图像基础知识

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光的色彩

光谱

光谱的横坐标为光的波长,纵坐标为光的强度。

色彩感知

人们对红,绿,蓝这三种波长的光最敏感,各种颜色对锥细胞的刺激的强弱被大脑解读,从而形成了我们队不同色彩的感知。

色彩量化

根据格拉斯曼定律,人眼对不同颜色的光混合的反应是线性的。(这一定律为实验规律,没有物理和生物学基础)

光谱与颜色

物体把来自光源的光吸收一部分,并反射其余的光,当反射光被眼睛接受,对视锥细胞的刺激有大脑分析后就形成了我们对物体的颜色认知。 当光源(入射光光谱)发生变化时,物体的颜色也会改变。

色温

光源的色温是理想的黑体辐射温度,这个黑体辐射的光的颜色和光源的颜色相当。 色温是可见光的特征,仅对于某些黑体辐射对应的光源有意义,即从红色到橙色到黄色到蓝色到蓝白色范围内的光,绿色或者紫色光没有意义。色温用K表示。

显色指数(CRI)

显色指数(CRI)是某种光源和理想或自然光源相比,能忠实的显示各种物体颜色的能力的定量测试。

镜头

焦距(Focal Length)和FOV

焦距是透镜中心到光聚焦的焦点的距离。对于由透镜组构成的系统,焦距通常以EFL(Effective Focal Length)来表示,而前焦长FFL值系统前方焦点至第一个光学表面顶点的距离,后焦长BFL是系统最后一个光学表面顶点至后方焦点的距离。焦距用来描述光学系统聚焦光的能力,和计算系统放大率M。

光圈(Aperture or F-Number)

光圈是指镜头的孔径,可以被打开或者关闭以控制进光量。光圈通常以f-number来指定,即焦距与有效光圈直径的比值。较低的f值表示较大的孔径开口,允许更多的光到达传感器。增加或减少一档光圈指的是√2的变化,对应于光强的2倍变化。

景深(DOF)

景深是指对焦点前后相对清晰的成像距离范围。当镜头准确聚焦一个点光源时,这个点光源在像平面也是一个点,而这个点前后的点光源在平面上成像为圆斑,偏离对焦位置越多,这个圆斑也就越模糊。这个圆斑就是弥散圆,这是一个相对的标准。 景深公式为:DOF≈(2u^2 NC)/f^2 , u为物距,N为f-number,C是弥散圆直径,f是镜头焦距。

分辨率与对比度

分辨率描述镜头能够重现的细节多少,而对比度描述了细节的质量。 MTF(Modulation Transfer Function)量化了镜头对不同黑白间隔频率线的保持程度。MTF=1.0表示完美的对比度保持,而小于1意味着对比度随着线对频率慢慢降低,直到MTF=0(衍射极限)。

衍射

衍射与干涉相同,都是光波的叠加现象。通过双缝(多缝)的被称为干涉过程,通过单缝的被称为衍射。显然镜头光圈为一个单缝现象,所以我们只考虑衍射。

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对于理想的圆形光圈,二维衍射图案被称为Airy Disk,disk的宽度(第一个黑色圆的直径)用来定义光学系统的理论最大分辨率。

因此,衍射极限与像素数量或大小无关,仅取决于镜头f-number和成像光波长,可被认为是最小的理论像素。当这个理论像素大于物理像素时,图像分辨率开始受到影响。

IR-Cut

IR-Cut是一块放置在sensor前的光学滤镜,用来吸收或者反射非可见光波段的光。