Z) i8 M: m8 ~
       f:镜头焦距
    ! M% f% d3 c7 `( P   w:图象的宽度(被摄物体在CCD靶面上成象宽度)
    * f; _0 Y; _7 j0 V   W:被摄物体宽度" V7 t% l0 I6 q$ y! j3 k
       L:被摄物体至镜头的距离$ z5 i) ~  `0 C; g5 l
       h:图象高度(被摄物体在CCD靶面上成像高度)视场(摄取场景)高度
    # d6 n9 ^. O3 \4 ^: @+ ~   H:被摄物体的高度
    3 Y: P) o, R( M
    ( N* Z" H3 b- r1 B* f
    " |) G3 r" d: V' [3 w5 G  t
            在CCD出现之前,摄像机是利用一种叫作“光导摄像管(VidiconTube)”的成像器件感光成像的,这是一种特殊设计的电子管,其直径的大小,决定了其成像面积的大小。因此,人们就用光导摄像管的直径尺寸来表示不同感光面积的产品型号。CCD出现之后,最早.被大量应用在摄像机上,也就自然而然沿用了光导摄像管的尺寸表示方法,进而扩展到所有类型的图像传感器的尺$ W: s6 D6 ?# m' q! w% H
    寸表示方法上。0 `8 |2 t, u+ n% [  H9 s: R: s
            例如,型号为“1/1.8”的CCD或CMOS,就表示其成像面积与一根直径为1/1.8英寸的光导摄像管的成像靶面面积近似。光导摄像管的直径与CCD/CMOS成像靶面面积之间没有固定的换算公式,从实际情况来说,CCD/CMOS成像靶面的对角线长度大约相当于光导摄像管直径长度的2/3.5 j" G0 B# _- P; J4 |* `
            如下图所示,白圈表示光导摄像管成像区域,绿色部分表示CCD/CMOS靶面区域:
    1 x/ ?5 n; I3 Q- S1 [2 N, u- Z8 L9 E& V7 d
     CCD/CMOS靶面规格尺寸:  单位mm( G- B( A, N+ ~1 N& A
    规格
    & q' y6 k6 C0 k$ G. k
    W% A6 Z" |8 g/ C' j3 [. r1 O9 @
    H% j9 t/ N0 c! O( k+ k# ~, T3 M
    1/4 "
    % _/ Z9 X# s) w& t/ G/ f* y& _! A- M
    3.21 l" c2 |2 X, j+ v' Y! g0 E4 {
    2.4
    7 y+ E0 l3 g5 m" l" {( V& k2 ?
    1/3 "
    $ O) p* L3 I$ ?) D) H
    4.8
    % U  |# B3 M9 M& w
    3.6
    ) f' N; j$ Y2 L$ r( ]/ H* C6 i
    1/2 "
    ) K7 {4 J, z( p  ?9 j
    6.4( e/ ]+ p! k$ d/ f- _
    4.8* i6 H- F  s! m1 |% F( X" p7 p# U
    2/3 "5 y" ]$ L) q2 ]# l' O" L
    8.82 L( V) B. p8 }0 y9 r: X
    6.6% Y. i8 W: D. E
    1 "' {) K2 w( m! v
    12.7
    / l0 K7 A' D8 d, j6 ?6 k% ^
    9.6
    + ^3 U: t7 ]6 G3 T, L
    ( g: X, q0 S& H3 \+ ?  o2 L5 ]
    % ^- J+ W4 |- D" i( y
      
    3 k1 L% A- x( l6 a# K' c2 e0 o; b" B; x
             由于摄像机画面宽度和高度与电视接收机画面宽度和高度一样,其比例均为4:3,当L不变,H或W增大时,f变小,当H或W不变,L增大时,f增大。2 T( Y' r+ J/ z7 I( f

    0 ~# x/ g; G) ~. n" F5 G: a/ j/ r
    4 F4 |, b5 B# B9 L. [; l. d% X5 G; J6 Y5 Q3 e0 I
    视场角的计算:
      ^1 f4 @# ]; \
    如果知道了水平或垂直视场角便可按公式计算出现场宽度和高度。
    ; L  c* j4 v# b- b( p
      水平视场角β(水平观看的角度)
    , s& u2 H7 p. h9 f: T  o3 k
      β=2tg-1= 垂直视场角q(垂直观看的角度)
    ! d' G# v9 J6 E6 }
      q=2tg-1
    1 D$ j4 I; N9 v, t4 w
      式中w、H、f同上* K% ~: H& K: ~# d
    水平视场角与垂直视场角的关系如下:$ e  W% d  a# H- S# y  i" u
      q=或=q镜头角度表中列出了不同尺寸摄像层和不同焦距f时的水平视场角b的值,如果知道了水平或垂直场角便可按下式计算出视场角便可按下式计算出视场高度H和视场宽度W* \) _0 o; |  n
      H=2Ltg、W=2Ltg
    . ]4 f. O! p, p8 ?& O
      例如;摄像机的摄像管为17mm(2/3in),镜头焦距f为12mm,从查得水平视场角为40°而镜头与被摄取物体的距离为2m,试求视场的宽度w。
    ( i" x1 ]# ]1 L8 I- |' I& c
       W=2Ltg=2×2tg=1.46m 则H=W=×1.46=1.059m. U$ E" H. `; R! F' i
    焦距f越和长,视场角越小,监视的目标也就小。
    0 f8 W+ E' {+ c( G  m* g8 B 1.jpg & ^: h2 v$ M3 I3 m: B

