鱼眼镜头光学设计
鱼眼镜头的光学系统设计
图 空和 交 面 光折 图 ２ 气 水 界 上 的 射
ｂ ｅｎ ｎ ｅ ｅ ｄ ｅ ａ ｗ
统的结构不能太复杂 ，体积要小．文 中设计 了一个 ８ １ 片的鱼眼镜头光学系统． 组 １
２ １ 计指 标 ．设
设计一个焦距为 １ ｍ，Ｆ数为 ２ ８ ０ ｍ ． ，系统总长约为 ８ ｍ的 表１ 鱼眼镜头系 ０ｍ 统相关设计参数
凹透镜 ， ４组是弯 月型凸透镜 ，第 ４组之 第 后为滤光镜 ，之后为第 ５组凸透镜 ，再之后 便是双胶合透镜组 ６和 ７ ，最后就是第 ８组凸 透镜 ） ，如图 １ 所示 （ 从左 至右依 次为 １ ８ —
组 透镜 ） ．
［ 收稿 日 ］２１ — ４— ４ 期 ０ １ ０ １ ［ 回 日 ］２ １ － ７ ０ 修 期 ０１ ０ － ８ ［ 基金项 目］福建省 自然科 学基金青年创新项 目 （０００１４ ；福建省教育厅 Ａ类科技项 目 （Ａ ０４ ） ２１Ｊ ４ ） ５ Ｊ １２８ ；国家 自然科学基金 （１５０７ ；厦门理工学院高层次人才科技项 目 （ Ｋ００５ ） ６０００） Ｙ Ｊ １Ｒ ９ ［ 作者简 介］许英朝 （９ １ ，男 ，讲师 ， １８ 一） 博士 ，从事 光学设计 、光学 检测 、Ｌ Ｄ照 明设计 研究．Ｅｍ ｉ ｙｘ Ｅ －ａ： ｕ ｌｃ
鱼镜光系． 眼 头 学统
２ ２ 设 计结 果与 像差分 析 ．
ｒ。 ａ１ ｂｉ ｆ ｓ
许 英朝 ，林 洪 沂 ，朱文章
（ 门理工学院数理系 ，福建 厦 门 ３ １２ ；厦 门理工学院福建 省高校光 电技术重点实验 室，福建 厦 门 ３ １２ ） 厦 ６０ ４ ６ ０４ ［ 摘 要］鱼 眼镜 头是一种 焦距极短但视 角很 大的镜 头． 紧凑型鱼 眼镜 头光 学 系统的 工作 波段 在 可见
Zemax光学设计：一个240度鱼眼镜头的设计参考
Zemax光学设计：一个240度鱼眼镜头的设计参考主要设计指标：
（该设计参考《车载全景鱼眼镜头的设计与制造_刘言》。
）设计仿真：
.
1.初始结构
.
结合设计要求，选取专利US8873167B2中的一个设计。
初始结构如下图：
从上面的光学系统参数中可以看出该光学系统由七个玻璃镜片组成。
在初始结构的基础上，需要做如下优化：
（1）该专利的视场角为182°，需要进一步加大视场角达到240°；
（2）f-number修改为2.2；
（3）进一步提高像质；
.
2.设计与优化
.
