相机靶面尺寸 1/1.8“、2/3“、1.1“ 到底多大?英寸规格的由来

早上把 CCD / CMOS 的感光和读出捋了一遍。选型单子上紧跟着就冒出另一串让人懵的符号:1/1.8"、2/3"、1.1"。客户有时直接问:"2/3 寸是不是比 1/1.8 寸大一圈?按英寸算对角线不就得了?"按英寸去乘 25.4,答案会错得离谱。

我早期也踩过:按"2/3×25.4≈17 mm"去对镜头像圈,结果靶面根本没那么大,镜头选贵了;反过来有人把 1.1" 传感器硬塞进只按 2/3" 设计的镜头,四周一圈暗角,边缘 MTF 直接塌。这篇把英寸从哪来的、常见靶面实际多大、跟像圈怎么匹配说清楚。

"英寸"不是对角线,是老电视管留下的称呼

这些号码来自早期摄像管(vidicon)的习惯。管子外壳外径大概是 1 英寸,也就是约 25.4 mm,可真正感光的靶面对角线只有大约 16 mm 左右------差不多是管径的 2/3。后来半导体传感器沿用了这套叫法:所谓"1 英寸型"靶面,对角线大约 16 mm,不是 25.4 mm。

所以 规格里的"英寸"是光学格式名,不是拿尺子量出来的对角线英寸数。 1/2"、2/3"、1/1.8" 都是同一套命名里的档位,跟真对角线没有"直接乘 25.4"这种简单关系。你在会议室里说"两英寸相机",外行会以为靶面有两英寸长,其实工业里连真正的 1 英寸型对角也才大约 16 mm。

拿最常见的 2/3" 算一遍。工业里通常按宽 × 高约 8.8×6.6 mm8.8\times 6.6\ \mathrm{mm}8.8×6.6 mm 来记,对角线:

d=8.82+6.62=77.44+43.56=121=11 mm d = \sqrt{8.8^2 + 6.6^2} = \sqrt{77.44 + 43.56} = \sqrt{121} = 11\ \mathrm{mm} d=8.82+6.62 =77.44+43.56 =121 =11 mm

要是误按 2/3×25.4≈16.9 mm2/3 \times 25.4 \approx 16.9\ \mathrm{mm}2/3×25.4≈16.9 mm 去想,大了差不多半截。1 英寸型对角线约 16 mm,和"管径 1 英寸、感光约 16 mm"的历史刚好对得上;2/3" 则落在约 11 mm 这一档。记不住别的,至少把"2/3" ≈ 11 mm 对角"钉在脑子里。

常见靶面宽×高对照

现场我一般不背"英寸",直接记宽 × 高(mm),对角用勾股算。下面这几档最常撞上(近似值,具体传感器会有小数差):

光学格式 宽 × 高(mm) 对角线约(mm)
1/3" 4.8 × 3.6 6.0
1/2" 6.4 × 4.8 8.0
1/1.8" 7.2 × 5.4 9.0
2/3" 8.8 × 6.6 11.0
1" 12.8 × 9.6 16.0
1.1" 14.2 × 10.4 17.6

1/1.8" 有人记 7.18×5.32,有人近似 7.2×5.4,差零点几毫米,选型时以传感器 datasheet 为准。1.1" 多见于大靶面面阵,对角线已经接近或略超老"1 英寸型",镜头得按大像圈去选,C 口老镜头很多罩不住。

同是"2/3" 相机",有的略裁一点有效区,宽高会跟 8.8×6.6 有出入。对接镜头和算视野前,我习惯打开规格书把 传感器有效感光面尺寸 抄下来,别只抄光学格式那一行。早上说的 CMOS 像素往上堆,靶面也经常一起变大,格式名只是口头档位。

靶面和镜头像圈:对角要对上,还留一点余量

镜头规格会写像圈(image circle)直径:焦平面上照度、解析还说得过去的圆形区域直径。传感器靶面是矩形,必须整块落在这个圆里,否则四角先暗、再糊。

经验规则很直白:

Dimage circle≥dsensor D_{\mathrm{image\ circle}} \ge d_{\mathrm{sensor}} Dimage circle≥dsensor

也就是像圈直径 ≥ 靶面对角线。2/3" 靶面对角 11 mm,镜头至少按能罩住 11 mm 来选;实际我还会再留一点余量------装配公差、传感器微偏心、边缘照度跌落,都吃余量。像圈刚好等于对角,四角往往已经发暗。

举个配法。传感器 2/3"(对角 11 mm),镜头像圈标称 11 mm,装上以后四角有轻微暗角,边缘缺陷检测会抖------这不算意外。换一颗像圈 16 mm(按 1" 设计)的镜头,同样焦距下四周余量明显,照度均匀得多。代价是镜头更大、更贵,但总比算法里硬拉四角靠谱。

坑常见有三类。

一是小像圈镜头配大靶面。C 口老镜头不少按 2/3" 或更小设计,硬上 1"、1.1" 传感器,四角暗角明显,边缘分辨率也垮。视野算着够,图一圈没法用。

二是只看接口不看像圈。接口都是 C 口,不代表像圈一样大。法兰距对得上,只保证能拧上去,不保证四周有光。后面写镜头接口那篇还会再提法兰距,今天先把像圈这一关卡住。

三是算视野用了错误的靶面尺寸。把 2/3" 当成 17 mm 对角去反推焦距和工作距,装到架子上视野会对不上。用宽或高(看你拼视野的方向)代入公式,数值必须来自真实靶面毫米数。比如说水平视野,该用 8.8 mm 那一边,不是拿对角去糊弄。

选型时我怎么核对靶面

拿到相机型号,我先在规格书里找 Sensor Size / Optical Format,把宽 × 高抄到计算器;对角自己算一遍,跟表里对一下,差太多就再查是不是有效区裁切。然后拿这个对角去对镜头像圈:像圈不够,直接换镜头或换更小靶面,别指望软件补暗角能补回 MTF。

再顺手看一眼像元尺寸。同样 2/3" 靶面,像元 3.45 µm 和 5.5 µm,像素数差一截,满阱和解析力也不一样------早上 CMOS 那篇提过满阱跟像元的关系。靶面定的是"光落在多大的矩形上",像元定的是"矩形切多细",两件事别混着谈。

还有个现场小习惯:机台图纸上标注相机安装孔距和工作距离时,我把靶面宽高也写进备注。后面换更高像素同靶面、或者同像素更大靶面的型号,光学接口和视野能不能承接,一眼能对上,少开两轮评审。

早上说的 CMOS 大靶面越来越常见,像素数往上堆的同时靶面也在变大,镜头像圈跟不跟得上,已经成了选型里跟焦距、光圈并列的检查项。靶面英寸名可以当口头代号,下单和算光路时,请回到毫米。


下篇聊全局快门与卷帘快门:运动场景下两种曝光时序差在哪,卷帘畸变怎么来的,全局快门又要付出什么代价。

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