دوربین صنعتی تحت شبکه چیست؟
۱۴۰۵-۰۳-۱۳
کیفیت تصویر: از اپتیک تا پردازش دیجیتال
کیفیت تصویر چیست؟
کیفیت تصویر از دیدگاه علمی، فراتر از وضوح ساده است و نتیجه تعامل عوامل اپتیکی (طراحی لنز)، نوردهی (میزان نور و ISO)، سنسور (حساسیت و نویز) و پردازش دیجیتال (فشردهسازی، sharpening و demosaicing) میباشد. شدت لبهها (Edge Sharpness) با MTF لنز تعیین میشود، در حالی که نویز حرارتی و شات (Photon Noise) بر اساس SNR (نسبت سیگنال به نویز) کیفیت را کاهش میدهد – ISO بالا نویز را افزایش میدهد، اما دامنه دینامیکی (Dynamic Range) را حفظ میکند.
علاوه بر رزولوشن مکانی، صحت رنگ (Color Accuracy) با فضای رنگی مانند Adobe RGB سنجیده میشود و artefacts مانند تحریفهای لنزی (Barrel Distortion) یا banding از فشردهسازی JPEG ناشی میشوند. ارزیابی کمی با PSNR (بالای ۳۰dB عالی)، SSIM (شباهت ساختاری) یا Delta E (تفاوت رنگ) انجام میگیرد، در مقابل ارزیابی دیداری ذهنی بر اساس ادراک انسانی (مدلهای JND).
برای بهبود، از لنزهای با Aberration کم، نوردهی دقیق (Histogram متعادل)، denoising الگوریتمی (مانند Wavelet) و sharpening کنترلشده (Unsharp Mask با Radius ۱-۲ پیکسل) استفاده کنید. در کاربردهای حرفهای مانند پزشکی (MRI) یا نجوم، demosaicing پیشرفته (Bayer Pattern) و HDR ترکیب، کیفیت را بهینه میسازد و artefacts را حذف میکند.
کیفیت تصویر: عوامل مؤثر در کیفیت تصویر
کیفیت تصویر، عصارهای از عناصر فنی و خلاقانه در ثبت و پردازش تصاویر است. در این راهنما، به بررسی عمیق عوامل مؤثر بر کیفیت تصویر میپردازیم؛ از طراحی دقیق لنز و سنسور که بنیان هر تصویر را تشکیل میدهند، تا تنظیمات حیاتی مانند میزان نوردهی، ایزو و مدیریت نویز که بر وضوح و شفافیت تصویر تأثیر مستقیم دارند. همچنین، نقش فشردهسازی و عملیات پردازشی پیچیدهای چون شارپنینگ (Sharpening) و دموزایسینگ (Demosaicing) را کاویده و نحوه تأثیر آنها بر جزئیات نهایی تصویر را روشن خواهیم کرد.
ارزیابی این کیفیت، تنها به نگاه ذهنی محدود نمیشود؛ بلکه با استفاده از معیارهای کمی مانند نسبت سیگنال به نویز (SNR)، صحت رنگ (Color Accuracy)، و قابلیت تفکیک تصویر (Resolution/Detail Retention)، ابعاد فنی آن نیز سنجیده میشود.
در ادامه این مقاله، با نکات کاربردی و روشهای عملی آشنا خواهید شد که به شما در دستیابی به بهترین کیفیت تصویر ممکن، چه برای کاربردهای حرفهای عکاسی و چه برای تحلیلهای علمی دقیق، یاری میرساند. در بخشهای آتی، به مباحث تخصصیتر مانند انحرافات لنز (Lens Aberrations) و تأثیر آنها بر کیفیت تصویر خواهیم پرداخت.
انحرافات
«انحرافات» دستهای عمومی است که شامل عوامل اصلی میشود که موجب میشوند یک سیستم نوری از حالت ایدهآل خود عملکردی متفاوت داشته باشد. عوامل متعددی وجود دارند که مانع از دستیابی لنز به عملکرد نظری خود میشوند.
