关于镜头选型时的一些注意事项

1、问题背景

最近的项目调试过程中，遇到与镜头相关的问题比较多。所以本文主要总结一下镜头选型时需注意的事项，保证在项目前期就能规避掉一些问题，避免项目延期。

2、问题分析

我们拿到手的一般都是摄像头模组，在进行摄像头调试时，必须要找模组厂/镜头厂去确认镜头及模组的一些相关信息。

如下几点是关于镜头选型时要注意的问题：

1）镜头和 sensor 的 CRA 是否匹配

2）镜头和 sensor 的解析力是否匹配

3）镜头和 sensor 的靶面是否匹配

4）镜头的光圈、焦距如何选择

5）镜头的景深范围、点胶距离如何确定

6）是否支持日夜共焦

7）镜头畸变的要求

1）镜头和 sensor 的 CRA 是否匹配

CRA 是 Chief Ray Angle 的缩写，意思是主光角。

镜头的传感器一侧，可以聚焦到像素上的光线的最大角度被定义为一个参数，称为主光角。

我们在挑选镜头时会有一个 CRA 的参数，在选择 sensor 时同样有一个 CRA 的参数。

选型时理论上要保证镜头和 sensor 的 CRA 参数要尽可能接近（一般不超过3度），

否则当 lens CRA 大于 Sensor CRA 会出现明显的 color shading，当 lens CAR 小于 Sensor CRA 会出现 luma shading，

建议是选择 lens CRA 小于 sensor CRA 的配置，因为luma shading 较 color shading 后端 ISP 更容易处理一些的。

关于CRA的详细解释，请看此篇文章：什么是 CRA ? - 简书

但如上也只是理论值，之前的项目上也遇到过，sensor CRA 是10，镜头厂提供的适配过的 lens CRA 是16的情况。

最终我们还是要以镜头厂的回复为准，要他们确认这款镜头是否和我们用的 sensor ，CRA是否匹配。

2）镜头和 sensor 的解析力是否匹配

挑选镜头时，镜头的解析力要大于 sensor 的解析力，才能发挥相机的最大性能。

简单来说，如果 sensor 是400万分辨率，这时如果搭配一款200万分辨率的镜头，那相机最后的解析力肯定是无法达到400万分辨率相机的成像效果。

顺便提一些关于镜头分辨率的正确表达不应该是几Mega，2M、8M镜头实际上是商业用语，镜头的分辨率应该是 lp/mm。

另外关于镜头解析力判断，是无法单从镜头的规格书来获取的，如下是我们项目上IMX307，GC4653 所搭配镜头的解析力。

可以看到IMX307上，中心：1000线条清晰。GC4653上，中心：220线清晰，

为什么4M 的镜头比2M 的镜头解析力还要小 ？这明显不太可能。

有和镜头厂了解到这两款镜头的测试标准、测试方法及测试 chat 图都不同（220线的是用逆投影去看的，1000线那个是用实拍chart去看的）。

所以具体还是要向镜头厂去确认清楚，告知镜头厂我们是用什么图卡测试，让其给出相应图卡的镜头测试指标。

3）镜头和 sensor 的靶面是否匹配

sensor的尺寸一般用其对角线的长度表示，镜头的靶面一般指其直径。

和sensor一样，镜头靶面也用英寸表述。常见的如1/2’，1/2.5’，1/2.7’，1/3’等等。

假如镜头的靶面范围无法涵盖整个 sensor，则成像圈会被看见，实际成像的图像四周会伴随严重的边缘暗角，

在这个状态下，视角会被成像范围所限制（如下图左边的情况）。

最好的情况即镜头靶面和 sensor 靶面完全一致，一般我们默认在这种情况下讨论摄像机成像效果（下图中间的情况）。

4）镜头的光圈、焦距如何选择

光圈大小决定了进光量的多少，如果相机要满足低照度的下性能要求，那就尽可能选大光圈的镜头。

焦距决定了成像的视场范围和监控距离。当焦距越大时，视场范围越小，景物会被放大，适合看远景。

焦距越小时，视场范围越大，但看不清远景。所以要根据产品具体的应用场景，去选择合适的成像范围的镜头。

5）镜头的景深范围、点胶距离如何确定

景深范围是指摄像头在纵向距离上，能看清楚的最远点，和能看清楚的最近点之间的范围，它是可变的，由点胶距离决定。

对于手动对焦且镜头点胶的摄像头模组，需要摄像头模组厂提供模组镜头的点胶距离（景深表中的物距），以及对应的景深范围。

一般我们是先根据产品具体的应用场景，去定义一个合适的景深范围，然后再去对应的景深表上，找到满足景深范围的对焦距离，以此距离来对焦，然后点胶即可。

下面是宇瞳YT10158镜头搭配GC4653 sensor 的景深表示例，此摄像头模组的点胶距离是900mm，近景深距离417mm，远景深是无限远。

关于景深计算的详细介绍，请看此篇文章：关于镜头景深的计算 - 简书

6）是否支持日夜共焦

对于需要红外补光的定焦镜头，要确定镜头+ir_cut 是否是日夜共焦的。

我们一般是以白天模式去进行对焦，在可见光下，ir_cut 切到滤光片下对焦。

但到夜晚以后，补红外光，ir_cut切到透光片，如果此时镜头日夜不共焦，红外夜视下图像效果就是模糊的，处于虚焦状态。

要保证两种状态下对焦都是清晰的，这就要保证镜头+ir_cut是日夜共焦的才可以。

如下是日夜不共焦拍摄的效果，关于日夜是否共焦的问题，选购镜头时同样也要找镜头厂/模组厂确认好。

7）镜头畸变的要求

畸变是属于镜头像差中的一种，和镜头的固有特性相关，在镜头端是没办法完全消除的，

而好一些的镜头因为光学设计以及用料的考究，可以把畸变控制在很小的情况下。

后面还可以通过平台端去做畸变校正，但畸变校正会损失视场角，畸变越大，校正后损失的视场范围也就越大。

所以当我们的产品对畸变有要求时，在镜头选型时就要考虑选择畸变范围小的镜头。

关于镜头畸变的详细解释，请查看此篇文章：关于镜头畸变问题的总结 - 简书

3、问题总结

要想达到好的成像效果，那就必然要从摄像头模组的整个成像系统来考虑，

而镜头是整个成像系统中至关重要的一部分，不是说随便网上买个镜头就能用，要顾及要考虑到的东西有很多。

否则对成像效果的影响是巨大的，且很多问题后期也是没办法去处理的。