distorsion

La distorsion est une aberration optique dans laquelle le grossissement d'un système optique varie en fonction de la distance par rapport à l'axe optique. Dans une image sans distorsion, les lignes droites de l'espace objet restent droites dans le plan image ; en présence de distorsion, ces lignes s'incurvent vers l'extérieur (distorsion en coussinet) ou vers l'intérieur (distorsion en barillet). L'effet est plus prononcé vers les bords du champ de vision, tandis que le centre reste généralement relativement non déformé.

Les deux formes classiques sont le barillet et le coussinet. La distorsion en barillet, courante dans les objectifs grand-angle et les objectifs fisheye, fait que les lignes droites s'incurvent vers l'extérieur, donnant à l'image un aspect bombé. La distorsion en coussinet, souvent observée dans les téléobjectifs et les zooms, incurve les lignes droites vers le centre. Les deux résultent d'une variation du grossissement radial en fonction de l'angle de champ. Les conceptions modernes d'objectifs composés peuvent introduire une distorsion en moustache, une forme mixte où un axe présente des caractéristiques de barillet et l'axe perpendiculaire des caractéristiques de coussinet.

Sources et mesure

La distorsion provient principalement de groupes de lentilles asymétriques et d'un espacement inégal entre les surfaces optiques. Dans une lentille positive simple, les rayons lumineux traversant les zones externes réfractent plus fortement que les rayons paraxiaux, provoquant un bombement caractéristique en barillet. L'amplitude est quantifiée en pourcentage : la différence entre la position réelle et la position idéale de l'image, divisée par la position idéale, multipliée par 100. Un zoom grand-angle peut présenter une distorsion en barillet de 3 à 5 % ; en téléobjectif, une distorsion en coussinet de 1 à 2 % est typique.

La distorsion diffère des autres aberrations car elle ne floute pas l'image et ne réduit pas la netteté, elle ne fait que déplacer l'emplacement des points. Cela la rend presque invisible lors d'une visualisation occasionnelle, mais critique dans les applications d'imagerie de précision. En photogrammétrie, en métrologie et en calibration de caméra, la distorsion doit être mesurée et compensée mathématiquement. Les concepteurs d'objectifs utilisent des logiciels de traçage de rayons pour prédire et équilibrer la distorsion par rapport aux autres aberrations ; une élimination complète sur un large champ est rarement possible sans sacrifier les performances dans d'autres domaines.

Les appareils photo numériques modernes et les systèmes de vision industrielle appliquent souvent une correction de la distorsion dans le firmware ou le logiciel à l'aide de paramètres de calibration mesurés. Les objectifs grand-angle des smartphones acceptent délibérément une distorsion en barillet de 5 à 10 % comme compromis pour le champ de vision et la compacité ; la correction est appliquée après la capture. En revanche, les optiques de précision pour la mesure de coordonnées ou l'imagerie astronomique exigent une distorsion inférieure à 0,5 % pour maintenir la précision géométrique.