camera基础概念之等效焦距 视场角的计算
camera基础概念
- 镜头光圈、焦距、拍摄距离与景深关系
- 等效焦距
- Q1:35mm等效胶片焦距的含义是什么？
- Q2:等效焦距和焦距有什么不同？
- Q3:传统相机和手机sensor的等效焦距计算公式
- Q4:pixel size与sensor size
- Q5:等效焦距和视场角的换算关系
- Q6:手机camera倍率换算
镜头光圈、焦距、拍摄距离与景深关系
参考文章：大光圈背景虚化
等效焦距
Q1:35mm等效胶片焦距的含义是什么？
随意拿出一张手机拍摄的照片。光圈、ISO感光度、曝光时间、曝光补偿这样的参数都比较好理解，唯独这个18mm焦距和括号里面（等效35mm胶片焦距）让不少人生疑。
图1：柯达胶卷胶片中的等效35mm是指传统胶片高度为35mm
35mm胶片，35mm指的是胶卷的高度为35mm，由于上下两端有齿孔，所以有效高度为24mm，这种35mm胶片的单幅图像感光面积为24mm*36m，对角线是43.3mm, 厚度0.135mm, 35mm胶片FOV为46度，焦距EFL是50mm。柯达于1935年正式推出135柯达彩色胶卷。所以，135的那个1是指有别于可重复使用暗盒的一次性暗盒，135胶卷的完整定义则为“采用一次性暗盒的35mm胶片”。而不是因为其片基厚度为0.135毫米。
Q2:等效焦距和焦距有什么不同？
等效焦距（equivalent focal length）是与35mm全画幅进行的一个系数换算（原因就是最早的用于衡量的业界标准），之所以要进行转换，是因为sensor尺寸多种多样，同一个镜头搭配不同尺寸的感光器件视场角是不一样的，为了形成统一，采用等效焦距的概念进行衡量。
Q3:传统相机和手机sensor的等效焦距计算公式
图2：画幅对比
等效焦距换算：
第一步：将手机传感器对角线尺寸(inch)由英寸换算成毫米（mm），inch转mm系数：大于1/2 inch尺寸的Sensor是16，小于或等于1/2的是18，数码相机用的是25.4。
第二步：（柯达35mm高标准胶卷的对角线43.3mm）/(手机摄像头sensor对角线尺寸)=焦距系数。
第三步：手机实际焦距乘以焦距系数得到等效焦距。
小米10 ultra主摄应用题举例：
已知条件：小米10 ultra主摄实际焦距=7mm，传感器对角线尺寸1/1.32inch，计算等效焦距。
答：标准胶卷对角线43.3mm, 1/1.32=0.76 inch,（0.76<1/2,得出转换系数为16），因此小米10 ultra对角线长=1/1.32*16=12.12mm. 焦距系数=标准胶卷对角线长度/手机Sensor对角线长度=43.3/12.12=3.57.
等效焦距=实际焦距 ∗*∗ 焦距系数=7 ∗*∗ 3.57=25 mm.
图3：等效焦距
换算的难点在于手机传感器的inch转换mm的系数，正常我们1英寸=25.4 mm, 但是手机传感器inch转换mm不是1英寸=25.4mm, 而是根据业界经验值分两种转换方式：A，对应手机Sensor对角线小于1/2 inch的1英寸=18 mm. B, 对应手机Sensor对角线大于1/2 inch的1英寸=16 mm
图4：等效焦距换算
图5：传统相机柯达35 mm高的胶片对应标准焦距 50mm.
Q4:pixel size与sensor size
以华为手机为例计算pixel与sensor size的换算关系：
Q5:等效焦距和视场角的换算关系
定义：透镜中心到光聚集之焦点的距离。
在sensor尺寸一定的情况下，焦距大小决定视场角，也就是能看到的范围。（长焦镜头)焦距越长，视场角越小；（广角镜头）焦距越短，视场角越大，对于人眼，双眼的焦距将近35mm，能看到64°的视场；当用单眼的时候，焦距增加至50mm，只能看到46°的视场。
转换公式：angle=2∗arctan(0.5∗43.27/f)angle=2*arctan(0.5*43.27/f)angle=2∗arctan(0.5∗43.27/f)
求出的angle是弧度角，如果转换为非弧度，转换公式如下：
θ=360/pi∗angle\theta = 360/pi*angleθ=360/pi∗angle
视场角由焦距fff、sensor尺寸所决定，可以参考下图。
Q6:手机camera倍率换算
手机1X常规配置是78度视场角，等效焦距为27 mm，也就是业界常说的wide镜头。而超广角各个厂商的规格多少有些差别，最大可以做到12 mm的等效焦距，其视场角大小为 121度。在知道sensor硬件规格之后，如何确定camera apk界面端所设置的倍率大小呢？
按照逻辑来说wide camera的等效焦距如果是27 mm， ultra wide 0.44X所对应的有效焦距就应该是0.44∗27=12mm0.44 * 27=12 mm0.44∗27=12mm，那么反过来知道wide 和ultra wide的等效焦距可以计算实际倍率设置：12mm/27mm=0.44412mm/ 27 mm = 0.44412mm/27mm=0.444
参考
【1】相机的等效焦距计算：https://blog.csdn.net/kris_fei/article/details/77050900
【2】相机画幅究竟是什么，全画幅和半画幅有什么区别：https://zhuanlan.zhihu.com/p/36878963
【3】等效焦距是什么？：https://zhuanlan.zhihu.com/p/26662629
【4】相机等效焦距和视场角计算：https://blog.csdn.net/zsq306650083/article/details/52103958
【5】等效焦距：https://www.vivotek.com/zh-Hant/learning/feature-article/9
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