什么是图像畸变？

畸变作为光学系统中经常提到的一个参数，是限制光学量测准确性的重要因素之一。它是光学系统对物体所成的像相对于物体本身而言的失真程度，只引起像的变形，对像的清晰度并无影响。

对于理想光学系统，在一对共轭的物像平面上，放大率是常数。但是对于实际的光学系统，仅当视场较小时具有这一性质，而当视场较大或很大时，像的放大率就要随视场而异，这样就会使像相对于物体失去相似性。这种使像变形的成像缺陷称为畸变。畸变定义为实际像高与理想像高差，而在实际应用中经常将其与理想像高之比的百分数来表示畸变，称为相对畸变，即

常见的畸变类型

• 桶形畸变：

在桶形畸变中，图像放大率随与光轴的距离而减小，体现在图像呈球体（或桶）周围映射的效果。鱼眼镜头具有半球形的视角，它利用这种变形来将无限宽的物平面映射到有限的图像区域。在变焦镜头中，桶形畸变出现在镜头焦距范围的中间，而在该范围的广角端最严重。

• 枕形畸变：

在枕形畸变中，图像放大率随距光轴距离的增加而增加。可见的效果是，未穿过图像中心的线像枕形一样向内弯曲，朝向图像中心。

机器视觉中的图像畸变

• 图像畸变带来的影响

光虎视觉认为许多检测应用需要非常精确的测量，尽管通过亚像素插值的软件算法可以提供非常精细的测量结果，但是如果创建的图像有任何变形，它们也无法提供准确或可重复的结果。

所以，选择合适的光学器件是测量系统能否成功的关键。幸运的是，运用一些光学原理，可以使用双远心镜头，该类镜头可以克服物体位置的变化、物体上的高度差以及其他可能导致软件处理不正确的图像信息的问题。所以合理使用双远心镜头可以很好的解决图像的畸变问题。

• 远心的重要性

透视误差，也称为视差，是我们日常体验的一部分。实际上，视差是使得大脑解释3D世界的原因。距离我们较近的物体看起来相对较大，举个简单的例子：想象某人站在一组铁轨，紧挨着它们的前面，两根铁轨相距不远，看似平行。当朝地平线看去时，这些平行的轨道似乎会聚在一起。我们知道它们实际上并没有在远处的某个地方聚集在一起，否则火车会飞离轨道，但是这种感知方式至关重要。

在常规成像系统中也存在该现象，其中物体的感知尺寸（其放大率）随着其距透镜的距离而变化。双远心镜头在光学上可以纠正这种情况，因此在镜头所定义的范围内，无论距离如何，物体都保持相同的感知大小。在铁轨的示例中，双远心镜头会使铁轨看起来相距相同的距离，而不管它们是在镜头的前面还是在地平线上。

• 双远心镜头的优势

光虎视觉认为对于许多应用，都需要双远心，因为它在一定的工作距离范围内提供近乎恒定的放大倍率，实际上消除了视角误差。这意味着对象移动不会影响图像放大率。

在具有双远心的光学系统中，物体离近或远离镜头不会导致图像变大或变小。此外，沿光轴方向具有深度范围的对象不会出现倾斜。例如，圆柱的轴平行于光轴的圆柱物体在远心镜头的像平面中看起来是圆形的。在非远心镜头中，同一物体看起来顶部是椭圆形的，而不是圆形的，并且侧面是可见的。

值得一提的是，在具有双远心的光学系统中，聚焦或故意散焦的图像平面运动不会改变图像大小。双远心镜头的另一个优点是，它可以提供极其均匀的图像平面照明。

双远心镜头在大多数情况下可以提供当今市场上最低的失真水平（畸变），这大大的提高了它们提供可靠的视觉系统的能力。

随着当今机器视觉系统的需求不断增长，选择正确的光学组件比以往任何时候都更加重要。光学系统是调节图像以进行分析的关键部分，因此不应忽视。每当需要进行关键测量时，都需要考虑使用双远心镜头来产生能够真正提供所需结果的系统。