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【光學(xué)知識(shí)】鏡頭也論分辨率?畸變率和遠(yuǎn)心度又是什么?

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  • 發(fā)布時(shí)間:2024-02-19 11:08:55

鏡頭也論分辨率?畸變率和遠(yuǎn)心度又是什么?


上一期我們講了對(duì)比度和均勻度,今天我們來(lái)講一講另一個(gè)容易和別的領(lǐng)域混淆的參數(shù),鏡頭參數(shù)中的分辨率。

一、分辨率

和屏幕的分辨率不同,鏡頭的分辨率不是用橫×高的形式,主要是因?yàn)楣鈱W(xué)成像系統(tǒng)的分辨率不描述像素?cái)?shù),描述的是一毫米能分辨的清的線(xiàn)對(duì)數(shù)來(lái)表示的,如下圖1-1所示。一對(duì)黑線(xiàn)和白線(xiàn)稱(chēng)為線(xiàn)對(duì)。分辨率的單位為線(xiàn)對(duì)每毫米(lp/mm)。分辨率一般由N.A(數(shù)值孔徑)和波長(zhǎng)來(lái)決定。

圖片1-1

分辨率為兩點(diǎn)間在無(wú)法識(shí)別前,能靠近的最近距離測(cè)量值,舉例說(shuō)明,當(dāng)1mm的線(xiàn)對(duì)數(shù)達(dá)到56對(duì)時(shí),黑線(xiàn)和黑線(xiàn)開(kāi)始連在一起分辨不清,那我們說(shuō)該鏡頭的分辨率為55lp/mm。

分辨率作為光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法并不是一種完善的方法,主要是分辨率的測(cè)量受到很多條件影響,比如用于分辨率檢測(cè)的鑒別率板本身,檢測(cè)時(shí)的亮度,檢測(cè)用的接收器等等因素,比較明顯的是,光學(xué)成像系統(tǒng)的分辨率也會(huì)被系統(tǒng)的反差影響,即上一篇文章講解的對(duì)比度,如圖1-2所示??偟膩?lái)說(shuō)用分辨率來(lái)描述一套光學(xué)系統(tǒng)并不足夠準(zhǔn)確,但由于分辨率指標(biāo)單一,便于測(cè)量,在光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)檢測(cè)中依然得到了廣泛應(yīng)用。

圖片1-2

二、畸變

聊完了那些容易和別的領(lǐng)域混淆的參數(shù),我們來(lái)聊一聊比較常出現(xiàn)在光學(xué)成像系統(tǒng)的參數(shù),那就是畸變,也叫失真。指信號(hào)在傳輸過(guò)程中與原有信號(hào)或標(biāo)準(zhǔn)相比所發(fā)生的偏差。在理想的放大器中,輸出波形除放大外,應(yīng)與輸入波形完全相同,但實(shí)際上,不能做到輸出與輸入的波形完全一樣,這種現(xiàn)象叫失真。那么在多種系統(tǒng)中都存在畸變,我們這里主要講物理畸變和攝影畸變。

1、物理畸變

它是像差的一種。物體上的直線(xiàn)經(jīng)過(guò)透鏡成像后變成彎曲的現(xiàn)象?;兪怯捎?a href="http://jiuyangjiaxing.com/cn/" target="_blank">透鏡的放大率隨光束和主軸間所成角度改變而引起。光線(xiàn)離主軸越遠(yuǎn),畸變?cè)酱?,但是若與主軸正交并通過(guò)主軸,則不發(fā)生畸變。放大率隨入射角度增加而增大時(shí)稱(chēng)正畸變;放大率隨入射角度增加而減小時(shí)負(fù)畸變。換句話(huà)說(shuō),若物點(diǎn)離開(kāi)光軸越遠(yuǎn),放大率越大,就產(chǎn)生畸變,如果物點(diǎn)離開(kāi)光軸越遠(yuǎn),放大率越小則產(chǎn)生負(fù)畸變。特別是鏡片屈光度大時(shí),像的畸變現(xiàn)象嚴(yán)重。由于畸變,看物體,像失去了原來(lái)的正確形狀。減小畸變的方法是,對(duì)單一透鏡改變鏡片的外形,采用更佳的外形可以使畸變減小到更小程度。

2、攝影畸變

拍攝四方形的物體時(shí),使周?chē)某删砺N或膨鼓的現(xiàn)象。使用焦距長(zhǎng)的鏡頭不易做到,但用廣角鏡頭,則明顯。由于主光線(xiàn)的光路偏離而引起的成像缺陷。當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)校正好球差、彗差、像散和像面彎曲四種像差時(shí),主光線(xiàn)與高斯像面的交點(diǎn)即為像點(diǎn)所在,并且是清晰的。但是當(dāng)主光線(xiàn)與高斯像面的交點(diǎn)高度y與相應(yīng)物點(diǎn)的理想成像高度y不等時(shí),使像發(fā)生變形,與原來(lái)物體不相似。常見(jiàn)的畸變有枕形畸變和桶形畸變。

圖片2-1

在一般的光學(xué)系統(tǒng)中,只要畸變引起的圖像變形不為人眼所覺(jué)察,是可以允許的,這一允許的畸變值約為4%。但是有些需根據(jù)圖像來(lái)測(cè)定物體尺寸的光學(xué)系統(tǒng),如航空測(cè)量鏡頭等,畸變則直接影響測(cè)量精度,必須對(duì)其嚴(yán)加校正,使畸變小到萬(wàn)分之一甚至十萬(wàn)分之幾。

三、遠(yuǎn)心度

這里我們?cè)僦v解一個(gè)在遠(yuǎn)心鏡頭中常提到的參數(shù)——遠(yuǎn)心度。遠(yuǎn)心度是描述主光線(xiàn)偏離于光軸的角度,角度越小遠(yuǎn)心度越好,成像就越精確。

我們以圖3-1為例子,我們使用遠(yuǎn)心鏡頭觀察一斜面,由于遠(yuǎn)心設(shè)計(jì)可以消除成像的透視效果,也就是說(shuō)不會(huì)出現(xiàn)近大遠(yuǎn)小的現(xiàn)象,那么此時(shí)的成像應(yīng)該是一個(gè)長(zhǎng)方形。但如果鏡頭的遠(yuǎn)心度不好,那么成像結(jié)果就會(huì)呈現(xiàn)梯形畸變,這種梯形畸變本質(zhì)上是透視誤差。由于遠(yuǎn)心鏡頭被設(shè)計(jì)為只接受平行光,所以理論上光線(xiàn)不應(yīng)該有偏離角度,一個(gè)理想的遠(yuǎn)心鏡頭遠(yuǎn)心度是0°,此時(shí)完全沒(méi)有透視誤差。

圖片3-1

圖片3-2 光虎遠(yuǎn)心鏡頭實(shí)測(cè)畫(huà)面,正在測(cè)試鏡頭全視野遠(yuǎn)心度和畸變率一致

【來(lái)源:光虎光學(xué)】

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