介绍
光学畸变是指图像中的直线出现不自然的变形或弯曲。镜头畸变分为三种类型：桶形畸变、枕形畸变和波形畸变（也称为胡须畸变）。值得注意的是，图像畸变的发生方式取决于镜头系统以及镜头是否可以从相机上拆卸。
一般来说，旋转对称光学系统的作用是形成与物体几何形状相似的图像。对于某些特殊系统，如鱼眼镜头，则存在一些例外，其几何条件是故意不保持的。理想情况下，此功能是根据透视投影的几何原理实现的。与理想图像几何形状的偏差称为畸变。
图1：桶形和枕形畸变示例
畸变是如何发生的？
畸变通常发生在图像边缘附近的像差。每种类型的畸变通常通过不同的变量产生。例如，桶形畸变通常是镜头完全变焦的结果，而枕形畸变最常发生在长焦镜头中。波形畸变则是由处于变焦模式的大角度相机引起，它结合了桶形和枕形畸变。
如何测量畸变
ISO 90391 是定义测量与相机分离的镜头方法标准。然而，有时您无法将镜头从相机中取下（例如在手机中），因此 ISO 9039 中描述的耗时方法将不适用。因此，引入了 ISO 178502 来定义使用相机镜头组合测量畸变的方法。
TV 畸变方法 (ISO 9039)
使用相机-镜头组合的最古老方法是 TV 畸变方法，用于分析电视摄像系统。此方法需要一个带有规则几何结构网格的 Test Chart，如下所示。
图2：TE260（左）点图和 TE251 网格图是两种常用的畸变测量图
TV 畸变方法本质上是一个系统，它显示从图像中心到角落逐渐增加的畸变。原始图像中直线的弯曲程度在图像顶部边缘进行量化（见下图）。弯曲程度与图像高度之比乘以100即为图像高度畸变的百分比。此方法符合 EBU Tech 3249 32493 中描述的过程。
图3：桶形（负）图像高度畸变
图4：枕形（正）图像高度畸变
线几何畸变方法 (ISO 17850)
特定的镜头系统（特别是移动设备中的小型镜头）会在最大图像高度处校正畸变。这些系统在距离光学中心较近的距离处表现出最高的畸变水平。由此产生的畸变类型通常是桶形和枕形畸变的混合，并用波形畸变一词来描述。
图5：产生枕形效应的线几何畸变
对于具有波形畸变的系统，即使图像中存在严重的畸变，测得的图像高度畸变也可能为零或接近零。我们可以将线几何畸变方法分解为三种不同的方法来测量这些系统的畸变，如 ISO 17850 中所述。
1) 水平线畸变
当垂直线 Ai 更靠近图像中心的垂直线而不是 Bi 时，此方法适用，使用公式 2：
否则，使用公式 3：
其中：
i = 代表每个图像高度的后缀；
Ai、Bi 和 V 应以输出图像中的 pixel 数量表示。
2) 垂直线畸变
当水平线 αi 更靠近图像中心的水平线而不是 βi 时，使用此方法，使用公式 4：
否则，使用公式 5：
其中：
i 是代表每个图像宽度的后缀；
αi、βi 和 V 应以输出图像中的 pixel 数量表示。
3) 总线畸变
总线畸变计算如下：
Dlinei 的符号代表水平或垂直线畸变中较高的绝对值。
局部几何畸变方法 (ISO 17850)
当单一畸变值不足时，使用局部几何畸变方法。换句话说，我们需要一个畸变函数来校正图像处理中的畸变。请记住，当需要处理特定的图像高度时，局部几何畸变更为可靠。
测量局部几何畸变时，我们假设靠近光学中心的畸变为零。然后，您可以根据图像中心九个结构 (3x3) 的几何位置计算一个规则网格。此网格将扩展到整个图像，并定义每个结构的标称位置。
图6：用于确定局部几何畸变的H值
畸变然后使用以下公式测量：
其中：
H* 是点到图像中心的距离
H 是基于扩展规则网格的点到图像中心的标称距离。
如果从局部几何畸变中得出单个数值，则报告图像任何几何结构测得的最大畸变。
ISO 17850 详细描述了此方法。
结论
图像畸变是指图像中的直线出现不自然的变形或弯曲，从而产生不同类型的畸变，包括桶形、枕形和波形。畸变通常是镜头几何形状的结果，会显著影响图像质量。
测试和分析镜头畸变对于确保高图像质量至关重要。我们建议遵循 ISO 17850 并使用适当的 Test Charts，通过不同的镜头功能（例如变焦）捕捉各种图像。然后，我们建议使用评估软件（例如 iQ-Analyzer-X）分析结果，以了解如何改进相机系统。