相机图像质量研究(11)常见问题总结:光学结构对成像的影响--像差

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相机图像质量研究(1)Camera成像流程介绍

相机图像质量研究(2)ISP专用平台调优介绍

相机图像质量研究(3)图像质量测试介绍

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相机图像质量研究(40)常见问题总结:显示器对成像的影响--画面泛白


目录

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前言

一、像差的分类

二、球差

        1,原因和现象

        2,矫正方法

 三、慧差

        1,原因和现象

        2,矫正方法

 四、像散

        1,原因和现象

        2,矫正方法

 五、像场弯曲

        1,原因和现象

        2,矫正方法

 六、畸变

        1,原因和现象

        2,矫正方法

 七、位置色差(轴向色差)

        1,原因和现象

        2,矫正方法

 八、倍率色差(垂轴色差、横向色差)

        1,原因和现象

        2,矫正方法​​​​​​​


前言

       像差出现的主要原因是镜头生产的不完美,由于工艺误差,镜片不是完美的球面体或者非球面体,焦点不会完美的汇聚到一点上,因此会出现各种各样的图像问题。


一、像差的分类

        1,前面说了像差形成原因是镜头生产过程中的不完美造成的,这种不完美有很多种情况。

将像差分为以下七种情况:

        ①,球差:形成原因是光在光轴上不能汇聚一点

        ②,慧差:离开光轴的地方像点拖尾

        ③,像散:像在纵向和横向的位置发生偏移

        ④,像场弯曲:成像面不是平面而是弯曲的

        ⑤,畸变:离开光轴后像发生变形

        ⑥,位置色差:由光的波长引起的成像位置不同

        ⑦,倍率色差:由光的波长引起的成像大小不同

       

        (参考《有趣的透镜》)

二、球差

        1,原因和现象

        因球差产生的现象可能如下,光线不再完美汇聚在一点,而是形成一个光斑。

        2,矫正方法

要矫正球差一般有两种方法:凹凸镜片组、使用非球面透镜。

 三、慧差

        1,原因和现象

        从偏离光轴发出的光,在像面上不能汇聚到一点,出现像拖着尾巴的彗星形状的现象。出现这种现象的原因也是透镜中心和周围放大率不同。

        慧差Coma这个词主要源于图像看起来像彗星一样,带上了小尾巴。

        2,矫正方法

        改善慧差主要有两个方法:减小透镜孔径、使用凹凸透镜组合的方法。

 四、像散

        1,原因和现象

        透镜所成像的端部,出现有纵向和横向的焦点偏移的现象。

        像散可以看到星点都成了一个个的加号,车身反光被拉长。

        2,矫正方法

改善像散方法主要有两个:减小透镜有效孔径、适当调节透镜两面的曲率。

 五、像场弯曲

        1,原因和现象

        从离开光轴的地方射来的光在平面上不能成像,出现弯曲的现象。

        像场弯曲和球差类似,都是中心清晰,四周模糊。

        2,矫正方法

        优化像场弯曲有两个方法:减少透镜有效孔径、改变透镜形状。

 六、畸变

        1,原因和现象

        透镜对使物体成像的形状发生了变化,称为畸变。畸变原因是透镜离中心不同区域的放大率随离中心距离不同而变化。

         畸变主要氛围桶形畸变和枕形畸变。

        2,矫正方法

畸变和有效孔径没有关系,要么使用凹凸组合改善,要么使用非球面透镜改善。

 七、位置色差(轴向色差)

        1,原因和现象

        因光的波长引起的像的位置偏移造成像的渗色现象,叫做位置色差。

        位置色差通常现象是画面中心的物体边缘出现不同的颜色。

        2,矫正方法

        使用低色散材料、多镜片组合。

 八、倍率色差(垂轴色差、横向色差)

        1,原因和现象

        因光的波长引起的像的放大率不同而形成的色差。

        倍率色差通常是图像高对比度的区域边缘出现异常颜色。

        2,矫正方法

        使用多镜片组合。


 总结

本节讲了相机像差形成的原因和分类,以及其中像差的现象和矫正方法。

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