16、图像采集设备相关知识解析

图像采集设备相关知识解析

1. 显微镜镜头数值孔径与分辨率

数值孔径与分辨率成正比，即数值孔径越大，可分辨的细节越小。在使用显微镜镜头时，像距大于物距，数值孔径可定义为镜头孔径直径 (D) 与焦距 (\lambda) 之比的一半。

2. 镜头像差

镜头可能会产生各种像差，这些像差会导致采集图像出现几何畸变或颜色变化。

2.1 镜头畸变

• 镜头失真 ：由于镜头不满足线性投影模型而导致的图像失真。大多数广角镜头有明显的径向畸变，成像后场景中的直线在投影结果中会有明显的曲率。若不考虑这种畸变，就无法获得高精度的真实重建。例如，在构建图像拼接时若不考虑镜头的径向畸变，由于像素混合前对应特征的配准错误，拼接图像往往会模糊。
• 镜头偏心畸变 ：由于镜头各组件对齐不足而导致偏离中心轴的畸变。这是因为这些未对齐组件的效果相当于一个非中心对称组件，也是切向畸变的主要原因。
• 切向畸变 ：由镜头偏心等原因引起的特殊镜头像差，通常只在高精度校正系统中考虑。

2.2 像差阶数

单色光在镜头的近轴区域成像时无像差。当光圈和视场增大时，就不再属于近轴区域，其扩展程度由作为像差水平的数学展开式的截断决定。于是有了一阶、二阶等像差。像差阶数也可指展开方程中所考虑参数的幂次。例如，若以光圈和视场为变量，一阶近似范围对应的幂次之和为 3，所以一阶（近似）像差称为三阶像差；二阶像差对应的幂次之和为 5，所以二阶像差也称为五阶像差。

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