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广角镜头畸变难以矫正原因
&&-09，成像光学设计培训班（上海）；5月16-18照明光学设计培训班（上海）；开始报名了！！！&QQ:&&Email：&&&&广角镜头畸变难以矫正的原因，可能以布乌-苏通条件解释，更容易理解。&1、布乌-苏通条件&“It requires the middle of the aperture stop to be reproduced inthe centers of the entrance and exit pupils without spherical aberration. ”&“要求入瞳和出瞳为孔径光阑无球差的再现。”&2、举例分析&以100度广角镜头为例，如图示：0°、35°、50°入瞳位置，偏差很大，严重违反了布乌-苏通条件。& &[attachment=55141]& &如果为了校正畸变，根据布乌-苏通条件，就需要让主光线经过前组之后，汇聚于同一点，也就是：入瞳为孔径光阑无球差的再现。 &（此镜头的后组，不是校正畸变的关键，相对前组大的偏差来说，其出瞳基本为光阑无球差的再现。因此，不同视场主光线对应的出瞳位置，就不在讨论了。）&而此广角镜头的前组，为了满足压缩角度的要求，采用了图中的结构。很明显，这样的结构和经典的消球差透镜、齐明透镜的结构是不同的，相冲突、违反的。如需满足压缩角度的同时，又保证“入瞳为孔径光阑无球差的再现”，那，就需要复杂化透镜组了，让其满足其他像差校正同时，还要满足压缩角度和消光阑球差这两方面的要求。这样做，成本提高太多。这样的镜头，也就没有什么实际价值了。 &3、其他&当畸变要求非常严格的时候，必须着眼于校正好各视场主光线的球差。比如用于复制的物镜、检测使用的双远心物镜。&双远心物镜，其实就可以看做是严格符合布乌-苏通条件的光学系统：基本完全消除了各视场主光线的球差。& &另外，横向色差，其实也有类似于畸变的结论。&更进一步说，各种像差，其实都是相互联系的。& &欢迎交流！& &新贴预告：&《如何校正像散、场曲》&在具有较大球差、彗差时，可方便通过调整光阑位置，校正像散，等等。。。&《变焦凸轮曲线计算》&根据光学系统数据，编写matlab程序，求解变焦曲线；&而不是利用光学软件插值求解。& &上海子在川上光学有限公司，-09，成像光学设计培训班（上海）；5月16-18照明光学设计培训班（上海）；开始报名了！！！&QQ:&&Email： &
欢迎交流！
此讨论，基于非对称系统。
楼主的好帖子，正愁不知道怎么校正大得惊人的畸变呢
:有收获[表情] [表情]  ( 17:56) &&常交流。共同进步。
:楼主的好帖子，正愁不知道怎么校正大得惊人的畸变呢 ( 21:45) &&畸变的矫正确实不容易，在选取初始结构的时候，就要考虑。有时需要不断的调整各透镜光焦度分配，不断尝试，才能获得最终符合要求的结果。
欢迎交流。
:学习一下[表情]  ( 12:11) &&欢迎讨论。
坐等楼主更新
:坐等楼主更新 ( 22:26) &&近期就会再发帖子。谢谢关注。
非常感谢 学习了&
:非常感谢 学习了& ( 23:01) &&客气，常交流。
学习一下，楼主写了好多好帖子
:畸变的矫正确实不容易，在选取初始结构的时候，就要考虑。有时需要不断的调整各透镜光焦度分配，不断尝试，才能获得最终符合要求的结果。 ( 22:17) &&调整各透镜的光焦度分配有什么技巧吗？另外看过您写的另外一个帖子《畸变的矫正》，里面提到“合理的改变光焦度分配，改变光线入射角度、场曲的大小，也是矫正畸变的有效办法”。&似乎赛德尔系数S4和S5并没有较为简单明显的关系。&
S4和S5对畸变都有影响。&&修改孔径光阑两边的正透镜光焦度。
:学习一下，楼主写了好多好帖子 ( 18:26) &&调整光焦度分配，对横向色差也会有影响。如果和畸变的矫正有矛盾，可以通过调整玻璃的阿贝数，对横向色差校正。
这个....................