    8 Y3 R0 }% ?- t! L! i/ _! H
    ' e6 b/ u/ a" t; |5 `3 d      如前所示,摄像机镜头的视场由宽(W)、高(H)和与摄像机的距离(L)决定,一旦决定了摄像机要监视的景物,正确地选择镜头的焦距就由来3个因素决定; # f9 y% a# f0 K, f4 I; N
    ! }1 q1 O  ]' E, J
    *.欲监视景物的尺寸 *.摄像机与景物的距离 *.摄像机成像器的尺士:1/3"、1/2"、2/3"或1"。, ?3 z8 P, R. m* B1 x
      图解选择镜头步骤: 所需的视场与镜头的焦距有一个简单的关系。利用这个关系可选择适当的镜头。 估计或实测视场的最大宽度;估计或实测量摄像机与被摄景物间的距离。具体方法:在以W和L为座标轴的图示2-5中,查出应选用的镜头焦距。为确保景物完全包含在视场之中,应选用座标交点上,面那条线指示的数值。
    4 |9 G' t# Q) k0 p6 k. X: |% @. [- n6 V, R% N2 v
      例如: 视场宽50m,距离40m,使用1/3"格式的镜头,在座标图中的交点比代表4mm镜头的线偏上一点。这表明如果使用4mm镜头就不能覆盖50m的视场。而用2.8mm的镜头则可以完全覆盖视场。+ c; F; I4 q/ D1 l
      f=vD/V4 t) P! s9 z& f/ M2 e. g' u
      f=hD/H
    , b7 \! g7 a, `. z" W
    ( s+ G% Y* Z2 ?, h/ `* g' }, g1 p
      其中,f代表焦距,v代表CCD靶面垂直高度,V代表被观测物体高度,h代表CCD靶面水平宽度,H代表被观测物体宽度。
    0 o/ l7 J: m$ ~6 a* f( r. {0 p; J: m  J( f  ~& M
    举例:假设用1/2"CCD摄像头观测,被测物体宽440毫米,高330毫米,镜头焦点距物体2500毫米。由公式可以算出:0 t! C0 W5 H5 k* {$ N  L
       焦距f=6.4X2500/440≈36毫米 或
    . E  n( D# o+ ~1 K0 a0 c4 Y
       焦距f=4.8X2500/330≈36毫米
    # n6 F% I1 R6 ^" x
      当焦距数值算出后,如果没有对应焦距的镜头是很正常的,这时可以根据产品目录选择相近的型号,一般选择比计算值小的,这样视角还会大一些。. _; Q' R; L/ j