انحرافات فیزیکی
همگنی مواد نوری و سطحها اولین شرط برای دستیابی به تمرکز بهینه پرتوهای نور و تشکیل مناسب تصویر است. واضح است که همگنی مواد واقعی محدودیتی دارد که توسط عوامل گوناگونی تعیین میشود. گردوغبار و کثیفی، بهعنوان عوامل خارجی، بدون تردید عملکرد لنز را کاهش میدهند و بنابراین باید تاحدامکان از آنها پرهیز کرد.
انحرافات کروی
لنزهای کروی بسیار رایج هستند؛ زیرا نسبتاً ساده برای ساخت هستند. بااینحال، شکل کروی برای تصویربرداری دقیق ایدهآل نیست، درواقع پرتوهای همجهت که با فاصلههای مختلف از محور نوری وارد لنز میشوند به نقاط همگرا متفاوتی میرسند و در نتیجه تمرکز کلی از دست میرود. مانند بسیاری از انحرافات اپتیکی، اثر تاری با نزدیکشدن به لبههای لنز افزایش مییابد.
برای کاهش این مشکل، اغلب از لنزهای غیرکروی (شکل 16) استفاده میشود — سطح آنها دیگر بخشی از یک کره یا استوانه نیست، بلکه پروفیل سطحی پیچیدهتری دارد که برای به حداقل رساندن انحرافات کروی مناسب است. راهحل جایگزین دیگری نیز وجود دارد که استفاده از نسبت های f/# بالاست، بهطوری که پرتوهای ورودی به لنز که از محور نوری دور هستند و باعث انحراف کروی میشوند به حسگر برسند.
انحراف رنگی
ضریب شکست یک ماده عددی است که زاویه شکست نور عبور از آن را توصیف میکند. اساساً چقدر پرتوها خم میشوند یا شکسته میشوند و این مقدار تابع طولموج نور است. وقتی نور سفید وارد لنز میشود؛ هر طولموج، مسیری متفاوت را طی میکند. این پدیده را پراکندگی یا dispersion مینامند و منجر به تفکیک نور سفید به مؤلفههای طیفی آن میشود و باعث ایجاد انحراف رنگی میشود. اثر در مرکز اپتیک حداقل است و به سمت لبهها افزایش مییابد.
انحراف رنگی باعث ایجاد حاشیههای رنگی در سراسر تصویر میشود که منجر به لبههای محو شده و دشوارشدن درست تصویربرداری از ویژگیهای شیء میشود. اگرچه میتوان از دو عدسی آکروماتیک برای کاهش این نوع انحراف استفاده کرد، یک راهحل ساده زمانی که نیازی به اطلاعات رنگی نیست؛ استفاده از نور تکرنگ است.
انحراف رنگی میتواند دو نوع باشد: طولی و جانبی/عرضی ، بسته به جهت پرتوهای موازی ورودی.
آستیگماتیسم
آستیگماتیسم یک انحراف اپتیکی است. زمانی رخ میدهد که پرتوها در دو سطح عمود بر محور نوری کانونهای متفاوتی دارند. این امر باعث تاری در یکجهت میشود که در جهت دیگر وجود ندارد. اگر حسگر را برای صفحه ساژیتال فوکوس کنیم، میبینیم که دایرهها در جهت تانژانتی به بیضی تبدیل میشوند و بالعکس.
انحراف کاما
انحراف کاما زمانی رخ میدهد که پرتوهای موازی ورودی به لنز با زاویهای مشخص در موقعیتهای کانونی مختلف متمرکز شوند؛ این امر به فاصلهٔ آنها از محور نوری بستگی دارد. دایرهای در صفحه شیء در تصویر بهصورت یک شیء با شکل دنبالهدار ظاهر میشود که به همین دلیل این انحراف را کاما مینامند.
خمیدگی میدان
انحراف خمیدگی میدان توضیح میدهد که پرتوهای موازی که از جهتهای مختلف به لنز میرسند، روی یک صفحه تمرکز نمیکنند، بلکه روی سطحی منحنی تمرکز مییابند.