欢迎交流。
谢谢分享，有用
:谢谢分享，有用 ( 13:27) &&常交流。。。
所谓畸变就是违反了h=f*tan（a),a为视场角，当a趋进90度时，tan(a)趋于无穷，所以，当视场接近90度时，畸变一定非常的大，而且为桶形畸变。
不错，受益了
:所谓畸变就是违反了h=f*tan（a),a为视场角，当a趋进90度时，tan(a)趋于无穷，所以，当视场接近90度时，畸变一定非常的大，而且为桶形畸变。 ( 22:09) &&不需要到180度，100度以上，就很难校正了。&&同时压缩入射光角度 和 校正光阑球差，是很难实现的。
:不错，受益了 ( 16:11) &&客气，常交流。
欢迎交流。。
非常不错，里面的设计原理正是我需要学习的。
:非常不错，里面的设计原理正是我需要学习的。 ( 15:35) &&常交流。。。
想请问一下设计一个150度、FNo为4、畸变小于10%的镜头可能吗？
:想请问一下设计一个150度、FNo为4、畸变小于10%的镜头可能吗？ ( 08:49) &&可以用对称结构吗？可以用非球面吗？
可用非球面，对称结构可能不是设计的目的。参数如下：&f=8mm,视场2w=150度，畸变小于10%，可见光，像质：80%衍射极限，F数4
:可用非球面，对称结构可能不是设计的目的。参数如下：&f=8mm,视场2w=150度，畸变小于10%，可见光，像质：80%衍射极限，F数4 ( 21:55) &&谢谢，请回复啊
:可用非球面，对称结构可能不是设计的目的。参数如下：&f=8mm,视场2w=150度，畸变小于10%，可见光，像质：80%衍射极限，F数4 ( 21:55) &&用非球面的话还是有可能满足要求的。
我现在设计了一个全市场90°，要求畸变小于1%，现在就面临的是光栏球差和入社角度压缩平衡，用了两个平凸非球面，效果也不是很好
支持支持支持支持支持11
支持支持支持
非球面校正畸变还是比较方便有效的。
学习了 楼主&&请问这个布乌苏通条件出处在哪里
:学习了 楼主  请问这个布乌苏通条件出处在哪里 ( 17:18) &&好早之前看的了。在一本英文资料上。&&各种像差是相互转换的。
楼主，布乌-苏通条件具体是什么，没听过？
:楼主，布乌-苏通条件具体是什么，没听过？&( 18:12)&&&国外书籍有讲到。其实就是说，大角度的畸变可以看作是光瞳的像差。光瞳像差校正不好，那么畸变就会很大。&&入射到镜头第一面的，各个角度视场的主光线的延长线，如果能汇聚到一点，畸变就比较小。反之，比较大。&比如鱼眼镜头……
好帖子，果断收藏
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变焦镜头藏玄机 监控镜头广角畸变可行吗
　　第1页：变焦镜头广角端：水平清晰度高　　喜欢玩拍照的MM们一定都知道，拿捏好一定角度后采用广角镜头拍照能够让你一秒变成瘦高条。且说这是广角镜头的神奇之处，不如说这是镜头发生畸变的问题。照相机中存在这样的抓拍效果，对于监控领域而言，换汤不换药的镜头畸变是否也能呈现出让人满意的图像效果，看过才知道。　　为了冲击人们的视觉效应，采用不同的镜头可以变幻出不同的图像效果，但是在监控系统中，人们对于图像画质的要求的看清楚，而并非有层次感、艺术感的大景深效果。显然，在理论上视频监控的广角"畸变"行不通，那么广角监控在实际效果应用如何，我们继续往下看。变焦镜头藏玄机 监控镜头广角畸变可行吗　　变焦镜头广角端：水平清晰度高　　对于变焦镜头来说，不同的焦距生成的图像大不相同。