    & E1 A3 D' [. p8 C3 i
    ' _* _6 m9 c0 S. A( X5 r* n  常用摄像机镜头的角度: % ?7 N5 P' K3 \8 G9 F, H0 |" _
    简单的说,摄像机的镜头数值越大,看得越远、越窄;摄像机镜头的数值越小,看得越近、越宽。
    5 o1 ]% z6 }0 U5 A9 B& P/ @1 p* D& ]
    镜头焦距(mm), c% b9 C3 A. L! N9 {2 s/ [! o/ s
    1/3"芯片左右
    / [6 O( y5 V' ]
    拍摄角度
    2 D6 y  Z3 N8 ^! C2 S. S" p
    1/3"芯片上下
    - O& @0 m" r8 K/ p$ {
    拍摄角度- U2 ?4 H3 w6 p7 t6 c2 U
    1/4"芯片左右
    . q3 K9 }' k5 d' |, Y
    拍摄角度6 H2 o# j7 M( I& r
    1/4"芯片上下
    + x% W, Q. f4 ]6 ]* `) _
    拍摄角度
    : ?7 e4 w6 P5 G- T4 E& s$ @" v
    2.5mm
    % {$ Q( b0 d( U( F; o
    96.4°- R3 i" W2 n& s5 h
    86.2 °/ K4 U/ V. k+ G5 W% H# w5 `% K
    81.9°2 |4 d; Z7 w8 g( \( g* z
    72.9°$ p& b: N8 Q& Y
    2.8mm+ O$ N! V. R2 A; \! ~9 [: T" ]4 a# x
    89.9°4 _9 w% s% Y# Y. g3 b
    79.8°
    5 E3 m4 n, R  Y: M) e( c. _- x
    75.6°
    7 Q3 u. u  I3 B1 c; Q- l
    66.8°, L! X1 I# O6 E
    3.6mm. Z( e1 q+ W8 w1 J, G' k8 K. b
    75.7°8 w. v+ h, o. D3 L, ]% u
    66°) v2 |5 h. P( O; W% ~% r* v
    62.2°
    # z5 v) L7 Y3 v6 T
    54.3°" x3 ~' K/ ?$ C5 @" c- O2 P
    4mm
    # ^* [- Y; X4 p& |, v+ Y" e& i
    69.9°
    ' S" }! H$ U4 e: A  D
    60.7°' ]/ x4 _1 C! h# _: w
    57°+ `  ?) Q0 l- p# a$ }
    49.5°7 o$ q: T. U$ c" P; K+ x* ]2 Z
    6mm
    9 n9 S' V$ I/ b4 p
    50°
    ( [' G$ N" N8 h+ x0 t
    42.6°
    ! G" K/ {/ L' K" Y0 c& z
    39.8°
    & P5 O( D0 S; a: V5 O' ~& f
    34.2°/ p2 [! G: J5 a9 k# D
    8mm9 P! X: ^; U3 k: Y
    38.5°
    . _& b( f. H$ E
    32.6°. F, b  W3 }' V* G2 [, N& O' D; G0 ^
    30.4°& T4 H" @8 O% L- k8 b: B" X2 k
    26°
    $ s$ n  @, N" ]" s! b3 k
    12mm
    9 Y' i: e  q6 G8 q( T6 X7 {* i
    26.2°
    , M# ?4 P/ J0 U. {! Z
    22.1°
    ; ?6 K6 L) Z# Z0 w7 Z
    20.5°
    8 C! |- B, G' H, V# \& q
    17.5°% i& A. V, Q& S5 X9 m( Z
    16mm
    * x! G" V4 ?& j- j
    19.8°
    $ Q! x1 ]: ?6 F1 E, c+ @# v
    16.6°: Z$ h5 `3 D, P- ~0 a+ `
    15.4°
    6 F- v6 U  @2 n4 m
    13.2°/ y) F1 T) D& X. g  x
    30mm3 h( V2 M4 y6 l7 t- t
    10.6°
    4 E* k. L% a" T
    8.9°  _. P% X' T) J: C, x* k  }
    8.3°* `" j6 K% q8 _& Z