این باعث عدم تمرکز شعاعی میشود؛ بهعبارتدیگر برای یک موقعیت حسگر معین، فقط یک حلقهٔ دایرهای از تصویر در فوکوس است.
اعوجاج
با یک لنز کامل، یک عنصر مربعی فقط از نظر اندازه تغییر میکند و خصوصیات هندسی آن دچار تغییر نمیشود. بالعکس، یک لنز واقعی همواره مقداری اعوجاج هندسی ایجاد میکند که عمدتاً بهصورت تقارن شعاعی است (بازتاب تقارن شعاعیِ اپتیک). این اعوجاج شعاعی میتواند از دو نوع باشد: اعوجاج بشکهای و اعوجاج بالش – سوزنی. با اعوجاج بشکهای، بزرگنمایی تصویر بافاصله از محور نوری کاهش مییابد و اثر ظاهری تصویر اینگونه است که گویی تصویر اطراف یک کره پیچیده شده است. با اعوجاج بالش – سوزنی، بزرگنمایی تصویر بافاصله از محور نوری افزایش مییابد. خطوطی که از مرکز تصویر عبور نمیکنند به سمت داخل خم میشوند، مانند لبههای یک بالش سوزنی.
در مورد اصلاح اعوجاج چطور؟
ازآنجاکه لنزهای تلهسنتر (لنزهای تلهسنترک) یک شیء دنیای واقعی هستند، مقداری اعوجاج باقیمانده نمایش میدهند که میتواند بر دقت اندازهگیری اثر بگذارد. اعوجاج بهعنوان درصد تفاوت بین ارتفاع واقعی تصویر و ارتفاع تصویر موردانتظار محاسبه میشود و میتواند با تقریب یک چندجملهای درجهٔ دوم همپوشانی شود. اگر فاصلههای شعاعی از مرکز تصویر را بهصورت زیر تعریف کنیم:
اعوجاج بهعنوان تابعی از Ra محاسبه میشود:
که در آن a، b و c مقادیر ثابت هستند که رفتار منحنی اعوجاج را تعریف میکنند؛ توجه کنید که مقدار «a» معمولاً صفر است؛ زیرا اعوجاج در مرکز تصویر معمولاً صفر است. در برخی موارد برای رسیدن به برازش کامل با منحنی، ممکن است به یک چندجملهای درجه سوم نیاز باشد.
علاوه بر اعوجاج شعاعی، باید به اعوجاج ذوزنقهای نیز توجه کرد. این اثر را میتوان بهعنوان خطای دید حاصل از همراستایی نامناسب بین اجزای اپتیکی و مکانیکی در نظر گرفت که نتیجهٔ آن تبدیل خطوط موازی در فضای شیء به خطوط همگرا (یا واگرا) در فضای تصویر است.
این اثر که با نامهای «اعوجاج کیستون» یا «پرِزم نازک» نیز شناخته میشود، میتواند بهراحتی با استفاده از الگوريتمهای نسبتاً رایج که نقطهای را محاسبه میکنند که در آن دستههای خطوط همگرا با یکدیگر تقاطع میکنند، اصلاح شود.
نکتهٔ جالب این است که اعوجاج شعاعی و اعوجاج ذوزنقهای دو پدیده فیزیکی کاملاً متفاوت هستند؛ بنابراین میتوانند به طور ریاضی با دو تابع تبدیل فضایی مستقل که میتوانند به طور پیدرپی اعمال شوند، اصلاح شوند.
یک رویکرد جایگزین (یا مکمل) این است که هر دو نوع اعوجاج را به طور محلی و همزمان اصلاح کنیم: تصویر یک الگوی شبکهای برای تعریف مقدار خطای اعوجاج و ناحیهٔ جهتگیری آن به ناحیه به ناحیه استفاده میشود. نتیجهٔ نهایی یک میدان برداری است که هر بردار مرتبط با یک ناحیهٔ مشخص تصویر مشخص میکند که چه اصلاحی باید به اندازهگیریهای مختصات x و y در بازهٔ تصویر اعمال شود.
