Калькулятор фокусного расстояния и принцип работы встраиваемых камер
Калькулятор фокусного расстояния
Подберите фокусное расстояние нужного объектива.
Поля калькулятора:
- Угол обзора по горизонтали (градусы)
- Ширина сенсора (мм)
- Требуемое фокусное расстояние для этого сенсора (мм)
Как формируется изображение
Объект видно потому, что он отражает свет от источника (лампы или солнца) или сам излучает свет. Объектив камеры передаёт свет от объекта на сенсор, и тот формирует изображение.
Круг изображения
Свет, падающий на сенсор, образует световой круг — его называют кругом изображения. Обычно круг изображения должен быть достаточно большим, чтобы осветить весь сенсор, иначе по краям кадра будут тёмные области. Но для некоторых объективов «рыбий глаз», наоборот, нужно, чтобы весь круг изображения помещался в кадре сенсора — тогда не теряется ни одна деталь полусферы 180°.
Формат сенсора и оптический формат объектива
Формат сенсора — это размер и соотношение сторон сенсора, обычно в виде дроби: 1/4", 1/3", 1/2.5". У сенсора 1/4" диагональ 4,5 мм (1/4 от 18 мм) и соотношение сторон 4:3. Оптический формат объектива описывает его круг изображения похожей величиной, но формат сенсора измеряют по диагонали, а оптический формат объектива — это диаметр круга изображения. Поэтому если оптический формат объектива равен формату сенсора, круга изображения как раз хватает для хорошей картинки без тёмных недоэкспонированных пикселей по углам.
Фокусное расстояние объектива и как его измеряют
Фокусное расстояние показывает способность объектива собирать свет. Это расстояние от центра объектива до фокальной точки. Чем оно короче, тем сильнее объектив преломляет свет и тем шире поле, которое он умещает в круг изображения. Объективы M12 состоят из нескольких стеклянных (или пластиковых) линз, поэтому для описания этой способности используют термин «эффективное фокусное расстояние» (EFL).
Угол обзора
Угол обзора (FoV) обычно описывает поле, которое захватывает сенсор. Размер этого поля непостоянен: чем дальше сцена, тем больше поле. Поэтому FoV выражают углом: чем он больше, тем шире обзор. Объектив формирует круглое изображение, а сенсор захватывает прямоугольный участок, поэтому собственный угол обзора объектива отличается от поля, которое видит сенсор. Чаще всего сенсор вырезает прямоугольник внутри круга изображения. У объектива «рыбий глаз» круг изображения целиком помещается в прямоугольник, и сенсор захватывает всё поле.
Как оптический формат объектива и формат сенсора влияют на угол обзора
Оптический формат объектива задаёт размер круга изображения, в который умещается всё поле, а формат сенсора — прямоугольную область, которая этот круг захватывает. В большинстве камер прямоугольник сенсора вырезает участок внутри круга изображения.
В идеале оптический формат объектива равен формату сенсора: диагональ сенсора равна диаметру круга изображения, и угол обзора сенсора по диагонали (DFoV) совпадает с собственным углом обзора объектива.
Нередко оптический формат объектива больше формата сенсора. Тогда поле за пределами прямоугольника сенсора теряется, и угол обзора получается меньше. При одинаковом оптическом формате объектива чем меньше сенсор, тем уже угол обзора. Если же оптический формат меньше формата сенсора, по краям кадра остаются тёмные неэкспонированные области, зато так можно захватить всё поле объектива «рыбий глаз».
Почему фокусное расстояние важно и как оно влияет на изображение
Чтобы получить на встраиваемой камере удачный кадр, главное — подобрать подходящий угол обзора (FoV). Угол обзора сильно зависит от фокусного расстояния объектива: сенсор захватывает то поле, которое объектив уместил в круг изображения. Чем короче фокусное расстояние, тем большее поле объектив умещает в круг изображения на заданной дистанции. Фокусное расстояние характеризует способность собирать свет, поэтому объективы с одинаковым фокусным расстоянием преломляют свет похоже и на сенсоре одного формата дают близкий угол обзора.
Как рассчитать фокусное расстояние камеры
Фокусное расстояние камеры — это расстояние от центра объектива до фокальных точек. Чем ближе фокальные точки к центру объектива, тем больше его оптическая сила, то есть способность собирать свет. Чем больше оптическая сила, тем шире поле: между углом обзора и фокусным расстоянием есть однозначная связь. Свет от сцены попадает на сенсор по одним и тем же законам, поэтому треугольники, которые образуют лучи на входе в объектив и на выходе из него, подобны. Значит, фокусное расстояние можно рассчитать по примерному размеру поля и расстоянию до него.
Как увеличить или уменьшить фокусное расстояние
Производитель объективов меняет фокусное расстояние, проектируя линзы с поверхностями разной кривизны. Остальным изменить фокусное расстояние напрямую не удастся: характеристики готовой линзы неизменны. Но эффективное фокусное расстояние оптической системы всё же можно изменить двумя способами.
Первый способ простой — заменить объектив на другой, с иным фокусным расстоянием. Чтобы упростить оптические испытания, Arducam выпускает наборы объективов с разным фокусным расстоянием в компактной коробке.
Второй способ — вариообъектив. На заданном сенсоре увеличить или уменьшить фокусное расстояние — значит приблизить или отдалить изображение. В отличие от объективов с постоянным фокусным расстоянием (фиксов), в вариообъективе есть подвижные линзы: они сдвигаются ближе или дальше друг от друга и меняют эффективное фокусное расстояние.
Для таких задач Arducam выпускает поворотные камеры PTZ и камеры UVC с вариофокальным объективом.
