VR测量指标,转载于知乎

发布于:2025-07-03 ⋅ 阅读:(26) ⋅ 点赞:(0)

1. CRA

(chief ray angle,主光线角度)

在透镜组的仿真中会经常看到CRA这一参数。CRA是指在镜头传感器一侧,可以聚焦到像素上的光线的最大角度,该角度处的像素响应度为零度角像素响应度的80%。

传感器的像素点上设有微透镜,因此传感器也有CRA。一般的,镜头和传感器的CRA不超过±2°-3°,这是因为两者的CRA相差较大会出现照度下降(镜头CRA<传感器CRA)或偏色(镜头CRA>传感器CRA)的情况。如果无法使镜头和传感器的CRA的差在3°以内,那么镜头CRA<传感器CRA的情况优于镜头CRA>传感器CRA。

附:zemax查看CRA的方法

方法1:使用操作数 RAID,Hy=1,面输入1,更新后评估一栏将显示物面处最大入射角(FOV

),

面输入像面的值,更新后显示像面处的CRA;

方法2:依次点击分析、光线追迹、入射角vs.像高,显示的图像中中间的线表示CRA,也可在文本中查看具体数值。

2. RI

(Relative Illumination,相对照度)

照度:单位被照面上得到的光通量,它与以下因素有关:

(1)与光源的发光强度成正比;

(2)光源与被照明物体之间的距离,随距离增大而降低;

(3)与光线的入射角成反比;

(4)也受到环境亮度的影响,环境越亮,照度越高。

相对照度:传感器上任意一点的照度相对于视场中最大照度的比值;

RI正比于cos4(semi-FOV);它与视场角度渐晕畸变

透过率有关;

渐晕会导致图像中心亮度高而四周较暗,俗称暗角,还会导致色彩失真,照度较低;

当半视场角semi-FOV=30°时,理论上 RI<56%;人眼可分辨的RI在50%左右,因此RI的基本要求为大于50%。

3. MTF(Modulation Transfer Function,调制传递函数)

MTF是表示不同频率的正弦强度分布函数经光学系统成像后对比度的衰减程度,单位为周期/mm,对于黑白成像系统,所成的像为黑白相间的条纹,单位变成lp/mm,表征的是每mm对应的线对数(line pairs),以此来评估镜头的性能。

通常情况下,低频范围,对应10 lp/mm,主要测试影像的轮廓锐度,体现对比度;中频范围,对应20 lp/mm,反映镜头还原景物层次的能力;高频范围,对应40 lp/mm,主要反映镜头记录影像细节能力,体现分辨率。越高的频率对应的MTF的OTF模越大,代表镜头的性能越好。

通过MTF图可以知道:分辨率、对比度、色散、横向色差、场曲。

zemax中的MTF曲线图,各曲线越接近说明像差越小,MTF值在高频下越高,也说明光学系统像差越小。

详细可参考引用文章

对于镜头的MTF曲线分析和原理介绍-电子发烧友网​

www.elecfans.com/d/1027124.html

4. 畸变(Distortion)

畸变指物体通过镜头成像时,实际像面与理想像面间产生的形变。或者说物体成像后,物体的像并非实际物体的等比缩放,由于局部放大率不等而使物体的像产生变形。

畸变分两种:枕形畸变与桶形畸变,也就是正畸变和负畸变。正畸变:周边的放大率大于中心;负畸变:周边的放大率小于中心,如下图1所示。

图1

按计算方式畸变可分为TV畸变、光学畸变;光学畸变又称为几何畸变,几何畸变分为SMIA TV畸变和RIAA TV畸变,RIAA TV畸变与ISO TV畸变相同。以枕形畸变为例,说明畸变的计算公式。图2中,畸变图形中心和边缘的长度分别为H1和H2,两者差为∆H,TV畸变计算公式如下:

SMIA TV DIST=(H1-H2)*100%/H2=2 ∆H*100%/H2

SMIA TV DIST=2*ISO TV DIST

图2

光学畸变的计算公式如下:optical dist=∆H*100%/H,如图3所示。

图3

畸变只影响不同视场在像面的放大率,即成像后物点的重新分布,物点在像面的光斑大小由其他像差控制。

畸变不影响光斑大小,在优化光学系统的成像质量和分辨率时,并没有考虑畸变。

对称结构可以很好的消除畸变,例如双高斯、经典库克。

zemax中的畸变类型有TV畸变、光学畸变、F-the tan(theta)畸变,一般镜头标称的畸变为光学畸变或TV畸变。畸变的控制操作数有DIMX、DISG、DIST等

5. DOF

(depth of field,景深)

定义:摄影机镜头或其他成像器能够取得清晰图像的被摄物体前后的距离范围,通俗来说,就是焦点处的景物在像面上会呈清晰的像,在这个焦点前后有一定的范围景物都能呈清晰的像,该范围即为景深。

景深和光圈成反比,光圈越小,景深越大;

景深和容许弥散圆成正比,其中,容许弥散圆=成像传感器对角线长度/1730;

景深和放大倍率成反比,且受放大倍率影响较大,随着放大倍率增大,景深将快速降低。

6. FOV(视场角)

FOV是指镜头匹配到传感器所能拍摄到的视场范围,分为HFOV(水平)、VFOV(垂直)、DFOV(对角线)。假设镜头焦距为f,传感器尺寸如下图,则有:HFOV=2arctan(w/f)

VFOV=2arctan(h/f)

DFOV=2arctan(d/f)

图4 传感器示意图


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