一、探索光学世界的瑕疵：像差影响解析力
在光学系统的世界里，像差是影响成像质量的关键因素，它们源于光学元件的实际非理想特性。这些像差可分为多个类别，如球差、场曲、像散、慧差、位置色差和倍率色差，它们各自对成像的清晰度和几何形状产生显著影响。
1. 球差：清晰度的挑战
单色透镜或镜片中心的轴上点，球差会导致图像的清晰度下降。通过负透镜与正透镜的组合，或是采用非球面设计，可以有效校正这种像差，提升图像质量。
2. 场曲：失焦与变形的元凶
场曲是轴外点的折射球面像差，如果传感器平面与之不匹配，会导致失焦和图像畸变。通过平场透镜或使用曲面探测器，可以纠正这种失真的现象。
3. 像散：视场中的隐形杀手
像散是轴外点的像差，对清晰度有直接影响。通过调整视场光阑的位置，可以减轻像散带来的影响，保持图像的锐利。
4. 慧差：大孔径下的彗星尾迹
慧差，尤其在大孔径光学系统中，产生彗星状的弥散光斑。通过优化透镜曲率、非球面设计或缩小光圈，可以有效降低慧差的影响。
5. 位置色差与倍率色差：色彩扭曲的元凶
位置色差（轴向色差）和倍率色差（垂轴色差）源于波长依赖的折射率差异，导致清晰度下降和颜色失真。通过双胶合或三胶合透镜，可以部分校正这些色差。
6. 色差校正：从简单到复杂
光圈减小虽然能减小色差的影响，但也会牺牲光通量。对称结构和非球面透镜是高级校正技术，能有效提升图像的色彩和几何一致性。
结论：理想成像的追求与现实挑战
虽然光学系统无法完全避免像差，但通过精确的设计和校正，我们可以最大限度地减少它们对图像质量的影响。理解这些几何像差的特性，对于机器视觉系统的优化和工程应用至关重要。