一般情况下用户会选择正常拍摄或略带广角端拍摄，通过同一款监控镜头的成像对比我们可以看出，零倍变焦和最大广角端时，测试图看出的水平清晰度数值。零倍变焦与最大广角端水平清晰度对比　　显然，广角端的水平清晰度测试要明显高于正常环境下的抓拍效果，那么这种广角的畸变是否有利于监控抓拍？首先我们要了解一下镜头畸变的种类。通过摄影师拿捏不同的角度，所形成的畸变也大不相同，主要有：枕型畸变、桶形畸变和线性畸变。如上图所示的，最常见的非桶形畸变莫属。　　第2页：广角"畸形"不失真　　用户在使用广角镜头或使用变焦镜头的广角端时，最容易察觉桶形失真现象。失真是由于光线的倾斜度大引起的，值得注意的是，该失真不破坏光束的同心性，从而不影响像的清晰度。　　广角"畸形"不失真　　通常一说到图像畸形大家肯定联想到图像是否会模糊，其实不然，通过上述的实例我们已经证明，广角畸变只是图像发生了扭曲现象，其实，正如笔者测试所看到的图像而言，广角端图像非但没有模糊反而清晰度数值更高，或许这就是"拉伸"之后呈现出的状态吧。当然对于图像"失真"传言自然也无功自破。广角端抓拍与正常抓拍对比　　为了进一步验证图像的广角端和正常环境抓拍的清晰度问题，笔者还是选择了上述监控摄像机，将成像模式选择了同一标准，通过实际的监控截图对比我们可以看出，除了可视化的角度不同外，对于一张图片而言的清晰度没有太大的差别，当然牺牲了可视角度后，自然拍摄到的实景相对清晰一些。　　针对变焦监控镜头的广角畸变，也有人会提出这样的观点，有些全景监控摄像机所拍摄出来的图像也并非正常效果，那么对此二者之间有什么差别吗？除了，鱼眼监控与广角监控之间的区别不仅是焦距mm数的不同，更重要的是镜头可视角度大小和对校正图像的畸变程度。　　在监控领域中，采用广角端监控所形成的图像畸变不会影响到正常的监控效果，但是用户在选择时也要熟悉被监控对象，对于所监视的物体的距离及视角是影响到变焦镜头的外部因素。
10/01 09:5409/10 10:17
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照相机镜头的焦距越短其视觉范围就越大，这是爱好摄影的人都知道的一个普遍真理。确实在实际拍摄过程中，短焦距镜头对于大多数摄影领域都是非常有用的。广角镜头最大的优势就是能获得广阔的视觉范围，给您的照片带来想象不到的冲击力。所以对于摄影爱好者多多地了解广角镜头的一些基础知识就显得十分有必要。尤其在数码摄影领域里，广角镜头对于我们经常使用的非全画幅数码照相机，它那图像感应器(COMS或CCD)小得不足35mm胶卷底片的可怜相，广角镜头在其身上真是锦上添花了，那超广角镜头就别提有多好了。
&&&&本文的主角是“超广角变焦镜头”，所以在此必须给什么叫“广角镜头”、什么叫“超广角镜头”下一个基本的定义，以免与上述表述发生混淆。因为照相机镜头种类的划分目前主要是以焦距的长短来定类的，尽管各种品牌有所不同，但大致八九不离十，尤其在光角镜头与超广角镜头的分类上几乎是“异口同声”，所以就比较好下“定义”了——以照相机镜头24mm—35mm(也有说是38mm的)焦距段为广角镜头；24mm(不含)以下焦距段为超广角镜头。实际上在谈四话题时，在严格意义上也没有绝对的就是应该以24mm作为严格的分水岭，从字眼上按照我国成语触类旁通的意思去推断，就不难理解世界上所有的事情都是没有绝对的。因此今天所说到的四问题，并非广角镜头就没有了，只是逐步表现的严重程度的不同而已了，当然焦距越短，尤其是超广角镜头越发明显而不得不被提了出来——四。