首先输入系统特性参数，如下：
在系统通用对话框中设置孔径。
在孔径类型中选择“Image Space F/#”，并根据设计要求输入“2.2”；
需要打开光线对准，如下图：
在视场设定对话框中设置5个视场，要选择“Angle”，如下图：
在波长设定对话框中，设定F,d,C，如下图：
查看LDE：
2D Layout：
点列图：
查看Ray Fan：
查看场曲/畸变：
相对照度：。
鱼眼相机成像原理
鱼眼相机成像原理
鱼眼相机是一种特殊的相机，其成像原理与普通相机不同。
鱼眼相机是一种广角镜头，通常具有非常大的视角，可以拍摄到接近180度的画面。
其成
像原理主要基于光学原理中的全反射和光路可逆原理。
当光线进入鱼眼镜头时，它会经过全反射，然后通过透镜组将光线汇聚到图像传感器上。
由于鱼眼镜头的前镜片凸出，光线在经过透镜组时会发生严重的畸变，形成一种类似于鱼眼观察效果的效果。
这种畸变使得画面中心部分的景物保持不变，而边缘部分的景物则发生弯曲变形，形成强烈的透视感和深度感，使画面呈现出强烈的视觉冲击力。
除了全反射和光路可逆原理外，鱼眼相机还采用了特殊的透镜设计和图像处理技术，以实现大视角、高清晰度和低畸变的效果。
这些技术包括多片透镜组合、非球面透镜、超广角技术等。
总之，鱼眼相机通过特殊的透镜设计和图像处理技术，实现了大视角、高清晰度和低畸变的效果，为摄影者提供了富有想象力和视觉冲击力的拍摄效果。
球幕投影数字鱼眼镜头的光学设计
球幕投影数字鱼眼镜头的光学设计李维善;陈琛;刘宵婵;张禹【摘要】采用“非相似”成像原理,利用Zemax光学软件设计了一款适用于1.60 cm(0.63英寸)3LCD数字投影机的球幕投影数字鱼眼镜头.镜头结构是一种反远距型光学结构,由5组6片球面透镜组成,具有结构简单、易加工等特点.镜头全视场角为180°,焦距为3.28 mm,相对孔径为1/1.9,后工作距离为35.8mm,光学总长为196mm.镜头具有较高的成像质量,在50 lp/mm处,各个视场的MTF值均大于0.4,最大垂轴色差为4.5 μm,全视场的F-theta畸变绝对值小于3％,最大视场的像面相对照度达到96.27％.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2016(037)001【总页数】6页(P39-44)【关键词】光学设计;球幕投影;数字鱼眼镜头;相对照度【作者】李维善;陈琛;刘宵婵;张禹【作者单位】秦皇岛视听机械研究所,河北秦皇岛066000;秦皇岛视听机械研究所,河北秦皇岛066000;秦皇岛视听机械研究所,河北秦皇岛066000;秦皇岛视听机械研究所,河北秦皇岛066000【正文语种】中文【中图分类】TN946.1;TH703鱼眼镜头，也叫全景镜头，属于超广角镜头中的一种特殊镜头，镜头的前镜片呈抛物状向镜头前部凸出，与鱼的眼睛颇为相似，“鱼眼镜头”因此得名。
鱼眼镜头被广泛地应用在摄影、电影、投影、监控以及医疗等领域。
鱼眼放映或投影镜头最早出现在20世纪70年代的胶片球幕电影系统中，其投射出的影像大而清晰，自观众面前延至身后，且伴有立体声环音，使观众具有强烈的临场感和空间感[1]，因此，在电影领域受到极大的欢迎。
现在随着数字视频制作技术和数字投影机技术的快速发展，由单台数字投影机和单只数字鱼眼投影镜头结合的单机位球幕投影，因系统稳定性高、成本低、易维护等优点已成为球幕投影的主流技术，在球幕投影应用中越来越受到青睐，已经广泛应用于天文、地理教学、科普宣传、展览展示、娱乐业等领域[2]。
适马8mm鱼眼镜头测评
适马8mm鱼眼镜头测评引言。
鱼眼镜头是一种非常有趣的摄影镜头，它可以捕捉到非常宽广的画面，呈现出独特的视觉效果。
而适马8mm鱼眼镜头作为其中的一款代表作，备受摄影爱好者的喜爱。
今天我们就来对这款镜头进行一次全面的测评，看看它的表现如何。
外观设计。
适马8mm鱼眼镜头采用了金属外壳，手感非常扎实，给人一种高端的感觉。
