测试课堂第二讲 | 相机畸变知多少？

畸变，也称为失真，它是一种可以把直线变成曲线的像差，广角镜头、变焦镜头，远距镜头容易造成严重的畸变。在图像的边缘切线尤其明显，但对于沿半径的放射线是不明显的。由于光学透镜的固有特性，对拍摄的图片造成失真现象（畸变），通常对成像的美观性是不利的。

畸变主要有两种表现形式：桶形畸变（Barrel），枕形畸变（Pincushion）。

除此之外，复杂透镜系统还可能会出现【胡须】或【波浪】混合的胡须形畸变，又叫髭形畸变。（如下图）

针对畸变这种现象，我们可以通过在实验室内拍摄专门的畸变测试卡进行分析后，评估一个成像系统大致的畸变情况，具体可以参考畸变率这一客观指标。常见的畸变测试卡包括，直线卡（使用较少）、网格图、点状图、棋盘格测试卡。具体的测试实操参考文末视频教程。

1、 畸变测试分析报错  

对于这几种图卡的分析，Imatest软件不推荐使用直线图或网格图来测试畸变，一是ROI区域检测的不稳定性（尤其是对于成像效果较差或者未经ISP处理有很大噪声且画面不清晰的成像系统），二是算法的兼容性不够，如下方例子：
在此次测试分析中畸变分析报错，参见下图软件畸变模块的报错信息，经过分析其原因有二：

• 不均匀的光照

• 噪声影响，由于图像中存在的噪声量造成的。很可能是检测算法检测到了噪声中并不存在的线条，或者错误地忽略了它认为是噪声的一部分的线条。

针对这种报错，我们尝试过增加图像对比度，使得网格线与背景之间的区别更加明显，但是这种报错依然存在。 

至此，面对这种复杂的畸变模型，且成像效果较差的成像系统，我们更换了棋盘格模块做分析。在使用棋盘格进行畸变分析计算时，建议使用8到12个垂直方块。小于8时，畸变测量可能不太准确。

在对一些复杂的畸变（如胡须型畸变）进行分析时，我们难免会遇到以下的问题：当我们选择了不同的计算设置，如3rd，5rd，atan/tan，11rd，我们得到了不同的结果，而结果差异很大。那么，哪种设置才是更合适的呢？

在这种情况下，针对较为复杂的畸变模型，使用Imatest分析，至少需要一个五阶拟合。使用三阶或atan/tan拟合将不能适当地处理这种失真，并会导致错误的结果。对于五阶和更高阶的拟合，推荐在分析窗口中勾选"Distortion correction"框，这样就可以看到校正后的图像，然后进行目视观察，看看哪个拟合结果是最好的。但对于更高阶的拟合要注意，它可能"过度拟合"你的数据。

2、Imatest软件Checkerboard模块分析操作  

1. 获取标准样图：

使用Checkerboard测试卡和反射面光源。将棋盘格吸附在中性灰背板或涂了中性灰涂料的墙壁上，建议采集图像大小为棋盘格充满相机取景器。如下图：

2. Imatest软件中使用Checkerboard Setup模块打开图像。参考以下设置： 

3. 选择需要分析的样图，点击打开：

 4. 选择ROI区域：

5. More settings对图像进行参数设置：

 6. 结果分析：

 7. 保存分析数据（如下图）

 8. 结果解读：畸变越小越好。（＞0表示枕型畸变，＜0表示桶形畸变）

3、畸变测试实操演练与软件分析视频：

具体的测试实操与软件分析步骤→图像测试课堂之相机畸变知多少！