【光學知識】鏡頭也論分辨率?畸變率和遠心度又是什么?

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  • 來源:光虎光電科技(天津)有限公司

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  • 發布時間:2024-02-19 11:08:55

鏡頭也論分辨率?畸變率和遠心度又是什么?


上一期我們講了對比度和均勻度,今天我們來講一講另一個容易和別的領域混淆的參數,鏡頭參數中的分辨率。

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,主要是因為光學成像系統的分辨率不描述像素數,描述的是一毫米能分辨的清的線對數來表示的,如下圖1-1所示。一對黑線和白線稱為線對。分辨率的單位為線對每毫米(lp/mm)。分辨率一般由N.A(數值孔徑)和波長來決定。

圖片1-1

分辨率為兩點間在無法識別前,能靠近的最近距離測量值,舉例說明,當1mm的線對數達到56對時,黑線和黑線開始連在一起分辨不清,那我們說該鏡頭的分辨率為55lp/mm。

分辨率作為光學系統成像質量的評價方法并不是一種完善的方法,主要是分辨率的測量受到很多條件影響,比如用于分辨率檢測的鑒別率板本身,檢測時的亮度,檢測用的接收器等等因素,比較明顯的是,光學成像系統的分辨率也會被系統的反差影響,即上一篇文章講解的對比度,如圖1-2所示??偟膩碚f用分辨率來描述一套光學系統并不足夠準確,但由于分辨率指標單一,便于測量,在光學系統的像質檢測中依然得到了廣泛應用。

圖片1-2

二、畸變

聊完了那些容易和別的領域混淆的參數,我們來聊一聊比較常出現在光學成像系統的參數,那就是畸變,也叫失真。指信號在傳輸過程中與原有信號或標準相比所發生的偏差。在理想的放大器中,輸出波形除放大外,應與輸入波形完全相同,但實際上,不能做到輸出與輸入的波形完全一樣,這種現象叫失真。那么在多種系統中都存在畸變,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。物體上的直線經過透鏡成像后變成彎曲的現象?;兪怯捎?a href="http://www.shanyuandiaoke.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。光線離主軸越遠,畸變越大,但是若與主軸正交并通過主軸,則不發生畸變。放大率隨入射角度增加而增大時稱正畸變;放大率隨入射角度增加而減小時負畸變。換句話說,若物點離開光軸越遠,放大率越大,就產生畸變,如果物點離開光軸越遠,放大率越小則產生負畸變。特別是鏡片屈光度大時,像的畸變現象嚴重。由于畸變,看物體,像失去了原來的正確形狀。減小畸變的方法是,對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,使周圍拍成卷翹或膨鼓的現象。使用焦距長的鏡頭不易做到,但用廣角鏡頭,則明顯。由于主光線的光路偏離而引起的成像缺陷。當光學系統校正好球差、彗差、像散和像面彎曲四種像差時,主光線與高斯像面的交點即為像點所在,并且是清晰的。但是當主光線與高斯像面的交點高度y與相應物點的理想成像高度y不等時,使像發生變形,與原來物體不相似。常見的畸變有枕形畸變和桶形畸變。

圖片2-1

在一般的光學系統中,只要畸變引起的圖像變形不為人眼所覺察,是可以允許的,這一允許的畸變值約為4%。但是有些需根據圖像來測定物體尺寸的光學系統,如航空測量鏡頭等,畸變則直接影響測量精度,必須對其嚴加校正,使畸變小到萬分之一甚至十萬分之幾。

三、遠心度

這里我們再講解一個在遠心鏡頭中常提到的參數——遠心度。遠心度是描述主光線偏離于光軸的角度,角度越小遠心度越好,成像就越精確。

我們以圖3-1為例子,我們使用遠心鏡頭觀察一斜面,由于遠心設計可以消除成像的透視效果,也就是說不會出現近大遠小的現象,那么此時的成像應該是一個長方形。但如果鏡頭的遠心度不好,那么成像結果就會呈現梯形畸變,這種梯形畸變本質上是透視誤差。由于遠心鏡頭被設計為只接受平行光,所以理論上光線不應該有偏離角度,一個理想的遠心鏡頭遠心度是0°,此時完全沒有透視誤差。

圖片3-1

圖片3-2 光虎遠心鏡頭實測畫面,正在測試鏡頭全視野遠心度和畸變率一致

【來源:光虎光學】

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