在光学系统设计中,畸变是一种常见的初级单色像差,它会导致真实像高偏离理想像高,造成图像变形。畸变的校正对于保证光学系统实际工作性能非常重要,由于畸变的存在,探测器对应的视场往往也会产生一定的偏离。这一期,我们就来看看如何在光学系统设计后期复核实际视场。
在拿到一个设计指标后,除了论证可行性,寻找初始结构,我们也需要反复确认我们的设计任务中哪些指标是面向应用提出的,关注这些设计指标会如何进行检测。
例如我们设计了一个镜头,上级单位要求我们出具视场的检测报告,我们就需要考虑加工,装调等因素对视场造成的影响,在设计时留有一定的余量。在这个环节,容易被忽视的是畸变的影响。
【成像光学基础】从初始结构设计一个可见光广角镜头
以上面文章中的这个案例为例,全视场90°,畸变约为4%,焦距10mm,根据焦距和半视场的对应关系,理想最大像高应恰好与焦距相等,但是由于畸变的存在,目前的最大像高为9.563mm。


但是对于很多项目,探测器选型是一开始确定的,因此探测器实际对应的最大视场会和我们输入的最大视场产生一定的偏差,假设我们现在用的探测器对角线的一半就是10mm,则目前的实际视场是46.168°。
我们这个是一个广角镜头,畸变类型为桶形畸变,如果是一个长焦镜头,假设存在一定的枕型畸变,则可能出现实际探测器能接收到的视场小于我们的指标的情况。如果该问题在检测环节才被发现,处理起来将会非常困难!(需要对系统设计进行调整)
那么,为了避免这样的麻烦,我们应该考虑到对视场进行一定复核。在设计的后期,考虑到畸变,我们可以首先给定一点视场或像高的余量,使实际视场可以略大于指标要求。同时,我建议使用视场角输入外部参数,用光线坐标作为操作数直接约束实际像高,把焦距作为一个可以浮动的量,同时约束畸变大小。
这样的好处是可以确保系统探测器能看到的实际视场略大于指标的要求,大家可以体会思考一下我上面的这段话。同样的,像高/视场/畸变的关系在前期指标论证时就应该充分考虑,特别是对于鱼眼镜头,以及其他采用Ftheta畸变的光学系统。
【成像光学基础】F-theta畸变的概念及应用
相机标定与畸变图像校正
