像差 （全稱色像差， aberration）是指實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)中，由非近軸光線追跡所得的結(jié)果和近軸光線追跡所得的結(jié)果不一致，與高斯光學(xué)（一級近似理論或近軸光線）的理想狀況的偏差。像差主要分為球差、彗差、場曲、像散、畸變、色差以及波像差。本文對上述像差進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

像差一般分兩大類：色像差和單色像差。色像差簡稱色差，是由于透鏡材料的折射率是波長的函數(shù)，由此而產(chǎn)生的像差。它可分為位置色差和放大率色差兩種。單色像差是指即使在高度單色光時也會產(chǎn)生的像差，按產(chǎn)生的效果，又分成使像模糊和使像變形兩類。前一類有球面像差、彗形像差和像散。后一類有像場彎曲和畸變。

實(shí)際工作中光學(xué)系統(tǒng)所成的像與近軸光學(xué)(Paraxial Optics，高斯光學(xué))所獲得的結(jié)果不同，有一定的偏離，光學(xué)成像相對近軸成像的偏離稱像差。

由于像差使成像與原物形狀產(chǎn)生差異。復(fù)色光引起的色像差簡稱色差；非近軸單色光則引起單色像差。初級像差又分為五種，分別為：球面像差、彗形像差、像散、像場彎曲和畸變五種。

攝影影頭因制作不精密，或人為的損害，不能將一點(diǎn)所發(fā)出的所有光線聚焦于底片感光膜上的同一位置，使影像變形，或失焦模糊不清。

實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)存在著各種像差。一個物點(diǎn)所成的像是綜合各種像差的結(jié)果；此外實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)完全可以不調(diào)焦在理想像平面處，這時像差（指在這個實(shí)像面上的像斑）當(dāng)然也要變化。在天文上常用光線追跡的點(diǎn)列圖來表示實(shí)際像差；也可用波像差來表示像差，由一個物點(diǎn)發(fā)出的光波是球面波，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后，波面一般就不再是球面的。它與某一個基準(zhǔn)點(diǎn)為中心的球面的偏離量，乘以該處介質(zhì)的折射率值，稱為波像差。

賽德爾的五像差1856年德國的賽德爾，分析出五種鏡頭像差源之于單一色（單一波長）。此稱為賽德爾五像差。

一、球差

在共軸球面系統(tǒng)中 [5]  ，軸上點(diǎn)和軸外點(diǎn)有不同的像差，軸上點(diǎn)因處于軸對稱位置，具有最簡單的像差形式。當(dāng)軸上物點(diǎn)的物距L確定，并以寬光束孔徑成像時，其像方截距隨孔徑角U（或孔徑高度h）的變化而變化，因此軸上物點(diǎn)發(fā)出的具有一定孔徑的同心光束，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后不復(fù)為同心光束。在孔徑角很小的近軸區(qū)域可以得到物點(diǎn)成像的理想位置l′，任意孔徑角U的成像光線偏離理想像點(diǎn)與光軸相交的位置為L′。我們把軸上物點(diǎn)以某一孔徑角U成像時，其像方截距L′與理想像點(diǎn)的位置l′之差稱為軸上點(diǎn)球差，又稱為軸向球差。

與物高無關(guān)而與入射光瞳口徑三次方成正比的像差。它使理想像平面中各像點(diǎn)都成為同樣大小的圓斑。軸上物點(diǎn)只有球差這一種像差。通過入射光瞳上不同環(huán)帶的光線，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后會聚在光軸上的不同點(diǎn)。這些點(diǎn)與近軸光的像點(diǎn)之差稱為軸向球差。

單個折射球面的齊明點(diǎn)

對單個折射球面，可以證明，有三個物體位置可以不產(chǎn)生軸上點(diǎn)球差。這三個位置是：

1.物點(diǎn)位于球面的球心處，即所有光線將沿球面的法線方向入射，即入射角等于0；

2.物點(diǎn)位于球面的頂點(diǎn)處。此時不論U角如何，所有入射光線射向此點(diǎn)，經(jīng)折射后也都將經(jīng)此點(diǎn)離開，即像點(diǎn)也位于頂點(diǎn)。

3.物點(diǎn)位于

處，此時對于任意孔徑角，有I'=U,U'=I。