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光学镜头参数之——畸变
- 2019-08-06-

光学镜头参数之——畸变

定义

        畸变是指光学系统对物体所成的像相对于物体本身而言的失真程度。通常来说畸变分为两种:桶形畸变和枕形畸变。

        桶形畸变(Barrel Distortion)又称桶形失真,是指光学系统引起的成像画面呈桶形膨胀状的失真现象。桶形畸变在摄影镜头成像尤其是广角镜头成像时较为常见。使人变矮胖的哈哈镜成像是桶型畸变的一个比较形象的例子。

        枕形畸变(Pincushion Distortion)又称枕形失真,它是指光学系统引起的成像画面向中间“收缩”的现象。枕形畸变在长焦镜头成像时较为常见。使人变瘦高的哈哈镜成像属于枕型畸变。在目前的摄像机标定研究中,对镜头畸变考虑较多的是镜头径向畸变,而忽略了镜头的切向和薄棱镜等其它非线性畸变因素。

原理

        畸变作为光学系统中经常提到的一个参数,是限制光学量测准确性的重要因素之一。它是光学系统对物体所成的像相对于物体本身而言的失真程度,只引起像的变形,对像的清晰度并无影响。

        对于理想光学系统,在一对共轭的物像平面上,放大率是常数。但是对于实际的光学系统,仅当视场较小时具有这一性质,而当视场较大或很大时,像的放大率就要随视场而异,这样就会使像相对于物体失去相似性。这种使像变形的成像缺陷称为畸变。

        畸变定义为实际像高与理想像高差,而在实际应用中经常将其与理想像高之比的百分数来表示畸变,称为相对畸变,即:

        有畸变的光学系统,若对等间距的同心圆物面成像,其像将是非等间距的同心圆。当系统具有正畸变时,实际像高随视场的增大比理想像高增大得快,即放大倍率随视场的增大而增大,则同心圆的间距自内向外逐渐增大;反之,当为负畸变时,圆的间距自内向外逐渐减小。对于普通的光学镜头,只要感觉不出它所成像的变形,这种成像缺陷就可忽略;但是对于某些要利用像来测定物体大小尺寸的应用,畸变的影响就非常重要了,它直接影响测量精度。

模型介绍

        普通工业镜头的畸变一般在1%~2%,这样的畸变通常会影响检测精度(例如实际长度为100mm的物体,使用这种镜头测得的尺寸可能是101mm~102mm;而我们BTOS远心光学的双远心镜头,畸变一般都小于0.1%,畸变系数为普通镜头的1/20,大大提高了检测精度和稳定性,达到了目前非常高标准光学测试仪器的测量极限。


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