畸變(Distortion)測試板

畸變測試板用於校正系統，以便正確測量成像資訊的光學對位。這些測試板通常由點、網格或方形圖案組成，它們與大多數成像軟體的校準慣例相容，並可在整個視場中重新對應或調整測量值。

術語「畸變」經常與圖像品質下降互換使用。畸變是不會從技術上減少圖像中資訊的個別像差；而大多數像差實際上會混在一起，造成圖像模糊，畸變只是從幾何學上讓資訊錯位。這意味著，畸變實際上可以從圖像計算或映射，然而，來自其他像差的資訊實際上已在圖像中丟失並且無法輕鬆重建。請注意，在極高畸變度環境中，某些資訊與細節可能因分辨率隨著放大倍率而變化或因太多資訊擠在單一像素上而丟失。

失真是一種單色光學像差，描述了於固定工作距離下圖像中放大倍率在視場範圍內的變化情況；這在精密機器視覺與計測應用中極其重要。畸變不同於視差，視差是指隨著工作距離而發生之放大倍率（視場）變化。務必記住，畸變隨著波長而變化，如圖1中所示。當從機器視覺系統校準畸變時，需要考慮照明的波長。如圖1中的曲線對決定如何校準畸變非常有幫助。

圖 1: 顯示畸變相對波長而變化的畸變圖。

如何定義畸變？

畸變通常被指定為場高的百分比。通常，若不使用測量算法，視覺系統中±2到3%的畸變不會被注意到。在簡單鏡頭中，主要有兩種畸變：negative, barrel distortion，其中視場中的點顯示得太靠近中心；以及pincushion distortion，其中點離中心太遠。Barrel and pincushion是指在出現兩種畸變時矩形場會形成的形狀，如圖2中所示。

圖 2: 正負畸變的圖解。

要計算畸變，只需使用方程式1將圖像的實際距離(AD)與預計距離(PD)關聯。這可透過使用點目標等圖案來做到。

(1)Distortion 畸變(%)=(AD−PDPD)×100%Distortion 畸變(%)=(AD−PDPD)×100%

圖 3: 校準目標（紅圈）與成像的（黑點）點畸變圖案。

務必注意，雖然鏡頭中畸變的趨勢一般非負即正，對於多片鏡組的鏡頭，畸變在成像視場上不一定是線性。此外，隨著波長改變，畸變也發生變化。最後，畸變可隨著工作距離改變而變化。最終，務必單獨考慮用於特定應用的每個鏡頭，以便在努力消除系統畸變時保證最高級別的準確度。