چرا نور سبز برای لنزهای تله سنتر توصیه میشود؟
همهٔ لنزهای فعال در محدودهٔ قابلرؤیت در سراسر طیف VIS آکروماتیزه میشوند. بااینحال، پارامترهای مربوط به اعوجاج لنز و تله سنتر بودن معمولاً برای طولموجهای مرکز بازهٔ VIS بهینه میشوند که همان نور سبز است. بعلاوه، رزولوشن در بازهٔ نور سبز تمایل دارد بهتر باشد، جایی که آکروماتیزه تقریباً کامل است. «سبز» همچنین از «قرمز» بهتر است؛ زیرا بازهٔ طولموج کوتاهتر حد تفرقِ لنز را افزایش میدهد و بیشترین رزولوشنِ قابل دستیابی را فراهم میکند.
🔘 اعوجاج لنز در بینایی ماشین
کنتراست
عیوب و اختلالهای نوری، همراه با تفرق، به کاهش کیفیت تصویر میانجامند. روشی کارآمد برای ارزیابی کیفیت تصویر، محاسبه کنتراست است؛ کنتراست تفاوت روشنایی است که باعث میشود یک شیء، نمایش آن در تصویر یا روی نمایشگر، قابل تمییز باشد. به طور ریاضی، کنتراست بهصورت زیر تعریف میشود:
که در آن Imax (lmin) بالاترین (پایینترین) روشنایی است. در یک تصویر دیجیتال، «روشنایی» مقداری است که از 0 (سیاه) آغاز میشود و تا مقدار حداکثری بسته به عمق رنگ (تعداد بیتهای استفاده شده برای توصیف روشنایی هر رنگ) ادامه مییابد. برای تصاویر معمولی 8-بیتی (برای سادگی در مقیاس خاکستری)، این مقدار برابر با 255=1 – 8^2 است، زیرا این مقدار ترکیبها است (از رشته صفر «سیاه» شروع میشود) که با استفاده از توالیهای 8 بیتی میتوان به دست آورد، با فرض اینکه مقدارهای هر بیت 0 یا 1 است.
قدرت تفکیک لنز: تابع انتقال
کیفیت تصویر یک سیستم نوری معمولاً با تابع انتقال (TF) آن بیان میشود. TF قابلیت تفکیک ویژگیهای لنز را توصیف میکند و اطلاعات فضایی در فضای شیء (معمولاً با واحد lp/mm، یعنی زوج خطوط در هر میلیمتر) را با کنتراست بهدستآمده در تصویر همبسته میکند.
تفاوت بین MTF (تابع انتقال مدولاسیون) و CTF (تابع انتقال کنتراست) چیست؟ CTF پاسخ کنتراست لنز را توصیف میکند وقتی یک الگوی مربعی (سبک شطرنجی) تصویربرداری میشود؛ این پارامتر مفیدترین ابزار برای ارزیابی تیزی لبه برای کاربردهای اندازهگیری است. ازسویدیگر، MTF پاسخ کنتراست را نشان میدهد که هنگام تصویربرداری از یک الگوی سینوسی درکل سطوح خاکستری از 0 تا 255 به دست میآید؛ این مقدار تبدیل به هیچ پارامتر مفیدی برای کاربردهای بینایی ماشین دشوارتر است. وضوح یک لنز معمولاً با MTF بیان میشود، که پاسخ لنز را هنگام تصویربرداری از یک الگوی سینوسی نشان میدهد. با این حال، CTF پارامتر جالبتری است، زیرا کنتراست لنز را هنگام تصویربرداری از یک الگوی نوارهای سیاه و سفید توصیف میکند و بدین طریق نشان میدهد لنز چگونه لبهٔ یک شیء را تصویربرداری میکند. اگر t عرض هر نوار باشد، فرکانس فضایی نسبی w خواهد بود.