镜头表面覆盖了一层特殊的涂层，能够有效地防止指纹和灰尘的附着，保持镜头的清洁。
此外，镜头的重量适中，携带起来非常方便，是一款非常适合出行拍摄的镜头。
光学性能。
适马8mm鱼眼镜头采用了特殊的光学设计，能够在捕捉画面时呈现出非常广阔的视野。
镜头的光圈设计也非常出色，能够在不同光线条件下保持出色的成像质量。
此外，镜头的透镜采用了高品质的玻璃材质，有效地减少了色散和畸变，保证了成像的清晰度和真实性。
成像效果。
适马8mm鱼眼镜头在成像效果方面表现非常出色。
它能够捕捉到非常广阔的画面，呈现出独特的视觉效果。
镜头的畸变控制也非常出色，能够在画面边缘保持较好的成像质量。
此外，镜头的色彩还原也非常真实，能够准确地呈现出拍摄场景的色彩和细节，给人一种非常震撼的视觉体验。
使用体验。
适马8mm鱼眼镜头的使用体验也非常出色。
它采用了先进的自动对焦技术，能够在不同拍摄场景下快速准确地对焦。
此外，镜头的操作也非常简单，即使是初学者也能够轻松上手。
镜头的防抖性能也非常出色，能够在拍摄运动或者手持拍摄时保持稳定的成像效果。
总结。
适马8mm鱼眼镜头作为一款专业的摄影镜头，表现非常出色。
它具有优秀的光学性能，能够呈现出非常广阔的画面，成像效果也非常出色。
此外，镜头的外观设计和使用体验也非常出色，是一款非常值得推荐的摄影镜头。
如果你是一名摄影爱好者，那么适马8mm鱼眼镜头绝对不会让你失望。
鱼眼镜片原理资料
鱼眼镜头的原理鱼眼相机是指带有鱼眼镜头的相机，是一种焦距极短并且视角接近或等于180°的镜头。
16mm或焦距更短的镜头。
它是一种极端的广角镜头，“鱼眼镜头”是它的俗称。
为使镜头达到最大的摄影视角，这种摄影镜头的前镜片直径且呈抛物状向镜头前部凸出，与鱼的眼睛颇为相似，“鱼眼镜头”因此而得名。
鱼眼镜头属于超广角镜头中的一种特殊镜头，它的视角力求达到或超出人眼所能看到的范围。
因此，鱼眼镜头与人们眼中的真实世界的景象存在很大的差别，因为我们在实际生活中看见的景物是有规则的固定形态，而通过鱼眼镜头产生的画面效果则超出了这一范畴。
众所周知，焦距越短，视角越大，因光学原理产生的变形也就越强烈。
为了达到180度的超大视角，鱼眼镜头的设计者不得不作出牺牲，即允许这种变形（桶形畸变）的合理存在。
其结果是除了画面中心的景物保持不变，其他本应水平或垂直的景物都发生了相应的变化。
也正是这种强烈的视觉效果为那些富于想像力和勇于挑战的摄影者提供了展示个人创造力的机会。
鱼眼相机的应用：1．令人感兴趣的前景可以产生强大的视觉冲击力；2．景深范围可从几厘米到无限远；3．选择尽可能少的线、面作为被摄物；构图时尽量将被摄主体置于画面中心，这样做可使畸变最小；4．相反，选择尽可能多的水平线条及易辨认的景物置于画面的边缘，可使畸变效果最大；5．取景时注意观察取景器的边缘，看是否有摄影者的手、脚、相机带或摄影者本人被摄入镜头，以免影响画面的艺术效果；6．对于多数鱼眼镜头来说，常用的滤色镜无法使用。
7．用于制作基于现实场景的全景图象，广泛用于娱乐、房地产、博物馆、学校等机构的宣传及展示项目。
亦见于谷歌地图的街景功能。
镜头的组成部分人眼的结构鱼眼的结构鱼眼镜头是一种超广角的特殊镜头，其视觉效果类似于鱼眼观察水面上的景物，我们知道,鱼的眼睛其实同人眼构造类似，但是人眼的水晶体是扁圆形的，因此可以看到更远处的东西，而鱼的眼睛水晶体是圆球形，因此虽然只能看到比较近的物体，却拥有更大的视角，也就是看得更加广阔，直说一鱼眼的水晶体弧度会如此高，主要就是为了应对水中光线的折射率问题，我们看杯子中的筷子会觉得筷子变弯了，这就是典型的折射。
球幕投影通用型变焦鱼眼镜头设计
Ｏ ． ９ ５ ｉ ｎ ） 芯片尺寸及 １ ６： ９和 ４： ３两 种 芯 片 长 宽 比的 数 字 工 程 投 影 机 使 用 ， 像 面位 移 量 控 制 在 士０ ． ０ ３ ｍｉ Ｄ ＿ 以 内 。该
