鱼眼镜头光学设计

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：
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1.初始结构
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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；
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2.设计与优化
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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。

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。