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光学镜头参数--畸变

作者:赛麦吉 发布日期:2017-12-09 浏览:3354

                                              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,达到了目前最高标准光学测试仪器的测量极限。

       左图为双远心镜头拍摄的畸变测试图,完全无径向畸变或梯形畸变;中图为明显径向畸变;右图为明显梯形畸变。

畸变矫正:一般情况下,改善畸变有2种办法:

(1)一种是通过软件算法把镜头的畸变系数(也就是该镜头在当前距离下拍照时的变形特点)计算出来,一般常用的图像处理平台都包含有标定模块,像OpenCV、Halcon、CCAS等;

(2)另一种就是通过光路设计,从镜头硬件本身消除畸变的影响,上文中提到的“BTOS双远心镜头”就是一种非常典型的“零畸变”镜头
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