摄像头模组畸变的定义

摄像头模组畸变是指摄像头拍摄的图像与实际场景之间存在的几何形状偏差，导致图像中的直线或规则形状出现弯曲、扭曲或失真。这种畸变通常分为桶形畸变（边缘向外膨胀）、枕形畸变（边缘向内收缩）和切向畸变（图像边缘扭曲）等类型。畸变会影响图像的几何精度，在需要高精度测量的场景（如AR/VR、工业检测、自动驾驶等）中尤为关键。

摄像头模组畸变的影响因素

畸变的产生是多因素共同作用的结果，主要可分为光学设计、制造工艺、使用环境和传感器与电路四大类：

1. 光学设计与镜头特性

镜头结构：

镜头的透镜数量、曲率、材质和组合方式直接影响光线折射路径。例如，广角镜头（短焦距）为覆盖更大视场角，通常采用更复杂的透镜组合，容易引入桶形畸变；而长焦镜头（长焦距）可能因光线汇聚不均产生枕形畸变。

焦距与视场角：

视场角越大（如鱼眼镜头），畸变风险越高。例如，180°视场角的鱼眼镜头会显著弯曲图像边缘。

光圈位置：

光圈位于镜头前组时，边缘光线入射角更大，可能加剧桶形畸变；后组光圈则可能减少畸变。

2. 制造工艺与装配误差

透镜加工精度：

透镜的曲率、厚度、表面平整度等制造误差会导致光线折射偏差。例如，透镜边缘厚度不均匀可能引发枕形畸变。

镜片组装偏差：

多镜片组合时，若镜片光轴未严格对齐，或与传感器平面不平行，会产生切向畸变。例如，镜片倾斜0.1°可能导致图像边缘出现明显扭曲。

传感器与镜头匹配度：

传感器尺寸与镜头成像圈不匹配时，边缘光线可能无法完全覆盖传感器，导致暗角或畸变。例如，大尺寸传感器搭配小成像圈镜头时，边缘图像可能失真。

3. 使用环境与外部因素

拍摄距离与角度：

近距离拍摄高大物体时，透视变形（如建筑物倾斜）可能被误认为畸变。此外，镜头倾斜或非垂直拍摄会加剧几何失真。例如，倾斜10°拍摄可能导致图像边缘出现梯形畸变。

温度与湿度：

极端环境可能导致镜头材料膨胀或收缩，影响光学性能。例如，高温下塑料镜片膨胀可能改变焦距，间接引发畸变。

4. 传感器与电路设计

像素排列与读出误差：

传感器像素排列不均匀或读出电路延迟可能导致图像边缘失真。例如，Bayer阵列传感器的颜色滤波器可能引发微小几何偏差。

数字信号处理（ISP）：

后期图像处理算法（如锐化、降噪）若补偿不当，可能放大原始畸变。例如，过度锐化可能使边缘畸变更明显。

摄像头模组畸变是光学设计、制造工艺、使用环境和传感器特性共同作用的结果。为减少畸变，需从以下方面优化：

光学设计：采用非球面镜片、优化透镜组合。

制造工艺：提高透镜加工精度、严格校准镜片光轴。

使用环境：避免极端温度、保持镜头垂直。

传感器与算法：匹配传感器与镜头、优化ISP算法。

在需要高精度测量的场景中，可通过标定算法（如张正友标定法）对畸变进行校正，或直接使用低畸变镜头（如远心镜头）减少畸变影响。