    7 e3 o$ ]2 r8 H( `+ _# D
    60mm' w) }) ]# l$ G/ ]; F
    5.3°
    2 |  l  q# c' A4 R5 d
    4.5°
    # z9 P; Y1 f( s  N8 t$ s
    4.1°" o1 Y! J9 a7 @
    3.5°" ~5 X% ?3 s% s* I9 u8 L7 d6 ~2 A
    100mm
    9 I! V( ?& Z9 E2 \/ L: i
    3.2°
    0 \! v/ z& c, r( k8 K: q2 J
    2.7°$ h" ?3 _: B9 p4 ~4 a7 |! {
    2.5°( E, G& E. d7 t$ J' D, e
    2.1°
    6 p: f  Z1 J/ h5 r
    200mm
    # |$ A* w/ @1 w
    1.6°
    ; l! X( ], D0 M& f
    1.3°) S8 d. S6 p/ \8 A/ H- C, G7 m9 ?
    1.2°' x# {8 m: l, N4 {! ?3 C- e
    1.1°  {. a. O4 W& d! b
    常用摄像机镜头的广角范围:
    + A6 G$ D4 j: ~% `  T
    焦距. I6 t; r; y2 h$ B# Z* N3 E* J$ ^) L
    规格+ l6 Y0 V9 K0 ~' e6 T1 E$ f  F  r1 O
    角度7 ]. _( _' I: Y
    2.1 mm小镜头( v8 b! U) }: m$ ~
    1/3
    4 _! Y4 b2 W2 }* Q4 ~
    150°, P" \/ B7 r& b. d/ @
    2.5 mm小镜头% e& P4 O; y) c+ E
    1/3/ _* R0 d0 N7 {0 L0 N
    130°" m& D/ a' ]5 C# P  K
    2.8 mm小镜头
    ( Y) f$ u! j1 Y2 ^* l, ]" ?# x
    1/3
    * r5 K- V8 u% Z. _( ~# E8 f
    115°. R% @" g, ~7 W  {2 M& t# D
    2.8 mm固定光圈7 E0 L6 ]8 x& \" z: b
    1/3# S( B6 i- C" ~& i
    115°
    8 z; v  r. Z" N8 u
    2.8 mm, W( @8 T; a$ W( M2 H
    1/32 X' g" M$ s( W5 \  U$ ^. ~* h
    96°
    * k6 [4 N" `8 v# V; ]; Q# o: t
    4 mm1 X1 x; @  H0 F! h1 e8 W+ t
    1/3& P- R8 f5 h* U& z  r1 Q
    78°
    - C; O4 D" j+ w: f
    6 mm+ u) a! j7 x$ f% N7 ~2 r: M
    1/3
    ( h3 U" W) Z4 `
    53°4 f/ Z1 q( f7 I( N( z+ |; _
    8 mm
    & o6 `2 k& c5 I9 E* i
    1/3
    ! D6 \& a! J% Z
    40°
    : c  E* s- j! o8 D' v+ r" U% {: F
    12 mm1 n! \1 \# w% S3 \! ^! O6 e
    1/3+ W8 P. }7 e* I/ c0 q
    23°
    6 n2 M8 L9 [, Q9 A7 }! z7 Q/ v( V1 U
    16 mm' p: b  Z9 A4 l
    1/3
    0 P( j; g, {& C& }
    17°
    9 [) W  W, {5 s; O
    3.5-8 mm
    ) X$ j6 ~; ?& r8 Y& R$ ^% l& \' g
    1/37 `0 b8 U1 H( n8 A& P
    96°- 45°8 t! R' M) @; g( }7 N
    6-15 mm' l* A8 l) Q! w$ E- B
    1/3  z, G6 o( q) s7 N6 [8 w
    54°- 23°+ _( k# g: k6 w. v+ U+ u
    6-36mm 电动变倍镜头# ^* t( z. M6 s$ I# Z
    1/3
    0 N, Z5 e7 l5 K, y- t! ]: j1 d
    51°- 9°$ F$ [. ]1 Q6 L* M& G
    8.5-51mm 电动变倍镜头: f2 c% H: K0 {- D
    1/3
    3 r6 j, b5 U( H6 W" w6 a7 u
    57°- 10°1 e4 p5 R9 L9 W9 t
    6-60mm 电动变倍镜头
    " `3 e# M* |3 g' Z( g6 E+ w
    1/3/ g9 h( @, |- R( m5 {+ y/ m
    52°- 6°1 r0 W0 L$ M4 M" J/ q

    7 ~' `# ]1 x' p0 z" \. Z/ j8 N, x8 ]( p' O/ F8 Z9 V0 {' K

    ; A7 m" \! P7 b" P/ W/ o' \  E
    是镜头的常规参数有效拍摄距离仅供参考,希望能帮到你        5 P3 v' Z* T" A4 }
        F=2.8mm,拍摄距离为1~4米,拍摄角度为115°     3 w3 h/ M- k/ Y" b7 U
        F=3.6mm      拍摄距离为2~6米拍摄角度93°% q" x* a! X/ |" {4 |9 G
             F=6mm        拍摄距离为3~15米 拍摄角度为53°
    , z' j7 I# h8 q" q
             F=8mm        拍摄距离为4~20米 拍摄角度为40°
    " Y+ L" P' o3 l0 h7 Q
             F=12mm       拍摄距离为5~25米 拍摄角度为25°( |* x. s6 X$ g  I" L, K
             F=16mm       拍摄距离为5~30米 拍摄角度为20°! o, X% n) q5 N  n4 {+ y
             F=25mm       拍摄距离为20~80米拍摄角度为15°
    3 A) h& ]$ O1 a
      k0 c1 v% L9 N# H8 h) e- u; l( P, x& O1 i  J

    该用户从未签到

    发表于 2015-9-24 21:43:21 | 显示全部楼层
    不错,了解了不少东西
  • TA的每日心情
    无聊
    1 小时前
  • 签到天数: 87 天

    [LV.6]常住居民II

    发表于 2015-9-30 12:12:01 | 显示全部楼层
    很好的解释了 我的疑惑 赞一个

    该用户从未签到

    发表于 2015-10-1 09:11:52 | 显示全部楼层
    太棒的資訊了

    该用户从未签到

    发表于 2015-10-5 16:15:02 | 显示全部楼层
  • TA的每日心情
    无聊
    1 小时前
  • 签到天数: 87 天

    [LV.6]常住居民II

    发表于 2015-10-12 09:27:12 | 显示全部楼层
    琢磨了半天 终于懂了!!!

    该用户从未签到

    发表于 2017-6-23 14:24:14 | 显示全部楼层
    点赞,谢谢!
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