论
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同一支工业镜头,中心拍出来很锐、边缘却发糊,或者直线拍出来变弯,问题往往不在像素和对焦上,而在像差。理想透镜应该把物点成像为一个点,实际透镜做不到,偏离理想成像的五种主要形式就是赛德尔像差:球差、彗差、像散、场曲和畸变。前三种主要影响清晰度,后两种更多影响几何形状。
球差是轴上像差。不同高度的光线经过球面透镜后焦点不在同一点,轴上点成像变成一个弥散斑。缩小光圈可以挡掉边缘光线、改善球差,但代价是进光量下降和衍射效应上升,所以光圈不是越小越好。彗差是离轴像差,离轴点发出的光束成像后像拖着尾巴的彗星,一侧亮、一侧拖尾,越往视场边缘越明显。像散则是子午面和弧矢面的焦点分离,离轴点在两个方向上无法同时合焦,拍出来的线条一个方向清晰、另一个方向模糊。
场曲是指清晰的像面本身不是平面而是弯曲的,中心对准了、边缘就离焦,边缘对准了、中心又虚了。实际使用中常表现为“全幅面无法同时清晰”,尤其在大幅面传感器上更明显。畸变与清晰度无关,只改变几何位置:桶形畸变让直线向外鼓,枕形畸变让直线向内凹。畸变不影响 MTF 读数,却会直接影响测量类应用的精度,做尺寸测量前必须先做畸变标定。
选型和验收时,建议分开看这几项:中心分辨率看球差和设计水平,边缘画质看彗差和像散,全幅面一致性看场曲,测量精度看畸变标定残差。测试时用分辨率板只能看到综合结果,想定位是哪种像差在捣乱,要结合点光源的弥散斑形状和不同视场位置的表现一起判断。镜头没有零像差的完美产品,工程选型永远是在这五项之间按应用需求做取舍。
球差是轴上像差。不同高度的光线经过球面透镜后焦点不在同一点,轴上点成像变成一个弥散斑。缩小光圈可以挡掉边缘光线、改善球差,但代价是进光量下降和衍射效应上升,所以光圈不是越小越好。彗差是离轴像差,离轴点发出的光束成像后像拖着尾巴的彗星,一侧亮、一侧拖尾,越往视场边缘越明显。像散则是子午面和弧矢面的焦点分离,离轴点在两个方向上无法同时合焦,拍出来的线条一个方向清晰、另一个方向模糊。
场曲是指清晰的像面本身不是平面而是弯曲的,中心对准了、边缘就离焦,边缘对准了、中心又虚了。实际使用中常表现为“全幅面无法同时清晰”,尤其在大幅面传感器上更明显。畸变与清晰度无关,只改变几何位置:桶形畸变让直线向外鼓,枕形畸变让直线向内凹。畸变不影响 MTF 读数,却会直接影响测量类应用的精度,做尺寸测量前必须先做畸变标定。
选型和验收时,建议分开看这几项:中心分辨率看球差和设计水平,边缘画质看彗差和像散,全幅面一致性看场曲,测量精度看畸变标定残差。测试时用分辨率板只能看到综合结果,想定位是哪种像差在捣乱,要结合点光源的弥散斑形状和不同视场位置的表现一起判断。镜头没有零像差的完美产品,工程选型永远是在这五项之间按应用需求做取舍。