键 词： 光 学设 计 ； 变焦 鱼 眼 镜 头 ； 球幕投影 ； 像 面位 移 ； 线性补偿 ； 凸轮 曲线 文献标识码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ７ ８ ８ ／ Ｏ Ｐ Ｅ ． ２ ０ １ ３ ２ １ ０ ２ ． ０ ３ ２ ３
第 ２ １ 卷
第 ２ 期
光 学 精 密 工 程
Ｏｐ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｖｏ １ ． ２ １ Ｎｏ ． ２ Ｆ ｅ ｂ ． ２ Ｏ １ ３
２ ０ １ ３年 ２月
文章编号
１ ０ ０ ４ — ９ ２ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ３ ２ ３ — １ ３
ｗａ ｓ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ．Ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ， ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｉ ｓ ｈ ｅ ｙ ｅ ｌ ｅ ｎ ｓ ，ｔ ｈ ｅ
设 计 可 以 满 足 投 影 鱼 眼 镜 头 的常 规 投 影 及 通 用 性 要 求 ， 结构简单 ， 工艺性强 。
关 中 图分 类 号 ： ＴＨ７ ０ ３ ； ＴＨ７ ４ １ ． ５
Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｔ ｙ ｐ ｅ ｚ ｏ ｏ ｍ ｆ ｉ ｓ ｈ ． ｅ ｙ ｅ ｌ ｅ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｄ ｏ ｍｅ － ｓ ｃ ｒ ｅ ｅ ｎ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ
鱼眼镜头王建利资料
鱼眼镜头畸变校正 2.2.鱼眼镜头畸变校正
• 2、基于 2D和 3D 空间思想的校正算法 2D鱼眼图像校正是从二维空间直接校正图像，此方法不需空间点 信息，而是直接在图像上对点进行坐标变换，投影到校正图像上， 然后进行像素灰度插值。具体包括经度坐标校正、多项式坐标变 换，以及极半径映射等。2D模型的优点是简洁直接,一旦确定模型 表达式,即可直接进行校正，但2D模型的局限性在于仅能在鱼眼图 像与校正图像之间直接映射,故当原图像的视角达到 180时,校正图 像的大小将接近无穷大,因此2D模型不能适用于大视角区域的校正。 3D鱼眼图像畸变校正，包括投影转换和鱼眼镜头标定两种方法。 具体上是把鱼眼图像上每个2D像平面点( x , y )映射到3D场景( X , Y , Z )投影构成的2D平面点( x , y )，把图像像素点和光线3D向量一一 对应起来，从而实现校正。
鱼眼镜头的应用
• 1、摄影 • 鱼眼镜头仅被应用于摄影，因其在成像过程中产生的桶形畸变具
有特殊的美感。
• 2、军事
• 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所及中国空空导弹研究 院的姜洋等人在2012年设计了一种大视场凝视型红外共形光学系 统。该系统将共形整流罩与鱼眼镜头相结合，设计出一种应用于 导弹导引的新型红外凝视成像导引头光学系统，提高了导引头稳 定性并增大了观察视场。
r f sin
鱼眼镜头畸变校正 2.1.鱼眼镜头设计模型
• 4、体视投影模型 相比之下畸变最小
r 2 f tan( / 2)
鱼眼镜头长得什么样？
鱼眼镜头长得什么样？鱼眼镜头是一种极端的广角镜头，也称为全景镜头。
鱼眼镜头通过引入桶形畸变，强行的压缩大范围空间，从而获得视角大于180°，甚至达到 270°以上的超广角成像，因此采用鱼眼镜头会给光学摄影者带来强烈的视觉冲击感。
