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[我分享] 有关光学畸变和tv畸变的详细解释

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  • TA的每日心情
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    小白

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    发表于 2022-11-21 15:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
    前提:轴对称系统且视场设置为物方角度的情况下。先看一张图,这张图论坛里就有。

    图一

    对于光学畸变大家都不陌生,图左就是光学畸变的计算方式,其中Y也就是真实像高,可用reay操作数获取。Y0是理想像高,可用pary操作数获取,在手册中pary是近轴光线Y坐标,也就是理想像高。光学畸变利用场曲畸变图(畸变图下方)和dist操作数获取。在我们计算一个系统中,大部分人都知道一个普遍的对应关系,也就是下图:

    图二

    f×tanθ=IH,其中f为焦距,θ为半视场角,IH为半像高。但是这有个前提也就是小视场角的无畸变系统。对于大视场(广角及以上),这个公式通常是不适用的,因为有了畸变的影响,如果还想用这个公式的话,IH就表示为理想像高,也就是近轴像高。通常情况下看系统理想像高没什么意义,所以简单推导一下焦距、视场角和真实像高之间的公式。其实很简单,由D0=(Y-Y0)/Y0可得Y0=Y/(1+D0),其中Y0为理想像高、Y为真实像高,D0为光学畸变,我省略了百分号。那么有畸变的系统,焦距视场角和像面之间的对应应该是:
    f×tanθ=Y/(1+D0)

    对于TV畸变的计算方式图一写的很清楚,zemax有一个操作数是SMIA,但是单纯用操作数是无法计算tv畸变的,我从隔壁搞来了一个计算tv畸变的宏,因为本人是初学者,对于宏不太了解,所以是对是错由大家判断,我放在附件给大家。

    写光学畸变的缘由是因为逛论坛的时候看到了一个公式,写的是f×tanθ=H(1-dist),我一直在用这个公式控制焦距和像面的大小,可是每次感觉都不对劲,仔细研究了一下发现这个公式不太对。在此记录一下自己的思考过程,希望能为像我一样的在考虑应对关系时候的兄弟姐们们能有一丝丝的帮助。如有问题请指正。


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    发表于 2022-11-30 10:28 | 显示全部楼层
    Distortion Focal Length和近轴焦距EFFL是不同的概念,在zemax畸变曲线的文本页面查看参考像高Ref. Height        和系统数据的近轴像高Paraxial Image Height也是不同的
    Y0=Ftanθ,这里的F并不是EFFL,而是Distortion Focal Length;Y0不是近轴像高,而是参考像高
    EFF的计算过程:Zemax追迹一根傍轴光线,(Hx, Hy, Px, Py) = (0, 0, 0, 1E-8) 这里具体1E-8即取一无穷小值,显然EFFL的大小和像面在什么位置无关
    但是畸变大小,显然和像面位置相关。定义Distortion focal length的时候,是追迹一根小视场主光线,即(Hx, Hy, Px, Py) = (0, 1E-8, 0, 0),视场取无穷小。光瞳坐标取0代表主光线追迹
    接近0视场,我们默认畸变为0,即yref = ychief = ftanθ,而ychief和θ都是可以通过追踪真实光线来获取的。我们可以根据上式倒算出此时的焦距F,它就是Distortion focal length,它显然和像面位置的选取有关。
    具体可以去知乎翻一下,从知乎一个大佬的帖子看的哈

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     楼主| 发表于 2022-11-30 11:44 | 显示全部楼层
    dmh 发表于 2022-11-30 10:28
    Distortion Focal Length和近轴焦距EFFL是不同的概念,在zemax畸变曲线的文本页面查看参考像高Ref. Height         ...

    你说的有道理,我只是讨论近轴焦距、实际像高、视场角和畸变大小之间的关系,至于您说的“畸变焦距”我还没有见到过,因为一般参数给的都是EFFL,所以我觉得畸变焦距对于设计帮助不大,讨论起来意义也不大,因为简单来说“畸变焦距”就是在有畸变下的焦距罢了。
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    发表于 2022-11-30 14:47 | 显示全部楼层
    华氏968 发表于 2022-11-30 11:44
    你说的有道理,我只是讨论近轴焦距、实际像高、视场角和畸变大小之间的关系,至于您说的“畸变焦距”我还 ...

    我的意思是你公式里的焦距不是近轴焦距,Y0也不是近轴像高,近轴的概念是针对孔径大小,和视场无关哈
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     楼主| 发表于 2022-11-30 16:18 | 显示全部楼层
    dmh 发表于 2022-11-30 14:47
    我的意思是你公式里的焦距不是近轴焦距,Y0也不是近轴像高,近轴的概念是针对孔径大小,和视场无关哈

    你说的这个畸变焦距我可以理解,这么说畸变焦距和近轴焦距也不会差很多。Y0是参考像高,我想问一下参考像高是什么?我不太理解,我说是近轴像高其实是理想像高的意思,孔径多大是无所谓的。近轴概念的话我孔径和视场还是分得清的
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    发表于 2022-11-30 17:02 | 显示全部楼层
    哈哈,就是理想像高,只不过焦距计算是用小视场光线计算得到的
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     楼主| 发表于 2022-12-1 11:55 | 显示全部楼层
    本帖最后由 华氏968 于 2022-12-1 11:57 编辑
    dmh 发表于 2022-11-30 17:02
    哈哈,就是理想像高,只不过焦距计算是用小视场光线计算得到的

    那这么说我这式子也没啥毛病,effl是近轴焦距,Y0是近轴像高,都是理想情况下的。就算f换成你说的畸变焦距,大小差不了多少,我只是用这个公式计算一下参数之间的关系,不用那么精确,谢谢你的纠错。
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    发表于 2022-12-1 15:44 | 显示全部楼层
    华氏968 发表于 2022-12-1 11:55
    那这么说我这式子也没啥毛病,effl是近轴焦距,Y0是近轴像高,都是理想情况下的。就算f换成你说的畸变焦 ...

    我其实有个畸变的其他问题,双远心镜头zemax里F-Tan(theta)畸变曲线是怎么计算出的
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    发表于 2023-10-26 09:45 | 显示全部楼层
    请问公式中的D和V分别是指什么啊
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    发表于 2023-10-26 10:18 | 显示全部楼层
    铁憨憨 发表于 2023-10-26 09:45
    请问公式中的D和V分别是指什么啊

    对角线视场和垂直视场
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