October 20, 2016
说起相机大家都比较熟悉，现在已经是手机的标配和卖点，而且做的非常便捷易用，随便按都能拍出不错的照片，但如果想更手动、更专业一点，或者将相机用于工业应用(如机器视觉、摄影测量等)，还是需要了解一下成像方面的东西，本文力求通俗易懂，介绍一些相机相关的基本概念。
1、景深
我们拍照片的时候常有“虚化”的效果，其实就是利用“景深”来突出重点：
上图只有中间部分是清晰的，远景和近景都模糊掉，原理上从下图可以理解
即理论上只有处于镜头焦点距离的景物是成像清晰的，而在焦点前后，光线开始扩散，成像变的模糊，成像点形成一个扩大的圆：弥散圆(circle of confusion)，而人眼的分辨能力有限，只有当弥散圆直径大到一定程度，我们才感觉到模糊，比如上图的草地看起来中间一段都是清晰的，这一段“看起来清晰”的距离就是景深(Depth of Field)。
景深的”深、浅“、“大、小”就是指这个距离的“长、短”，影响景深的因素主要有光圈、焦距和拍摄距离，后面会提到，景深有前景深和后景深的区分，以及一些计算公式，对摄影感兴趣的可以研究研究。
2、光圈
如果把相机拍照理解成小孔成像，那么光圈就是小孔的大小，即光圈就是控制光线进入镜头面积的装置，经典的如采用叶片组的方式来实现：
光圈数值分母越大，表示光圈越小，光圈主要有两方面的作用：控制进光量和景深：
a. 进光量：这个容易理解，光圈越大，相同的快门，成像进来的光越多，照片就越亮，反之光圈越小照片越暗。
b. 景深：这个可以通过如下图理解：
即光圈越大，景深越小，适合做背景虚化效果，如人像；反之光圈越小，景深越大。
3、快门
之前说光圈可以控制进光量，快门也可以，光圈从空间上限制进光面积来控制进光量，而快门则是从曝光时间上来控制。可以简单地理解为：快门挡在镜头或底片前，平时处于关闭状态，成像时快门打开一段时间再关闭，完成成像，这个快门打开的时间就是快门时间，通常以1/N秒为单位。快门除了可以控制进光量从而影响照片曝光，还可以制造一些特别的拍照效果。
如图子弹穿过灯泡的照片，需要极高的快门速度，而有些照片效果又需要长时间的快门才行，如城市的车流效果：
需要注意的是，当快门时间较长时，相机的抖动可能会造成成像模糊，使用三脚架是不错的选择。
4、焦距
焦距指镜头光学中心(主点)到成像平面的距离，平常说的长焦镜头就是指焦距较大的镜头，焦距是相机的重要参数，对成像有多方面的影响，首先是成像大小和视场角(FOV)：焦距越大，成像越大，FOV越小：
因此，如果想从远距离拍摄野生动物，往往需要采用长焦镜头，而与长焦镜头对应的广角镜头，焦距小，能拍摄较大的场景，如建筑、风景等。
焦距对景深也有影响，通常焦距越大，景深越小，如长焦镜头的景深比较小，而广角镜头的景深都比较大。焦距还影响照片的透视效果，如下图：
可以看出，广角镜头下透视效果比较明显，人脸有一定变形，而长焦镜头下则没什么失真。
5、感光度
感光度表示的是底片或感光器件对光线的敏感度，常称为ISO(国际标准)，对光线的敏感度也可理解为感光速度，感光度可以配合进光量来控制照片的曝光，比如光线不足时可以提高感光度以获得亮度足够的照片，但感光度越高，照片中的噪点也会相应增加，取决于器件的工艺质量。
6、色差
由于透镜对不同波长的折射率不同，相当于镜头对不同波长的光的焦距不同，特别是镜头的边缘处，从而会造成成像模糊。如下图，镜头中心的成像(左)色差不明显，而边缘处的成像则可以看到明显的色差现象。
7、畸变
畸变指真实成像点与理想成像点间的偏移，产生原因是镜头工艺的不完美，从而导致了不规则的折射。畸变有多种类型，如下图所示的枕形畸变和桶形畸变。后面相机标定部分会对畸变进行更详细的讨论。