1.鱼眼镜头的发展与工作原理人们最初是从对水下鱼眼简单的模仿开始着手设计鱼眼镜头。
第一个模仿水下鱼眼仰视水面之上的现象的装置是一台广角摄影机，它是由R.W.Wood将一块玻璃板盖在一个装满水的容器上而实现的。
如图1所示：图11922年，W.N.Bond 对Wood 的装置进行了改进，这种设计模仿了水下鱼眼仰视水面之上半球空域的状态，只要适当的调整空气间隔和光屏上孔的大小，就能获得清晰的广角成像。
但是它有严重的色差，且相对照度低。
如图2所示：图2后续，考虑到 W.N.Bond 的装置在成像上的不足，R.Hill 对其设计进行改进，主要加入了一个负弯月形透镜，因为有第一片负透镜的作用，使较大入射角的光线与光轴夹角减小，从而将光学系统像差校正的难度大大的降低了。
如图3所示：图31924年，Conrad Beck 在 R.Hill的设计基础上又进行了改进。
该鱼眼镜头是在 R.Hill 设计的基础上把平凸透镜换变成一个凹透镜和一个凸透镜的组合，该光学系统得到了成像质量较好和照度均匀的像面。
如图4所示：图41932年，一款全新的鱼眼镜头诞生，这款鱼眼镜头以两个负弯月形透镜作为前组，进一步减小了大视场光线进入后组光学系统的倾角，有利于后续的成像。
另外，该光学系统在孔径光阑前加入双胶合透镜，在光阑后方又加入了平面玻璃片，这样使得整个光学系统的结构参数自变量增多，成像质量更好。
如图5所示：图5鱼眼镜头的启示来源于水中的鱼贴近水面时仰望天空的情况，当水中的鱼贴近水面观察时，视场角能达到180左右，这种现象在光学原理中可以用全反射和光路可逆原理来解释。
根据光路可逆原理，贴近水面入射的光线，将会以等于折射角的角度进入水面，。
鱼眼镜头成像原理
鱼眼镜头成像原理
鱼眼镜头是一种广角镜头，其成像原理基于球截面透镜原理。
它使用具有高度非球面形状的透镜来扭曲光线路径，从而实现对广泛视场的覆盖。
鱼眼镜头正面通常呈半球形状，其中心位置与透镜的曲率半径相关。
透镜的凹凸形状使得从不同角度入射的光线以不同的折射角和不同的位置穿过透镜。
鱼眼镜头有两种主要类型：魚眼以及圆筒形鱼眼。
圆筒形鱼眼是通过将像圆柱体表面一部分切割出来并带有非球面透镜进行制造的，而魚眼是通过将非球面透镜制造成整个球体形状。
鱼眼镜头的成像原理使得它能够捕捉到大范围的视场，可以达到超广角的效果。
然而，由于鱼眼镜头的成像方式具有较大的畸变，所以在后期处理中通常需要对图像进行校正，以便使其呈现出较为真实和正常的场景。
一种大孔径鱼眼镜头系统的设计方法
一种大孔径鱼眼镜头系统的设计方法我折腾了好久一种大孔径鱼眼镜头系统的设计方法，总算找到点门道。
我一开始真的是瞎摸索。
我就知道要先确定一些基本的参数。
比如说这镜头的焦距要定好，可这个焦距的确定就不容易。
我最开始完全凭感觉，随便设了个数值，结果做出来那效果简直一塌糊涂，照片四周的变形不是我想要的那种鱼眼效果，是一种奇怪的扭曲。
就像捏橡皮泥，我本想捏成一个漂亮的球形，结果捏成了个四不像。
后来我就想，我得去看看其他成功的鱼眼镜头。
这就感觉像在黑暗里摸路，看到点亮光就想朝着那儿去。
我找了好几个不同品牌的鱼眼镜头，研究它们的基本参数设置。
才知道这焦距和孔径他们是有一定比例关系和规律的。
再来说这镜头的镜片组合。
我试过好多组合方式。
我以为越多镜片就能拍得越清晰越有那种鱼眼特色呢。
我那时候就像个堆砌积木的小孩，一个劲儿往上加镜片。
可没想到，太多镜片带来了好多问题。
一是光线的折射变得很乱，有时候图像中间暗四周亮，二是镜头变得超级重，这要是做个小的手持设备肯定不行。
后来我才明白，不是镜片越多越好。
还有孔径，大孔径是这种镜头一个重要的特点。
怎样在保证大孔径的情况下又不让画面失真特别严重呢。
我有一次拿到了一些很便宜的镜片材料，就想在这个基础上来调整孔径。
结果由于镜片材料的光学性能差，孔径虽然大了，但是画面像蒙了一层雾，特别模糊。
