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工业镜头像差参数

发布时间:2020年07月06日

工业镜头像差参数介绍:

球差

球面像差。一般我们常见的工业镜头都是属于球面镜头,球面镜头是指镜头里用到的透镜的前后曲面都是球面,相对易于生产。然而球面形状不适合完美成像。事实上,平行光线与光轴呈不同距离进入镜头时将汇聚至不同点,从而导致整体对焦不良。而非球面镜头可以解决这一问题。

非球面镜头

一般球差比较严重的镜头,在图像的中心视场就会出现图像模糊、聚焦不清的问题,这种镜头一般是在光学设计阶段球面像差没有的到很好地校准造成的。

色差
一般光学镜头里用的透镜都是由不同折射率和色散系数材料组成的。材料的折射率是描述光线通过时散射角度的数值,本质上是光线弯曲或折射的程度,并且是光线波长的函数。白光射入镜头后,每个波长的光线都会沿略微不同的方向传播。该现象称为色散,由此白光分解为其光谱成分,造成色像差。

在光学器件中心该效应最弱,越靠近边缘越强。

色像差导致整个图像出现彩色条纹,造成模糊的边缘,使之无法正确呈现物体特征。可用消色差双合透镜减轻这种像差,无需色彩信息时的简单解决方案是使用单色光源。根据入射平行光线的方向,色像差可分为纵向和横向。

一般我们在用白光或复合光成像时才可能会遇到色差的问题,建议可以通过用单色光或增加滤镜来解决这种问题,如果实在不行,可以选择色差矫正好的光学镜头来实现项目要求。

场曲
场曲就是像面聚焦弯曲,镜头的聚焦面由平面变成了R面。像差所描述的事实是:从不同的方向到达镜头的平行光线不会聚焦于一个平面,而是聚焦在一个曲面上。这会导致散焦,即对于给定的传感器位置,只有园冠形位置会清晰对焦。

场曲一般出现在大视野的拍摄环境下,部分镜头在小视野时也会出现。出现的状态是整个画面无法同时清晰聚焦,通过改变物距会交替出现:中间清晰边缘模糊和中间模糊边缘清晰。对于场曲比较严重的镜头,我们建议是用小靶面的工业相机搭配镜头使用,尽量避开镜头的边缘视场,或者只使用镜头中心或边缘的部分视野成的像。如果非要全视野使用的话就必须要换场曲矫正好的镜头,一般光学设计阶段都会有办法把镜头的场曲矫正到一定的控制范围。

畸变
对于理想镜头,方形元素在转换中只会改变大小,不会影响奇其几何性质。相反,实际镜头总会引入一些几何畸变,多数是径向对称畸变(反映了光学器件的径向对称)。径向畸变可分为:桶形畸变和枕形畸变。桶形畸变,距离光轴越近,图像放大倍率越高,从而产生图像环绕在球面周围的明显效应。枕形畸变,距离光轴越近,图像放大倍率越低,不经过图像中心的光线内向弯折。

所有的镜头都会有畸变存在,畸变实际上就是指镜头在不同的成像视野范围内有着不一样的光学倍率。在光学设计阶段和工艺阶段都可以把畸变控制在一定的范围内。因为畸变对图像产生的变形影响,几乎所有的厂家都会在产品参数立标注出镜头畸变的范围,在有精度的测量或定位等检测项目中,我们会利用成像比例关系计算单位像素的实际尺寸大小,这种计算的前提是图像零失真,无畸变,因此,为了提高精度我们需要尽量去选择小畸变的镜头,并且在图像算法中加入畸变矫正的算法来提升最终的精度。
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