برای مثال، الگویی از خطوط سیاهوسفید با عرض نوارهای 5 میکرومتر دارای فرکانس فضایی برابر با 100lp/mm است. «فرکانس قطع» به عنوان مقداری w تعریف میشود که در آن CTF برابر صفر است و میتوان آن را با استفاده از رابطه زیر تخمین زد :
اپتیک و وضوح حسگر
فرکانس فضایی قطع، یک پارامتر جالب نیست؛ زیرا سیستمهای بینایی ماشین نمیتوانند ویژگیهایی با کنتراست بسیار پایین را به طور قابلاعتماد تفکیک کنند؛ بنابراین مناسب است فرکانس محدودهای را انتخاب کنیم که برابر با ۲۰٪ کنتراست باشد.
معیار پذیرفتهشدهای رایج برای توصیف وضوح اپتیکال، معیار رایلی است که با مفهوم حد تفکیک ارتباط دارد. وقتی موجی با یک مانع مواجه میشود، برای مثال از طریق یک دهانه عبور میکند، تکوّف (تفرق) رخ میدهد. تفرق در اپتیک نتیجهٔ طبیعت موجی نور است که منجر به اثرهای تداخلی میشود که الگوی شدت موج ورودی را تغییر میدهد.
ازآنجاکه هر لنز با توقف دهانه مشخص میشود، کیفیت تصویر تحتتأثیر تفرق قرار میگیرد، بسته بهاندازهٔ گشایش لنز: شیء بهصورت نقطهای بهدرستی روی حسگر تصویر میشود تا زمانی که تصویر آن به اندازهٔ حدّی برسد؛ هر چیز کوچکتر به نظر میرسد که همان تصویر را دارد، دیسکی با قطر معینی که بستگی به نسبت F/# لنز و طولموج نور دارد. این ناحیهٔ دایرهای دیسک ایری نامیده میشود و دارای شعاعی برابر با:
که λ طولموج نور، f فاصله کانونی لنز، d قطر دهانه و f/d عدد F – نامبر لنز است. این نکته برای اشیاء دور که به نظر کوچک میرسند نیز صدق میکند.اگر دو شیء همسایه را در نظر بگیریم، فاصلهٔ نسبی آنها میتواند بهعنوان «شیء» که تحتتأثیر تفرق هنگام تصویربرداری با لنز قرار میگیرد، در نظر گرفته شود. ایده این است که تفرق تصاویر هر دو شیء تا جایی افزایش مییابد که دیگر نمیتوان آنها را بهعنوان دو شیء جدا از هم دید. بهعنوانمثال، میتوان فاصلهٔ نظری را محاسبه کرد که در آن چشم انسان نمیتواند تشخیص دهد چراغهای یک خودرو از هم جدا هستند. معیار رایلی میگوید دو شیء در صورتی قابلتفکیک نیستند که قلههای الگوی تفرق آنها از هم فاصلهای کمتر از شعاع دیسک ایری rA باشند (در فضای تصویر).
در فضای تصویر (مثلاً روی حسگر). حداقل اندازه قابلتفکیک در فضای تصویر همواره برابر با 2r_A است، بدون توجه بهاندازه واقعی شیء در جهان واقعی.ازآنجاکه لنز TC12120 دارای بزرگنمایی 0.052× و 2r_A = 11.4 μm است، حداقل اندازه واقعی شیء که میتواند تفکیک شود برابر است با 11.4 μm / 0.052 ≈ 220 μm.
به همین دلیل، اپتیکها باید بهدرستی با سنجشگر مطابقت داده شوند و بالعکس: در مثال قبلی، استفاده از دوربینی با پیکسل 2 μm فایدهای ندارد، زیرا هر شیء «نقطهمانند» همواره روی بیش از یک پیکسل را اشغال میکند. در این حالت، باید از لنز با رزولوشن بالاتر یا سنجشگری با پیکسلهای بزرگتر استفاده کرد. ازسویدیگر، یک سیستم میتواند توسط اندازه پیکسل محدود شود، جایی که اپتیکها بتوانند ویژگیهای بسیار کوچکتری را ببینند.
