图像质量评估(5) -- 畸变(Distortion)

当图像中原本应该是直线的地方看起来发生了不自然的变形或扭曲时，我们称为图像畸变。有三种类型的镜头畸变：桶形畸变（后文使用英文barrel），枕形畸变（后文使用pincushion）和胡子畸变（后文使用英文wave或mustache，这种畸变里包含了桶形畸变和枕形畸变）。有一个重要的点需要注意，根据透镜的类型以及透镜是否能够从相机中移除等条件不同，畸变会有不同的表现。

总的来说，旋转对称光学系统功能上会产生和物体几何相似的图形。但也有少数特殊的系统是例外，例如鱼眼镜头，这种镜头几何是故意设计为何物体的几何不一致的。理想情况下，光学系统的功能根据透视投影的几何形状来实现。但实际结果和理想状态的图像几何会有偏差，这个偏差叫做畸变。

桶形(barrel)畸变例子

枕形(pinchushion)畸变例子

如何测量畸变

ISO90391标准定义了一些方法来测量和相机分离开来的镜头的畸变。但有些情况我们没有办法将镜头和相机分离开（比如手机中的摄像头），因此ISO 90391里描述的非常耗时的方法不够。因此，ISO 17850被用来测量相机镜头组合到一起的畸变。

TV 畸变方法（ISO 9039）

最早的使用相机镜头组合的畸变测量方法是TV畸变方法，这个方法用来分析TV摄像机系统。此方法需要一个测试图卡，图卡带有规则的几何结构的方格，比如下图的TE260和TE251这两种图表常常用来测量畸变。

TE260点图

TE261格子图

TV畸变方法本质上是一个从图像中心到角落展现出稳定增长的畸变特性的系统。原始图像中直线的弯曲在图像的上边缘（top edge）处被量化。沿着图像的高度方向弯曲的比率乘以100是图像高度畸变的百分比。这个方法和EBU Tech 3249里描述的过程是兼容的。