一、畸變

　　畸變（distortion）也稱為失真，是由于光闌球差的影響，不同視場的主光線通過光學系統后與高斯像面的交點高度不等于理想像高，兩者之差就是畸變。因此畸變只改變軸外物點在理想面上的成像位置，使像的形狀產生失真，但不影響像的清晰度。

　　畸變有正負之分。如圖a所示，一垂直于光軸的正方形平面物體，當鏡頭具有正畸變時，如圖b所示，稱為枕型畸變；當鏡頭具有負畸變時，如圖c所示，稱為桶型畸變。

　　畸變通常有兩種計算方法：光學畸變（Optical distortion）和TV失真（TV distortion）. 如圖所示，其計算方法為：

　　在機器視覺工程師非常關心的一個問題是：如何利用鏡頭畸變的參數來計算測量誤差？在此舉例說明。

　　若相機芯片為2/3’(對角線為11mm,像元尺寸為3.45um), 某鏡頭光學畸變率為dist=0.05%， 有y=5.5mm, 則Δy=dist*y/100=0.05%x5.5mm/100=2.75μm. 故此畸變導致像發生了2.75μm的偏移，小于一個像素。

　　二、分辨率

　　分辨率定義為：能被分辨開來的兩個物點（或像點）之間的最小距離，稱為鏡頭的物方分辨率，記為Resolution(物)（或像方分辨率，記為Resolution(像)）。單位為μm。

　　Resolution(物) = 0.61 x Wavelength/NA=1.22 x Wavelength x Fno.

　　Resolution(像) = 鏡頭放大倍率x Resolution(物)

　　解像力定義為：1mm內的黑白線對數, 記為Resolving power。單位為line/mm或lp/mm.

　　Resolving power = 1/ Resolution(像)

　　提到分辨率，大部分工程師會想到相機分辨率，而忽略鏡頭的分辨率對最終成像效果也起到關鍵作用。事實上，只有鏡頭分辨率和相機分辨率匹配，才能得到最佳成像效果。下圖直觀的表示出鏡頭和相機匹配對成像效果的影響。

　　那么鏡頭分辨率跟相機分辨率如何才能匹配呢？我們知道，物體是成像在相機芯片上的，物方的兩個點，經過鏡頭系統成像在相機芯片上的最小距離，只有如圖c所示時才能被分辨開來。若物方兩點成像在芯片上的距離如圖a, 圖b所示時，這兩點都不能被分辨開來。因此鏡頭的像方分辨率=2x像元尺寸時，說明此時鏡頭分辨率與相機完全匹配。如相機像元尺寸為5um, 鏡頭放大倍率為0.5倍。則有Resolution(物)=2x5μm/0.5=20μ m時，鏡頭與相機完全匹配。若Resolution(物)<20μm,>20μm, 說明此時相機過好，鏡頭分辨率將成為系統限制。

　　另外，鏡頭的物方分辨率與產品的精度也常被工程師混淆。

　　精度指的是測量值與真實值之間的差異。如產品真實值為1.0mm, 要求精度為±5μm, 則說明只要測量出的值在0.995mm~1.005mm間即為合格品。在機器視覺中通常根據客戶的FOV和精度要求算出相機的分辨率（如200萬像素），相機一旦選定，則相機的像元尺寸（如4.65μm）也確定了。選鏡頭時即可根據上面的方法來選擇分辨率匹配此相機的鏡頭，從而保證系統的精度要求。

　　而如果客戶描述的是需要觀察到物方大小為5μm的目標，則要求鏡頭的物方分辨率必須<10μm。

參考：
【1】https://www.dzoptics.com/blog/25-b116.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的镜头评价指标及测试方法(二)—畸变与分辨率的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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