تابع انتقال کل سیستم باید در نظر گرفته شود و سهم هر دو عامل اپتیک و حسگر ارزیابی شود. بهخاطر بسپارید که حد واقعی رزولوشن تنها با نسبت F/# لنز و طولموج مشخص نمیشود، بلکه به عیوب و ناهمگونیهای لنز نیز بستگی دارد: بنابراین فرکانس فضایی واقعی که باید مدنظر قرار گیرد همان است که در منحنیهای MTF لنز مطلوب توصیف شده است.
بازتاب، عبور و پوششها
هنگامی که نور به سطحی برخورد میکند، بخشی از پرتو بازتاب مییابد، بخشی دیگر شکسته میشود (عبور میکند) و باقیمانده توسط ماده جذب میشود. در طراحی لنز، باید به بهترین میزان عبور دستیافته و در عین حال بازتاب و جذب را به حداقل برسانیم. درحالیکه جذب معمولاً ناچیز است، بازتاب میتواند مشکلی واقعی باشد: پرتو در واقع نهتنها هنگام ورود به لنز (مرز هوا – شیشه) بلکه هنگام خروج از لنز (مرز شیشه – هوا) نیز بازتاب مییابد. فرض کنیم هر سطح ۳٪ از نور فرودی را بازتاب دهد: در این حالت، یک سیستم دو عدسی تلفات کلی برابر با ۳*۳*۳*۳٪ ≈ ۸۹٪ دارد. پوششهای نوری – یک یا چندلایه نازک از ماده که روی سطح عدسی نشانده میشوند – راهحل معمول هستند: چند میکرون از ماده میتواند به طور چشمگیری کیفیت تصویر را بهبود بخشد، بازتاب را کاهش داده و عبور را افزایش دهد.
عبور به طور قابلتوجهی به طولموج نور بستگی دارد: انواع مختلف شیشهها و پوششها به بهبود عملکرد در نواحی طیفی خاص، مانند UV یا IR کمک میکنند. بهطورکلی، دستیابی به عبور مناسب در ناحیه UV دشوارتر است.
پوششهای ضدبازتاب (AR) لایههای نازکی هستند که روی سطوح اعمال میشوند تا بازتابندگی آنها را از طریق تداخل نوری کاهش دهند. یک پوشش ضد بازتاب معمولاً از یک پشته دقیق از لایههای نازک با ضرایب شکست متفاوت تشکیل شده است. بازتابهای داخلی این لایهها با یکدیگر تداخل میکنند، بهطوری که قله موج و فرورفتگی موج به هم میرسند و خاموشی رخ میدهد. این امر منجر به بازتاب کلی میشود که کمتر از بازتاب سطح زیرلایه بدون پوشش است.
پوششهای ضدبازتاب روی بیشتر اپتیکهای شکستی وجود دارند و برای بیشینهکردن توان عبور و کاهش تصاویر کاذب (شبح) استفاده میشوند. شاید سادهترین و رایجترین پوشش ضدبازتاب، متشکل از یکلایه منیزیم فلوراید (MgF2) باشد که ضریب شکست بسیار پایینی دارد (تقریباً ۱.۳۸ در ۵۵۰ نانومتر).
پوشش ضدبازتاب کربن سخت (HCAR): HCAR یک پوشش نوری است که معمولاً روی سیلیکون و ژرمانیوم اعمال میشود و برای پاسخگویی به نیازهای کاربردهایی طراحی شده که عناصر نوری در معرض محیطهای خشن قرار دارند، مانند خودروهای نظامی و دوربینهای حرارتی فضای باز.
این پوشش، ویژگیهای محافظتی بسیار بالا را همراه با عملکرد ضدبازتاب خوب ارائه میدهد و سطوح نوری بیرونی را در برابر ذرات معلق با سرعت بالا، آب دریا، سوخت و روغنموتور، رطوبت بالا، جابهجایی نامناسب و غیره محافظت میکند. مقاومت عالی در برابر سایش، نمکها، اسیدها، بازها و روغن ارائه میدهد.
