镜头也论分辨率？畸变率和远心度又是什么？

上一期我们讲了对比度和均匀度，今天我们来讲一讲另一个容易和别的领域混淆的参数，镜头参数中的分辨率。

和屏幕的分辨率不同，镜头的分辨率不是用横×高的形式，主要是因为光学成像系统的分辨率不描述像素数，描述的是一毫米能分辨的清的线对数来表示的，如下图1-1所示。一对黑线和白线称为线对。分辨率的单位为线对每毫米（lp/mm）。分辨率一般由N.A（数值孔径）和波长来决定。

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分辨率为两点间在无法识别前，能靠近的最近距离测量值，举例说明，当1mm的线对数达到56对时，黑线和黑线开始连在一起分辨不清，那我们说该镜头的分辨率为55lp/mm。

分辨率作为光学系统成像质量的评价方法并不是一种完善的方法，主要是分辨率的测量受到很多条件影响，比如用于分辨率检测的鉴别率板本身，检测时的亮度，检测用的接收器等等因素，比较明显的是，光学成像系统的分辨率也会被系统的反差影响，即上一篇文章讲解的对比度，如图1-2所示。总的来说用分辨率来描述一套光学系统并不足够准确，但由于分辨率指标单一，便于测量，在光学系统的像质检测中依然得到了广泛应用。

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聊完了那些容易和别的领域混淆的参数，我们来聊一聊比较常出现在光学成像系统的参数，那就是畸变，也叫失真。指信号在传输过程中与原有信号或标准相比所发生的偏差。在理想的放大器中，输出波形除放大外，应与输入波形完全相同，但实际上，不能做到输出与输入的波形完全一样，这种现象叫失真。那么在多种系统中都存在畸变，我们这里主要讲物理畸变和摄影畸变。

1、物理畸变

它是像差的一种。物体上的直线经过透镜成像后变成弯曲的现象。畸变是由于透镜的放大率随光束和主轴间所成角度改变而引起。光线离主轴越远，畸变越大，但是若与主轴正交并通过主轴，则不发生畸变。放大率随入射角度增加而增大时称正畸变；放大率随入射角度增加而减小时负畸变。换句话说，若物点离开光轴越远，放大率越大，就产生畸变，如果物点离开光轴越远，放大率越小则产生负畸变。特别是镜片屈光度大时，像的畸变现象严重。由于畸变，看物体，像失去了原来的正确形状。减小畸变的方法是，对单一透镜改变镜片的外形，采用更佳的外形可以使畸变减小到更小程度。

2、摄影畸变

拍摄四方形的物体时，使周围拍成卷翘或膨鼓的现象。使用焦距长的镜头不易做到，但用广角镜头，则明显。由于主光线的光路偏离而引起的成像缺陷。当光学系统校正好球差、彗差、像散和像面弯曲四种像差时，主光线与高斯像面的交点即为像点所在，并且是清晰的。但是当主光线与高斯像面的交点高度y与相应物点的理想成像高度y不等时，使像发生变形，与原来物体不相似。常见的畸变有枕形畸变和桶形畸变。

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在一般的光学系统中，只要畸变引起的图像变形不为人眼所觉察，是可以允许的，这一允许的畸变值约为4%。但是有些需根据图像来测定物体尺寸的光学系统，如航空测量镜头等，畸变则直接影响测量精度，必须对其严加校正，使畸变小到万分之一甚至十万分之几。

这里我们再讲解一个在远心镜头中常提到的参数——远心度。远心度是描述主光线偏离于光轴的角度，角度越小远心度越好，成像就越精确。

我们以图3-1为例子，我们使用远心镜头观察一斜面，由于远心设计可以消除成像的透视效果，也就是说不会出现近大远小的现象，那么此时的成像应该是一个长方形。但如果镜头的远心度不好，那么成像结果就会呈现梯形畸变，这种梯形畸变本质上是透视误差。由于远心镜头被设计为只接受平行光，所以理论上光线不应该有偏离角度，一个理想的远心镜头远心度是0°，此时完全没有透视误差。

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3-2 光虎远心镜头实测画面，正在测试镜头全视野远心度和畸变率一致

【来源：光虎光学】