深入了解镜头畸变的两种表征方式：TV畸变与光学畸变

    在工业视觉测量、缺陷检测等领域，镜头畸变是影响检测精度的核心因素。市场上镜头规格书中常见的“TV畸变”与“光学畸变”，实则为对同一物理现象的不同表征形式。明晰二者的区别与联系，对于镜头选型及精度控制具有重要意义。

    畸变的本质：光学倍率的视场差异
    畸变并非影响成像清晰度的因素，而是会导致图像在平面内产生变形——这种变形与“近大远小”的透视效果不同，后者源于不同对焦深度下的光学倍率差异，而畸变的核心在于同一对焦物面内，不同视场区域的光学倍率存在差异。
    理论上，镜头在固定工作距离下对焦时，像面与对焦物面应保持固定的比例关系（即光学倍率）。但实际中，视野中心与边缘区域的光学倍率存在偏差，且该偏差按视野环带区域分布，最终形成畸变曲线（畸变量与视野的函数关系）。

    光学畸变：基于理想与实际像高的差值表征
    光学畸变通过实际像高与理想像高的差值进行定义，其计算公式为：

    其中，Y为实际像高，Y0为理想像高。该指标直接反映实际成像与理想成像的偏离程度，聚焦于实际图形与理想图形的整体差异。
    在光学设计中，ZEMAX等光学设计软件可直接生成光学畸变曲线，直观呈现不同视场下的畸变量。工业视觉领域的镜头规格书通常标注光学畸变，尤其是在高精度检测场景中，低畸变镜头（如畸变量控制在0.1%以内的远心镜头）是保障检测精度的基础。
    TV畸变：基于图像自身变形度的表征
    TV畸变聚焦于图像自身的变形程度，通过实际像高的最大值与最小值之间的差值进行计算。其计算公式如下：

    其中，▲h为像高的最大差值，h为最大像高。该指标描述的是视野内不同区域“放大比例”的不均衡程度。
    TV畸变与光学畸变存在定量关联，大致满足：

    通常光学畸变量为TV畸变的23倍。由于更关注图像自身的变形特性，安防、消费电子等领域的镜头规格书常标注TV畸变。
    选型与应用：依场景确定关注重点

    不同应用场景对畸变量的要求存在显著差异：
    工业高精度检测（如一键式测量仪）需对畸变进行严格控制，因被测零件可能随机出现在视野任意区域，畸变会直接影响检测结果的重复精度。此时应优先选用低光学畸变镜头，远心镜头常将畸变量控制在0.1%以内，以满足高精度需求。
    对精度要求较低的场景（如普通监控），光学畸变量在3%以内（对应TV畸变量约1%1.5%）时，人眼几乎无法察觉图像变形，无需过度追求低畸变特性。
    需注意的是，畸变量通常随物方视野增大而增加，因此在选用小倍率镜头时，需特别关注畸变量的大小。
    综上，TV畸变与光学畸变本质均为光学倍率在视场内的不均衡分布。理解二者的定义、计算方式及应用场景，方能在镜头选型时精准匹配应用需求，为高精度检测或稳定成像提供可靠保障。