ICS 37.020 N 30
中华人民共和国国家标准
GB/T27667—2011/ISO9039:2008
光学系统像质评价 畸变的测定
Quality evaluation of optical systems-Determination of distortion
(ISO9039:2008,Opticsandphotonics-Qualityevaluationofoptical
systems--Determination of distortion,IDT)
2012-05-01实施
2011-12-30发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T27667—2011/IS09039:2008
目 次
前言 1范围 2 术语和定义 3被测系统的分类
3.1无限远物距、有限远像距系统 3.2无限远物距、无限远像距系统 3.3有限远物距、有限远像距系统. 3.4有限远物距、无限远像距系统 4试验方法 4.1概述 4.2装置 5测量的基本要求 5.1被测光学系统的参考角 5.2坐标原点 5.3 像高选择 6评价 6.1参量a、a、m或F的计算 6.2畸变的计算 7测结果的表达 8测试报告附录A（资料性附录）变换测量原点的方法举例附录B（资料性附录） 图像几何畸变值参考文献
-.
10
11 14 15 GB/T27667—2011/ISO9039:2008
前言
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。 本标准使用翻译法等同采用ISO9039：2008《光学和光子学光学系统像质评价 畸变的测定》。 为便于使用，本标准还做了下列编辑性修改：
“本国际标准”一词改为本标准”；删除国际标准的前言。
本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国光学和光子学标准化技术委员会（SAC/TC103)归口。 本标准负责起草单位：上海理工大学、华东师范大学、江南永新光学有限公司、宁波永新光学股份有
限公司、南京东利来光电实业有限公司、宁波市教学仪器有限公司、宁波华光精密仪器有限公司、宁波舜宇仪器有限公司、梧州奥卡光学仪器公司、广州粤显光学仪器有限责任公司、麦克奥迪实业集团有限公司、重庆光电仪器有限公司、贵阳新天光电科技有限公司、苏州一光仪器有限公司。
本标准主要起草人：黄卫佳、章慧贤、王蔚生、李晞、曾丽珠、杨广烈、王国瑞、徐利明、胡森虎、 张景华、黄文勇、肖倩、夏硕、胡清、顾洁
I GB/T27667--2011/IS09039:2008
光学系统像质评价 畸变的测定
1范围
本标准规定了光学系统径向畸变的测量方法。 本标准适用于光谱范围在100nm～15000nm内，且具有旋转对称特性的光学系统。对于符合旋
转对称特性的电子光学图像系统，亦可参照使用。
本标准不适用于变形光学系统。
2术语和定义
下列术语和定义适用于本文件，
2. 1
畸变distortion 横向放大率随视场的增大而变化所引起的一种失去物像相似的一种像差。 注：如果像面在无限远，像的位置用视场角的正切表示。
2. 2
参考平面 referenceplane 测量、校准的基准面，它与测量装置的物理特征相对应，例如安装法兰或其他专用的部件。
2.3
绝对畸变 absolute distortion V. 被观测像点到理想像点之间的径向距离。单位用毫米或微米表示。
2. 4
相对畸变 relative distortion V. 用绝对畸变V。相对于理想像高无。的百分比表示。
2. 5
物高objectheight h 物点到测试样本旋转对称光轴之间的距离。单位用毫米表示。
2.6
像高 image height T 像点到测试样本旋转对称光轴之间的距离。单位用毫米表示。
2.7
物方视场角 object pupil field angle wp 边缘物点的主光线与光轴夹角的两倍。
I GB/T27667—2011/IS09039:2008
2.8
像方视场角 imagepupilfieldangle wp 边缘像点的主光线与光轴夹角的两倍。
2.9
物距 object distance a 自光学系统物方主点到轴上物点的距离。单位用毫米表示。
2. 10
像距 image distance a' 自光学系统像方主点到轴上像点的距离。单位用毫米表示。
2.11
物平面objectplane 过物点并垂直于光轴的平面。
2.12
像平面imageplane 过像点并垂直于光轴的平面。
2. 13
理想像高 ideal image height ho 由几何透视投影得到的无畸变的像高。单位用毫米表示。
2.14
理想视场角 ideal image field angle wg 由几何透视投影得到的无畸变的像方视场角。单位用弧度或度表示。
2. 15
角放大率 angular magnification F 通过轴上像点的光线与光轴夹角的正切和通过物点的共轭光线与光轴夹角的正切之比值。 角放大率F按公式(1)计算：
F= lim tana's
.(1)
tanwp
ap*
2.16
横向放大率 lateral magnification m 光学系统成像时，像的大小与物的大小之比值。 横向放大率m按公式(2)计算：
m=lim h'
(2)
0h
2 GB/T27667-2011/ES09039.2008
3被测系统的分类
3.1无限远物距、有限远像距系统
参量是像距α"，按公式（3)计算：
h'
a=lim
·(3)
otanwp
绝对畸变V.按公式（4)计算：
V. =h'-a'tanap h'- a'tangg × 100%
（4）
相对畸变V,按公式(5)计算：
V.