一是目前对于任何一款超广角镜头都有一个最佳光圈界，也就是在这个光圈界范围内其拍摄的效果是最好的，当光圈再小时就会发生明显的“衍射效应”，这个“衍射效应”就会明显地降低分辨率。对此，我们在选购镜头时确实需要能真正读懂它。
二是当照相机镜头焦距达到16mm段时通常会有明显的桶型畸变，这不过是超广角镜头的一大通病，全世界所有的超广角镜头几乎无一例外。
三是当照相机镜头处于35mm段时，上述的变形是非常微弱的。但超广角镜头第三个大毛病就是“暗角”，当小于35mm后逐渐明显，尤其在小于20mm后，暗角就会越发明显，特别在全开光圈的情况下，常常会出现1.5档左右的暗角，这是非常讨厌的。
四是超广角镜头的偏色问题。现在我们经常可以在照相机镜头说明书上看到——超低色散片，它就是用来纠正各种各样的成像偏差问题，诸如——色差、眩光、鬼影等等。
以上就是所谓的超广角镜头的“四大”毛病。但任何事情绝对不能一概而论。我仅仅说的是超广角镜头而言，在以往的文章中曾经对变焦镜头的利弊作过详细的分析，变焦镜头不同于定焦镜头。因为变焦镜头在设计和制造过程中对镜头的成像需要经过精确的计算，最根本的就是要考虑到各焦段之间的相对平衡，因此变焦镜头的成像质量是不可以与定焦镜头进行严格对比的。有的朋友可能会说，定焦镜头的质量肯定要比变焦镜头的要好，应该说也不一定完全正确。定焦镜头在一定程度上属于“死”镜头，而变焦镜头是比较灵活的，在取景和构图上定焦镜头是无法与其比拟的。尤其现在的专业变焦镜头与以往或普通变焦镜头完全不是一个概念了。严格意义上来说，全世界没有一款镜头是十全十美的，各种类型的镜头是针对各自的拍摄需求而设计的，根本就没有一款最好的“一镜走天下”的镜头的。因此，根据实际拍摄需要来选取最佳适用镜头是最最重要的。
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灯光紫边非常明显 紫边控制很好为解决色差问题，镜头厂商就想尽办法从镜片的构造入手，包括采用不同折射、散射特性的镜片组合以及低色散材料。例如Canon 以人工萤石晶体(CaF2)的低色散特性大大减少镜头色差，并于 1969 年推出首支采用萤石镜片的超远摄镜头 FL-F300mm f/5.6。色散评测可以采用如下方法，对高反差靶标（见下图）成像，测量中心视场、边缘视场高反差过渡带的RGB分量变化曲线，过渡带宽以及RGB分离较大说明色散严重。高反差靶标色差现象的实拍表现下面为某变焦镜头测试曲线图：广角中心色散 广角边缘色散长焦中心色散 长焦边缘色散
4．自动变焦、自动对焦、后焦调整，自动光圈自动变焦：监控通常要求全景大视场和局部区域放大两种兼而备之，及所谓镜头的广角端和长焦端，故而监控镜头需要通过大范围变焦来实现广角和长焦，也就是通过自动改变镜头焦距，在短焦时实现大视场，在长焦时实现高分辨率。景深与自动对焦：镜头在长焦端时，景深较小。通过下面的公式可以作出解释。公式中F为光圈数，δ为像元尺寸，L是工作距离，f是镜头焦距。以F=22，f = 300mm，δ=4.65μm，目标距离L=200m为例，景深范围约为（200+59=259m，200-37=163m），景深约为96m；当目标距离L=100m时，景深范围则变为（100+13=113m，100-10=90m），景深仅为23m。通过上面计算可以看出，长焦端监控时，对近距离目标和远距离目标不能同时保证清晰成像，因此需要自动对焦，即对不同的目标通过调整像距来改变聚焦面与CCD靶面的距离，达到清晰成像。