畸變

畸變，通常也被錯誤地稱為（光學）畸變，是光學系統的幾何像差，會導致鏡頭方程中成像比例的局部變化。 隨著像點和光軸之間的距離增加，比例的變化基于放大率的變化。 因此，畸變圍繞一點旋轉對稱，即畸變的對稱點，也稱為畸變中心。 畸變的原因在于孔徑或極限透鏡直徑，它們使具有球面像差的光學系統主平面前后的圖像光束變窄。 這意味著可用于構建光束路徑的部分光束被消隱。 與沒有孔徑的光學系統相比，這改變了主光線的方向并導致畸變。

隨著放大率向像場的邊緣增加，正方形呈枕形。 反之則稱為桶形畸變。 高階的畸變也可以出現，不同階的疊加可以得到直線的波浪圖像（“波浪畸變”）。

對于日常使用的光學設備，畸變通常不是明顯的缺點，因此有時會被接受。 近視眼鏡的邊緣有一個強烈的桶形畸變。

在具有多個鏡頭的設備中，例如望遠鏡，可以通過光學校正保持較小的畸變：

• 使用不同曲面和不同厚度的鏡片
• 不同鏡片的折射率不同的玻璃類型（冠玻璃、火石玻璃）。

這些無畸變的光學元件稱為正視透鏡系統。 然而，對于視覺使用的光學器件，為了消除令人不安的地球效應，有意實施枕形 畸變 并不少見。

如果攝影圖像用于精確測量，則可以使用適當校正的鏡頭系統，例如遠心鏡頭。 另外，剩余的畸變可以在評價圖像時通過測量確定并通過計算補償。

鏡頭的畸變不應與透視失真混淆。 透視失真來自于以某個角度觀看場景，在此過程中丟失縱橫比（角度）。 因此，從任何中心角度傾斜地觀察一個平面正方形將被扭曲成一個一般的四邊形。

已經專門為攝影測量中的圖像測量開發了方法，以建模和計算鏡頭的畸變（相機校準）。

通過反轉這些模型，可以補償圖像的實際畸變并計算無失真圖像。 如果圖像中心的再現比例保持不變，則桶形畸變校正后的圖像變大，枕形畸變校正后的圖像變小。 一些軟件在桶形失真校正期間保留原始縱橫比并在邊緣裁剪有用的圖像信息，即使更大、未失真的矩形圖像也是可能的。

等值線上的數字表示以微米為單位的補償量。 箭頭的長度對應于變化長度的十五倍。 坐標 u 和 v是相對于圖像中心的圖像坐標。

數碼相機系統，例如微型四分之三系統，可以將個別鏡頭屬性（例如畸變的特性）轉移到相機機身，從而能夠在相機或后續圖像處理中對這種幾何像差進行自動數字補償。

在下文中，半徑描述了圖像點（在傳感器上）與光軸的距離。

對于完美的透鏡，半徑保持不變，適用以下公式： r s r c = r d s t 。

在攝影中，畸變經常被刻意用作一種藝術工具。 畸變效果是故意的，尤其是魚眼鏡頭。

在電影和視頻領域，寬銀幕格式的變形圖像是由特殊的相機和鏡頭系統帶來的。最初，變形工藝用于在電影院中實現寬銀幕格式，而無需改變標準膠片格式中通常的 35 毫米膠片材料。 寬屏圖像在拍攝過程中通過有針對性的失真進行了壓縮 - 并在電影院播放過程中通過相反的鏡頭排列再次均衡。 這開創了寬銀幕電影時代——無需完全更換現有的攝像機和投影技術。

但不僅長寬比受到變形技術的影響：創造了一種被認為是迄今為止最先進技術的電影風格。 許多電影效果都基于變形鏡頭并創造出“電影效果”：減少景深以更好地分離前景和背景、橢圓形照明效果（散景）、扭曲的寬屏顯示、彩虹色的橢圓形光反射、條紋用作藝術工具的眩光、光暈和故意失真。