（5)
a'tanwp
对于远心成像系统，像距α用光阑到物方主点的距离代替，该光阑位于主光线通过像方焦点处。 如果像方焦点位于像面上，则像距a与焦距等效。对于摄影测量镜头，用镜箱焦距代替像距α来
计算绝对畸变V。。镜箱焦距是用特定的方法，根据视场范围内畸变最小和分布均匀的原则确定的焦距值。 3.2无限远物距、无限远像距系统
参量是角放大率r。相对畸变V，按公式（6)计算
×100%
*(6)
V
Ftanw
3.3有限远物距、有限远像距系统
参量是横向放大率m。绝对畸变V。按公式（7）计算：
V.=h'-hm
(7)
相对畸变V,按公式(8)计算：
) × 100%
V,=
.(8)
3.4有限远物距、无限远像距系统
参量是物距a，按公式(9)计算：
a=lim h
-( 9 )
otanwp
相对畸变V,按公式(10)计算：
atana'p-h ×100%
V.=
(10)
h
对于远心成像系统，物距α用光阑到像方主点的距离代替，该光阑位于主光线通过像方焦点处。
4 试验方法
4.1概述
为了测定畸变，必须测量出物空间和像空间共轭关系的参数值。对于物空间有物方视场角p或物高h，像空间有像方视场角邮或像高h。对物空间和像空间的理解必须与镜头实际使用情况吻合。
测量方向原则上应从物空间到像空间。测量方向的不同会改变畸变的形状，但为了测量的方便也
3 GB/T276672011/IS090392008
可以考虑反方向测量。
通过对照明分划板或一组分离的照明狭继或单个照明狭继的位聋测量，来表述有限远物距系统，反
方向测量则表述有限远像距系统。平行光管表述无限远物距系统，而望远镜则表述无限远像距系统（反方向测量也一样）。
为了测量物方或像方视场角，被测平行光管或望远镜的像面或物面的相互位置应有利于对应角度的测量。为了使光线充满系统整个孔径，达到较大的视场角，旋转光轴应通过被测系统人睡或出睡的中心。
为了测量有限远像距或物高，检测装置的位置应能测量，或在测量面上安装一把标尺。 按第3章给出的公式，根据测量值计算畸变。 注：反方向测量时，像方、物方必须分清，否则畸变的符号会颠倒。
4.2装置 4.2.1通用要求
对无限远物距或无限远像距系统，可采用自准直仪代替平行光管或望远镜，其光轴应校正到垂直于被测系统的参考平面。参考平面、物平面和像平面三者应相互平行，此时的物方视场角三0，或像方视场角p=0°
测量装置的系统误差应不超过畸变值的十分之一到五分之一。对于畸变值很小的系统，实际测量准确度应在测试报告中予以规定。
对测量装置的稳定性，尤其是旋转精度应进行误差评定。 测量装置的照明系统、光谱特性、相干性能、光束限制以及主光线的取向应尽可能地与被测系统的
实际使用情况相适应。
对于测量光路中的附加光组，应具有良好的像质和足够大的通光孔径，以保证测量过程中不产生拦光现象，不影响测量值。
测量中应精确调焦，保证测量的像平面精确地与实际使用的像平面相一致。 如果测量精度较高，应详细规定调焦过程，保证像面位置的正确。
4.2.2无限远物距、有限远像距系统 4.2.2.1一般要求
测量时尽可能做到物方视场角p和像高h成对测量。 4.2.2.2测量装置
平行光管焦面上安置一非相干光照明的狭缝，其出射光模拟了无限远物距，经被测光学系统后成像于它的像面上，像面上安装有位移测量装置。平行光管和像面上装有位移测量装置的被测系统，这两个部件都可以转动，且转动角度均可得。测量时哪个部件转动娜个部件固定都不重要，但转动轴必须垂直于平行光管的光轴，转动轴位置要通过被测系统的入瞳中心，且与被测系统像面垂直的光轴相垂直。
测量物方视场角时，用带角度分划的旋转平台或用经纬仪以替代不同角度安置的若于平行光管。 开始测量之前，应校正好像探测器的位移方向，使其平行于被测系统的参考平面。平行光管的出射
光束垂直于参考平面，此时定物方视场角二0°，以像平面上所瞄准的像点作为像高的测量原点。
用自准直望远镜进行相应的校正后，采用带十字分划板的显微镜或光电显微镜对像点进行瞄准测量。在测量准确度要求不太高的情况下，可在像面上安装一已知格值的标尺进行测量[见图1a)]。
如图1b)所示，在像平面上用照相干板拍摄目标像，经显影、定影处理后，对像高进行测量。干板在显影、定影过程中所引起的微小位移，应在测量允许误差范围内。
4 GB/T27667—2011/ISO9039:2008
业业
Qp
办
功务作
业
&
EP
BZ
a)
b)
说明： B 一像面； BZ- 被测光学系统的参考平面； D- 检测装置； EP 一人瞳； K- 平行光管； L. 一照明系统；
P——被测光学系统； Ph 一照相干板； OS- 一分划板或狭缝； a'- 一像距；
一像高；物方视场角。
Cp
图1 测量装置