所以千万不要在材料这一块省钱，就好像盖房子，地基不好上面再怎么努力也白搭。
在设计这个大孔径鱼眼镜头系统时，要不断地试验和调整参数。
比如说这孔径和镜片曲率的配合，这就像炒菜放盐和放酱油的配合一样，比例不合适味道就不对。
我做了好多模拟测试，一次次调整，这个确实特别花时间，但是没什么捷径可以走。
要把每次测试的结果记下来，好好分析数据。
有时候一点点的改变，就能对最后效果产生很大的影响，我曾经就因为有一次忽略了小数点后一位数字的差异，最后成果就完全失败了。
这还只是一些基本的方面，还有像镜头的镀膜啊那些技术细节，我还在摸索当中。
鱼眼相机原理
鱼眼相机原理
鱼眼相机是一种广角镜头的相机，其镜头设计类似于鱼眼。
鱼眼相机的主要原理是利用特殊的镜头设计，将视野扩展到几乎360度，从而捕捉更多的场景和信息。
鱼眼相机的镜头通常由多个透镜组成，这些透镜使得光线发生弯曲，从而扩大了视野。
这种凸透镜的镜头设计也使得图像产生了一定的畸变，因此鱼眼相机所拍摄的图像通常是圆形或半圆形的，而非正常的矩形形状。
鱼眼相机的工作原理与其他相机类似，都是通过控制快门速度和光圈大小来调节曝光时间和光线的进入量。
但由于镜头的特殊设计，鱼眼相机的曝光时间通常比其他相机长一些。
总的来说，鱼眼相机的工作原理是利用凸透镜的特殊设计扩大视野，从而捕捉更多的场景和信息。
虽然鱼眼相机所拍摄的图像具有一定的畸变，但也因此成为了一种独特的摄影风格。
- 1 -。
鱼眼镜头的成像理论与优化设计(可编辑)
鱼眼镜头的成像理论与优化设计（可编辑）鱼眼镜头的成像理论与优化设计国防科学技术大学博士学位论文鱼眼镜头的成像理论与优化设计姓名:戴建宁申请学位级别:博士专业:光学工程指导教师:王永仲19990101国防科学技术大学研究生院学位论文摘要鱼眼镜头是一种具有大相对孔径、大视场角和较长的后工作距离的反摄远镜头,它的视场角可以达到甚至超过。
,因此它能够将半球空域甚至超半球空域的物体成象在有限的象平面上。
这种镜头在科研、军事等许多领域有着广泛的应用前景。
鱼眼镜头有不同于普通镜头的投影公式,以便能够对大视场角的物体成象。
选用这些公式实质上相当于人为地引入了负畸变,而负畸变的引入能够改善象面照度的均匀性。
鱼眼镜头具有很大的光阑球差和光阑彗差,可以运用光阑球差的级数展开式来确定实际的主光线位置,运用在孔径光阑上度量渐晕的方法来利用光阑彗差,增加轴外点进入镜头光束的宽度,以进一步改善象面照度的均匀性。
鱼眼镜头的优化涉及到非线性性、病态、光线溢出、光路追迹异常等问题的处理。
文章中采用了复合优化和最大因子技术来克服优化中的非线性性,利用释放象差的方法来克服优化中的病态,并且通过视场缩放和切换受控指标来克服光路追迹异常。
文章最后给出了镜头优化的几个实例。
关键词: 鱼眼镜头光路追迹光学设计优化成忽凹每里堕型堂垫查盔兰塑耋生堕兰垡笙苎,.】.“.....? ,,., / ..:国防科学技术大学研究生院学位论文绪论鱼眼镜头是一种特殊的光学镜头,其视场角接近、等于甚至大于。
,它能将半球空域甚至超半球空域的物体成象在象面的有限范围内。
这种镜头引入了很大的桶形畸变,由于这种畸变的引入,鱼眼镜头在理论、计算、设计上与一般的光学镜头有显著的不同。
鱼眼镜头具有很大的光阑球差和光阑彗差。
前者使得实际入瞳的位置与近轴光学定义的入瞳位置有明显差异,后者使得实际入瞳的大小也发生了变化。
入瞳大小的改变和桶形畸变的引入都将对轴外点象面光照度产生影响。
鱼眼镜头后光组初值设计
鱼眼镜头后光组初值设计鱼眼镜头是一种广角镜头，可以捕捉到人眼无法观测到的画面，广泛应用于摄影、监控、无人机等领域。
然而，由于其大幅度的视场角，鱼眼镜头容易出现后光问题，导致拍摄出来的图像有明显的光斑和亮度差异。
为解决这一问题，需要对鱼眼镜头后光组进行初值设计。
鱼眼镜头的后光组由若干透镜组成，其设计目的是在保持足够的光学性能的同时，尽可能减小后光问题。
