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機(jī)器視覺光學(xué)鏡頭相當(dāng)于人眼的晶狀體，所以在機(jī)器視覺系統(tǒng)中非常重要。 機(jī)器視覺光學(xué)鏡頭的成像質(zhì)量?jī)?yōu)劣與像差校正的優(yōu)良與否及像差大小有很大關(guān)系。而常見的像差有球面像差、像散差、場(chǎng)曲率和色像差等。下面由專業(yè)機(jī)器視覺光學(xué)系統(tǒng)制造商POMEAS普密斯光學(xué)分享下這幾種像差如何影響機(jī)器視覺光學(xué)鏡頭基礎(chǔ)知識(shí)。
一、球面像差
球面像差是指根據(jù)其接觸到機(jī)器視覺光學(xué)鏡頭的光圈位置，在不同距離聚焦的光線，也是表示光圈大小的函數(shù)。球面透鏡表面的光入射角越陡，透鏡折射光線的方式中的誤差就越大。具有大光圈的鏡頭更可能具有會(huì)對(duì)圖像質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響的球面像差。如果鏡頭有大量球面像差，則可以通過閉合虹膜來增加，進(jìn)而改善圖像質(zhì)量，但圖像質(zhì)量的改善程度有限。虹膜閉合過多會(huì)導(dǎo)致衍射限制性能。
光學(xué)設(shè)計(jì)（包括高折射率玻璃或附加元件）可用于更正快速鏡頭中的球面像差；這些設(shè)計(jì)將減少每個(gè)表面的折射量以及球面像差量。但是，這可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)器視覺光學(xué)鏡頭組件的大小、重量以及成本增加。
二、像散差
像散是視場(chǎng)角函數(shù)。總的來說，像散差在機(jī)器視覺光學(xué)鏡頭通過廣角拍攝時(shí)發(fā)生，但視場(chǎng)方向的性能會(huì)比視場(chǎng)正交方向的性能更低。如果查看一連串一半水平、一半垂直的條形，那么某個(gè)方向的條形將聚焦，但另一個(gè)方向的條形會(huì)失焦。
這一情況是由以下原因?qū)е碌模哼h(yuǎn)離物體中心的光線不會(huì)像軸光線一樣通過旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的表面。要更正該問題，需要完成兩項(xiàng)操作：針對(duì)視場(chǎng)光線采用對(duì)稱光圈設(shè)計(jì)以及低入射角度設(shè)計(jì)。保持對(duì)稱設(shè)計(jì)可形成類似于雙高斯鏡頭的外形。請(qǐng)記住，對(duì)稱設(shè)計(jì)會(huì)阻止使用長(zhǎng)焦或反向長(zhǎng)焦設(shè)計(jì)，這可能會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)焦距設(shè)計(jì)成為具有小后焦距的大短焦距設(shè)計(jì)。
減小入射角與減少球面像差類似，需要更高折射率的玻璃和額外元件，這會(huì)導(dǎo)致鏡頭的大小、重量和成本增加。此處使用的簡(jiǎn)化定義特意結(jié)合了像散和彗形像差的影響，以方便理解。
三、場(chǎng)曲率
場(chǎng)曲率是描述圖像平面希望自然彎曲的放大倍率的像差。這種像差是由系統(tǒng)中的機(jī)器視覺光學(xué)鏡頭元件的焦距總和乘以折射率（不等于零）得出的。如果總和是正數(shù)（這是成像鏡頭典型特征），圖像平面將有一個(gè)凹曲率；這就是為何影院熒幕往往略微彎曲的原因所在。由于機(jī)器視覺光學(xué)鏡頭很少會(huì)選擇彎曲圖像平面，因此設(shè)計(jì)人員必須插入凹面更正元件以降低焦距的總和。這使鏡頭更長(zhǎng)，而且通常迫使凹面透鏡需要靠近圖像平面，從而減少鏡頭的后焦距。
四、色像差
色像差意味著不同波長(zhǎng)的光聚焦在不同的點(diǎn)。由于玻璃的色散決定了其在不同波長(zhǎng)下的折射能力，因此可以通過設(shè)計(jì)包含凹凸透鏡（使用具有不同色散的玻璃制成）的成像鏡頭來去除色像差。圖6描述了該情況，將單透鏡與消色差雙合透鏡進(jìn)行了對(duì)比。這種設(shè)計(jì)的一個(gè)缺點(diǎn)是，它增加了鏡頭所需的元件數(shù)量。