四、發(fā)展瓶頸及未來(lái)展望

4.1.設(shè)計(jì)方面

4.1.1 初始結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

相較于一般的光學(xué)系統(tǒng)，魚(yú)眼鏡頭的光學(xué)結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多,因此對(duì)其初始結(jié)構(gòu)的要求更高。但魚(yú)眼鏡頭的設(shè)計(jì)大部分由商業(yè)公司完成，大學(xué)設(shè)計(jì)的較少，其參數(shù)均為商業(yè)機(jī)密,故被公開(kāi)披露的系統(tǒng)類(lèi)型、結(jié)構(gòu)參數(shù)都很少,因而沒(méi)有足夠多的定型系統(tǒng)供分析借鑒，加大了設(shè)計(jì)難度。

4.1.2 邊界條件與質(zhì)量函數(shù)之間的矛盾

對(duì)于自動(dòng)化光學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),質(zhì)量函數(shù)的優(yōu)化必須被約束在由若干邊界條件所規(guī)定的范圍內(nèi)。不過(guò),邊界條件越嚴(yán)格,則取得優(yōu)化解的空間越小。因此,邊界條件的約束與質(zhì)量函數(shù)的優(yōu)化是相互矛盾的。魚(yú)眼鏡頭要實(shí)現(xiàn)成像，需要極大的視場(chǎng)和很高的相對(duì)孔徑,因此必須以很大的相對(duì)截面?zhèn)鬟f極度傾斜的光束,這使得其光學(xué)系統(tǒng)必須包含若干個(gè)光焦度很大的組元。以第一透鏡為例,由于它在最前面,口徑最大,第二面又極度彎曲,故被稱(chēng)為“彎月形透鏡”。“彎月形透鏡”是魚(yú)眼鏡頭光學(xué)系統(tǒng)中最重要的組元,因?yàn)樗鼘?duì)魚(yú)眼鏡頭設(shè)計(jì)的成敗具有決定性的影響。實(shí)踐表明,在質(zhì)量函數(shù)的優(yōu)化過(guò)程中,這一組元的變化趨勢(shì)多是進(jìn)一步增大其曲率半徑;而光學(xué)工藝、裝配工藝和機(jī)械強(qiáng)度等厚度類(lèi)邊界條件常與這種趨勢(shì)形成尖銳矛盾。

此外,考慮到工程應(yīng)用環(huán)境或成本因素,某些光學(xué)材料不宜被采用,因而材料類(lèi)的邊界約束被強(qiáng)化。與此同時(shí),魚(yú)眼鏡頭需要焦距很短而后工作距很長(zhǎng),這種要求常與像質(zhì)函數(shù)的優(yōu)化發(fā)生抵觸。

4.1.3 優(yōu)化中的“病態(tài)”處理

“病態(tài)”是光學(xué)系統(tǒng)自動(dòng)化過(guò)程中出現(xiàn)的發(fā)散、震蕩、慢收斂和無(wú)優(yōu)化解現(xiàn)象的統(tǒng)稱(chēng)。魚(yú)眼鏡頭自動(dòng)優(yōu)化中，“病態(tài)”現(xiàn)象十分頻繁。用傳統(tǒng)方法處理魚(yú)眼鏡頭優(yōu)化中的“病態(tài)”是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，可能導(dǎo)致“死循環(huán)”或接連不斷的持續(xù)“病態(tài)”,使優(yōu)化過(guò)程持久陷入困境。

4.2. 像差校正方面

（1）當(dāng)目標(biāo)圖像尺寸大于魚(yú)眼照片尺寸約4 倍以上，就存在明顯的馬賽克現(xiàn)象;（如圖4-1）

圖4-1魚(yú)眼鏡頭拍攝的照片（左）和消除畸變后（右）

（2）當(dāng)目標(biāo)圖像尺寸小于魚(yú)眼圖像照片尺寸時(shí)，目標(biāo)圖像上相鄰的像素就對(duì)應(yīng)魚(yú)眼照片上距離比較大的兩點(diǎn)，那么當(dāng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)目標(biāo)圖像的閃爍。

4.3. 展望

（1）作為新興的光學(xué)鏡頭，魚(yú)眼鏡頭還有很大的應(yīng)用潛力未被挖掘，可以根據(jù)各種需要設(shè)計(jì)多種多樣的魚(yú)眼鏡頭。

（2）優(yōu)化鏡頭組的設(shè)計(jì)，獲得光學(xué)特性更加優(yōu)良的鏡頭。

（3）提高畸變校正和圖像增強(qiáng)技術(shù)。