对于初值设计，需要考虑以下因素：1. 相对主视场半径：鱼眼镜头的光学设计是以前主点为基础的，即通过空间变换将主点投射到图像平面。
因此，后光组的相对主视场半径是初值设计中的重要参数之一。
该值的大小与后光问题的严重程度相关，需要根据具体需求进行调整。
2. 透镜的形状和位置：后光组中每个透镜的形状和位置都会影响成像效果和后光问题。
一般情况下，为了减小后光，可以使用高质量的散光透镜，并控制其在光轴上的位置和倾斜角。
3. 透镜的材料和厚度：透镜的材料和厚度也会影响成像效果和后光问题。
例如，使用高折射率的材料可以有效减小透镜厚度，从而减小后光。
但是，此类材料的价格较高，需要权衡利弊。
4. 透镜的涂层：涂层的质量和种类影响着透镜的透过率和反射率。
为减小后光，需要采用具有高透过率的涂层，并注意避免反射光的影响。
初值设计完后，可以进行光学模拟和实际制作。
在实际制作中，还需要注意镜头系统的精度和稳定性，避免由于材质、工艺等原因导致的变形和非均匀性。
总的来说，鱼眼镜头后光组的初值设计涉及到多个方面的知识和技能。
需要充分考虑镜头的应用场景和具体需求，并在光学设计软件的帮助下，进行充分的仿真和优化。
只有通过科学合理的设计和制作，才能获得高质量的图像和满意的成像效果。
应用光学广角镜头-鱼眼镜头
鱼眼镜头什么是鱼眼透镜众所周知，鱼在水面附近可以凝视（眼球不用转动）感知水面之上近乎180°角空域的景物，故通常认为鱼具有2π的仰仰视视角。
人类通过模仿鱼眼的这种特性发明了鱼眼镜头，最初的尝试在1919年，R.W.Wood在一个装满水的容器上盖上一块玻璃板并构成一针孔摄像机，实现了超广角摄影。
他用这种装置拍摄天空的云层，可形成近乎半球形空域。
由于总要带一个水箱，非常不便。
后来W.N.Bond改进了R.W.Wood的装置。
他用一个半球型玻璃透镜取代了水箱。
鱼眼仰视的启示鱼眼透镜的“进化”过程上图a，b为Bond的作品，c,d,e为后人对他作品的修正。
这些作品虽然是很伟大的努力，仍存在一些问题，首先，Bond利用单个平凸形后透镜成像，没有别的像差校正元件，成像质量不能令人满意，另外，他所使用的透镜不是一面凸面，一面凹面，这样无法消除场曲。
又因为他没有消除像差，所以小孔必须做的很小，这样会造成照度非常低，照度低的光学仪器实际意义不大。
随着科技的发展，今天的鱼眼镜头已经非常完善！！！2．鱼眼透镜的应用鱼眼透镜在摄影，电影，气象，天文，测试，医疗，边防等都有广泛的应用如下面彩图鱼眼透镜拍摄的校园这个貌似是从一个大坑里往外看，具体是什么呢？？？？？这个很显然，可以看清很多人的面部！！3．鱼眼透镜原理简述(1)基本光路原理非常简单，类似光的全反射和光路可逆原理。
sin I=n*sin I （空气折射率约为1.水折射率为n=1.3333）则有ic=48.6°即鱼眼的张角在50°左右，此时鱼在水面附近可以”凝视”（不用转动眼球）岸边物体。
可以得出，此时鱼眼视场完全覆盖了水上近乎180°的范围。
所以在岸边的我们即使是在鱼的背后都很难抓到鱼!!(2)成像原理鱼眼镜头的成像原理比较复杂，这里进行简述。
鱼眼镜头的作用是模拟鱼类仰视水面的情况，其典型视场角是180°，还有的超过180°，220°甚至达到270°。
折射_衍射红外鱼眼镜头光学系统设计
为前
为后组光焦度 , d 为前后组距离 . 当令
轴上光线以 h 1 = 1 的高度入射时 , 从后组出射后与 光轴的夹角 u 2 = 1, 假定轴外主光线通过后组主点, 则其在后组的入射高度 hp 2 = 0. 再令轴外主光线与 光轴夹角 up 1 = - 1, 此时 l p 1 = d 而 j = - h1 up 1 = 1, 设前组主光线的角放大率的倒数为 1/ ! 1 = up / up = 1 1 1- d
1,
而且 l2 = h2 = 1- d
1
= 1/ ! 1 , 即前组角放大
率的倒数为高斯光束的工作距离 .