后焦调整：一般镜头的自动对焦只能在一定范围改变像面位置，当调整到极限位置仍然不能保证像面与CCD靶面重合，此时就需要调整后焦，也就是人为改变CCD与镜头之间的距离，使成像清晰。后焦调整的原因是，镜头大范围变焦时，像距变化范围也很大，对于广角端，例如镜头焦距10mm，对30m~∞成像，像距约为10mm ~ 10.003mm，变化范围很小；当长焦端焦距300mm，对30m~300m清晰成像，则像距为300.3mm ~303mm，变化范围2.7mm，变化范围较大，由于景深原因，当长焦端对焦清晰后，变焦到广角端时，后焦可能超出广角端的像距范围，因此需要调整后焦保证广角端清晰。反复重复这个过程，使长焦端和广角端都能够清晰成像，就是后焦调整。自动光圈（F数）：全天候监控时，环境光强度变化时，镜头自动调节光圈使通光量改变以保证成像亮度。需要注意的是，当光圈改变后，景深也随之变化，低照度环境下大光圈采集图像，景深是比较小的，此时必须通过自动对焦才能保证不同距离目标的清晰成像。 5．抗逆光摄影镜头的抗逆光能力的大小，也是一个衡量镜头性能的重要指标之一。监控镜头设计要求能够适应各种环境下的拍摄，对镜头抗逆光的能力提出了很高的要求。通常在逆光条件下往往在拍摄到的照片上会发现意外形成的光斑或者鬼影，取景时特别是太阳出现在画面内或者画面周边，光斑的产生一直困扰着我们。它们产生的原因主要来至于镜片表面的反射以及镜头内部侧壁的反射。目前，为了消除这样的不必要的反射，通常采用的手法就是对镜片进行多层镀膜以及对内壁进行消光处理。镀膜能够增加光线通过镜片的通光量达到减少反射，最终减少由于多次反复于镜片之间的光线而有效降低逆光下光斑的发生。当我们观察镜片表面时，能够看到的颜色就是被反射回来的光线所至，一般来讲，颜色越深，越暗说明反射越少，该种镀膜越有效。另一方面，由于变焦镜头相比定焦镜头移动的镜片数量，行程也大，这一部分对应的镜筒内壁的消光处理也越难。我们只要将变焦镜头的光圈全开在灯光下就可以清楚地观察该镜头内壁的处理的效果了。通常消光处理工艺因厂家不同有很大的差异。为了量化比较镜头的抗光斑能力，可采取如下方法测试：在视场内放置标准MTF靶标，同时放置强光光源，形成逆光拍摄。此时比较线对对比度下降程度（即MTF退化）即可定量说明镜头的抗光斑能力。实际上，镜头抗光斑能力从图像上主观判断也是比较直观的。下图为几种镜头逆光拍摄效果对比，镜头水平一目了然SigmaAF70-200 CanonEF70-200 Nikon AF-S 80-200 6．其他考虑（偏振、滤光）偏光镜：光线在光滑物体表面反射会形成强烈的反光，自然光通常为圆偏振光，但经过反射后则形成线偏振光，此时使用偏振镜就可以消除这种反光。用于消除光滑镜面反光的偏振滤镜即偏光镜。在监控中经常会遇到玻璃反光景物的拍摄，例如下图，玻璃橱窗场表面反光导致内部景物不清晰，采用偏光镜后消除了表面反射光，内部景物清晰了。 中性滤光镜：简称ND。中色滤光镜对各种光的吸收率相等，是用来减低通过镜头的光量。当使用最小光圈或最快快门还曝光过度时，便需要中色滤光镜来减低曝光值。它分为二倍、四倍、八倍三种，所谓的倍数是指曝光倍数而言。 红外线滤光镜：它吸收红外线以外的所有可见光线，仅通过红外线。专用于红外监控。光学人生lm_opticalLM- END -推广： 蓝海光学：研发、生产玻璃非球面镜头
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