ویگنتهشدن (سایه افتادگی اپتیکی)
نوری که بر روی سنسور متمرکز میشود میتواند توسط تعدادی عوامل داخلی کاهش یابد که وابسته به عوامل خارجی نیستند.
هاله حاشیهای ناشی از نصب (Mount vignetting) هنگامی رخ میدهد که نور به طور فیزیکی در مسیر خود به سمت سنسور مسدود شود. معمولاً این اتفاق زمانی میافتد که دایره تصویر لنز (مقطع مخروط نور تابیده شده توسط لنز) کوچکتر از اندازه سنسور باشد، بهطوری که تعدادی از پیکسلها توسط نور برخورد نکنند و در تصویر سیاه به نظر برسند. این موضوع را میتوان با تطابق صحیح اپتیک با سنسور جلوگیری کرد: برای مثال، یک سنسور معمولی ۲/۳ اینچ (۸.۴۵ × ۷.۰۷ میلیمتر، اندازه پیکسل ۳.۴۵ میکرومتر) با قطر ۱۱ میلیمتر به لنزی با دایره تصویر (حداقل) ۱۱ میلیمتر قطر نیاز دارد.
هاله حاشیه دیافراگم به توقف لنز (F/#) مرتبط است: یک لنز با F/# بالاتر (دیافراگم باریکتر) تقریباً نور یکسانی را از بیشتر جهات دریافت میکند، درحالیکه یک لنز با F/#پایینتر (دیافراگم بازتر) میزان نور یکسانی را از زاویههای باز دریافت نخواهد کرد، زیرا نور تا حدی توسط لبههای دیافراگم فیزیکی مسدود میشود.
هاله حاشیه کسینوسی، افت طبیعی نور ناشی از برخورد پرتوهای نور به سنسور در یک زاویه را توصیف میکند. این افت نور با تابع cos⁴ (θ) بیان میشود که در آن θ زاویه نور ورودی نسبت به محور نوری در فضای تصویر است. کاهش شدت نور در زوایای تابش بازتر محسوستر است و باعث میشود تصویر در مرکز روشنتر و در لبهها تاریکتر به نظر برسد.
سؤالات متداول
انحراف کروی زمانی رخ میدهد که پرتوهای همجهت با فاصلههای مختلف از محور نوری لنز، به نقاط کانونی متفاوتی برسند. این مشکل باعث تاری تصویر میشود که با نزدیک شدن به لبههای لنز افزایش مییابد. برای کاهش آن از لنزهای غیرکروی یا نسبت F/# بالا استفاده میشود.
انحراف رنگی به دلیل تشتت (dispersion) نور سفید در لنز رخ میدهد، زیرا ضریب شکست ماده به طولموج وابسته است و هر رنگ مسیری متفاوت طی میکند. انواع آن طولی (تفاوت کانون در جهت پرتو) و جانبی (تفاوت در جهت عرضی) است، که حاشیههای رنگی و محوشدگی لبهها ایجاد میکند.
آستیگماتیسم انحراف اپتیکی است که پرتوها در دو سطح عمود بر محور نوری کانونهای متفاوتی دارند، باعث تاری در یک جهت (مثلاً تبدیل دایره به بیضی در جهت تانژنتیال یا ساژیتال) میشود.
MTF پاسخ کنتراست لنز به الگوی سینوسی را توصیف میکند، در حالی که CTF برای الگوی مربعی (شطرنجی) است و تیزی لبهها را بهتر نشان میدهد. CTF برای کاربردهای اندازهگیری مفیدتر است.
ویگنتهشدن سایهافتادگی اپتیکی است: نصب (مسدود شدن نور توسط قطعات)، دیافراگم (به F/# وابسته)، و کسینوسی (افت cos⁴(θ) در زوایای باز). باعث تاری لبههای تصویر میشود.
پارامترهای اعوجاج لنزها برای نور سبز (مرکز VIS) بهینهسازی شده، آکروماتیزه کاملتر است، رزولوشن بالاتر (طولموج کوتاهتر حد تفرق را افزایش میدهد) و از قرمز بهتر عمل میکند.