1534
光
子
学
报
39 卷
2
d
1
,得
2
= 0. 386. 根据系统设计指标 , 要求系统
焦距为 5 mm, 故将所得归一化参量放大 5 倍 , 即为 实际光学系统的初始结构参量. 在光学设计软件中 经过调整优化, 设计了图 2 所示的红外鱼眼镜头光 学系统 , 系 统 焦 距 f 为 5 mm , 前 组 焦 距 f 1 为 - 27. 916 mm, 后组焦距 f 2 为 18. 95 mm , 全视场为 240 , 后 工 作 距 离 为 28. 5 m m. 系 统 总 长 为 157. 8 mm. 结果表明此系统结构简单, 体积小、 后工
图 3 垂轴像差 Fig. 3 T r ansv erse ray fan plo t
8期
吴海清 , 等 : 折射 / 衍射红外鱼眼镜头光学系统 设计
1535
0. 1 m m, 子午方向最大 场曲为 - 0. 1 mm, 像散为 0. 2 m m, 系统 f t het a 畸变为- 13% . 对于理想光学系统 , 入射光经过透镜的折射成 像 , 像高与视场角的关系为 h = f t an ∀ , 而对于视场 超过 180 的鱼眼镜头而言由于存在大的桶形畸变, 物像关系不遵循 h = f t an ∀的关系而是 h = f ∀ ,像 高与视场角具有线性关系 , 这使得鱼眼镜头光学系
鱼眼镜头光学系统的非球面优化设计
鱼眼镜头光学系统的非球面优化设计张潇;吕丽军【摘要】应用非球面提高光学系统成像质量是镜头设计的常用手段.基于平面对称光学系统的波像差理论,通过分析鱼眼镜头各光学面的波像差贡献,将波像差贡献突出的光学面作为应用非球面的待选对象,结合波像差随非球面系数的变化趋势,确定应用非球面的光学面;应用优化算法和基于光线点列图分布定义的评价函数优化鱼眼镜头系统.通过对一个鱼眼镜头实例进行非球面优化,其点列图范围从全球面优化设计时的200μm下降到100μm,其评价函数值下降1个数量级,证明该方法能明显提高镜头的成像质量,对如何有效应用非球面优化鱼眼镜头的光学系统具有借鉴意义.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2019(040)005【总页数】8页(P863-870)【关键词】几何光学;非球面优化;鱼眼镜头;波像差【作者】张潇;吕丽军【作者单位】上海大学精密仪器系 ,上海200444;上海大学精密仪器系 ,上海200444【正文语种】中文【中图分类】TN202;TB851引言鱼眼镜头的视场角一般可以达到180°甚至270°[1]，能同时获取很大视场范围的场景图像。
由于鱼眼镜头系统大视场成像光束以很大斜入角照射在光学元件表面，偏离近轴成像，导致严重的像差。
非球面光学元件可以有效地消除像差，提高成像质量[2]。
常用的确定非球面的方法是无像差法，但该方法为了实现稳定的高精度测量，对人员要求和操作环境要求较高。
利用三坐标测量仪获得坐标，然后进行最小二乘曲面拟合[3]，从而降低了对人员和环境的要求，但计算量很大。
研究如何选择系统中哪个光学面为非球面及确定非球面面型是十分有意义的。
对于鱼眼镜头光学系统，大视场物点发出的光束以很大的入射角度入射到前组负弯月形透镜的表面，其成像具有平面对称的特性。
赛德尔像差理论不再适合此类系统的分析[4-8]。
非球面的光路计算考虑通过迭代逼近真实光路情况[9]，缺陷在于很难提出一个适合于各种场合逼近精度的数值判据。
鱼眼镜头光学设计
鱼眼镜头光学设计
陈晃明;陈向颖
【期刊名称】《北京理工大学学报》
【年(卷),期】1989(9)3
【摘要】鱼眼镜头的视场高达180°或超过180°,可以作为全景电影的摄影和放映镜头,本文介绍了它的结构型式的发展,讨论了它的成象理论,给出了适合它的理想象高公式和光栏球差公式,最后提供了一个实例。
【总页数】8页(P35-42)
【关键词】光学透镜;鱼眼镜头;设计
【作者】陈晃明;陈向颖
【作者单位】北京理工大学工程光学系
【正文语种】中文
【中图分类】TB851.102
【相关文献】
1.手机附加鱼眼镜头的光学设计 [J], 向鹏;王立钢
2.鱼眼镜头的光学系统设计 [J], 许英朝;林洪沂;朱文章
3.球幕投影数字鱼眼镜头的光学设计 [J], 李维善;陈琛;刘宵婵;张禹
4.鱼眼镜头光学系统的非球面优化设计 [J], 张潇;吕丽军
5.双波段CCTV鱼眼镜头光学系统设计 [J], 张欣婷;亢磊;吴倩倩
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。