ITMO
ru/ ru

ISSN: 1023-5086

ru/

ISSN: 1023-5086

Scientific and technical

Opticheskii Zhurnal

A full-text English translation of the journal is published by Optica Publishing Group under the title “Journal of Optical Technology”

Article submission Подать статью
Больше информации Back

DOI: 10.17586/1023-5086-2026-93-02-48-59

УДК: 535.317.64

Distortion of ultra-wide-angle lenses within an angular field up to a hemisphere

Bagdasarov, A.A., Bagdasarova, O.V., Shemigon T.N.
For Russian citation (Opticheskii Zhurnal):

Багдасаров А.А., Багдасарова О.В., Шемигон Т.Н. Дисторсия сверхширокоугольных объективов в пределах углового поля до полусферы// Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 2. С. 48–59. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-02-48-59

 

Bagdasarov A.A., Bagdasarova O.V., Shemigon T.N. Distortion of ultra-wide-angle lenses within an angular field up to a hemisphere [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 2. P. 48–59. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-02-48-59

 

For citation (Journal of Optical Technology):
-
Abstract:

The subject of the study. The process of changing distortion within an angular field in the space of objects up to a hemisphere in ultra-wide-angle optical systems made of spherical surfaces. The purpose of the work. Determination of the dependence of distortion on changes in the angular field to the hemisphere in ultra-wide-angle optical systems made of spherical surfaces. Method. A polynomial representation of distortion in a power-law dependence on the values of the field angle in the space of objects, obtained on the basis of combinations of various laws of image formation and the isolation of only one distortion aberration. The main results. For the first time, the analytical relations obtained make it possible to estimate the direction and rate of change of distortion within the angular field in the space of objects of optical systems with an accuracy of the nineteenth and higher order of aberration and confirm the possibility of universalization of the presented concept. A comparison of the results obtained analytically with numerical values showed a high degree of their mutual correspondence with different methods of image formation. The maximum error of the analytical definition of distortion relative to the numerical calculation is in the order of 13,69% to 32,66% for various laws of image formation. Practical significance. In addition to the theoretical basis, the material of the article is very useful in applied terms in the design of optical ultra-wide-angle systems, initially allowing you to predict the possible amount of distortion and the corresponding focal length of the optical system being developed, without unnecessarily accelerating the angular field in order to fit into the format of the receiving device.

Keywords:

angular field, negative distortion, image magnitude, image formation law, orthoscopic optical system, spherical optics

OCIS codes: 120.4820, 2203620

References:
  1. Русинов М.М. Композиция оптических систем. Л.: Машиностроение, 1989. 384 с.

Rusinov M.M. Composition of optical systems. L.: Mashinostroenie, 1989. 384 p .

  1. Тарабукин В.В. Современные сверхширокоугольные дисторзирующие фотографические объективы // Разработка и испытание оптических систем. Сборник статей. Труды ГОИ. Л.: ГОИ, 1981. Т. 49. Выпуск 183. С. 44–51.

Tarabukin V.V. Modern ultra-wide-angle distorting photographic lenses // Development and testing of optical systems. Collection of articles. Proceedings of GOI. L.: GOI, 1981. Vol. 49. Issue 183. P. 44-51.

  1. Тарабукин В.В. Расчёт особоширокоугольных фотографических систем // ОМП. 1974. № 3. С. 29−32.

Tarabukin V.V. Calculation of extra-wide-angle photographic systems // OMP. 1974. № 3. P. 29−32.

  1. Беляков Г.Ф., Багдасаров А.А., Багдасарова О.В., Кузьмина Т.А. Исследование и оценка светораспределения в плоскости изображения сверхширокоугольных объективов для минивидеокамер с ПЗС-матрицей // Оптический журнал. 2005. Т. 72. № 3. С. 23–30.

Belyakov G.F., Bagdasarov A.A., Bagdasarova O.V., Kuzmina T.A. Investigation and evaluation of light distribution in the image plane of ultra-wide-angle lenses for mini cameras with a CCD sensor // Journal of Optical Technology. 2005. V. 72. № 3. P. 245−251. https://doi.org/10.1364/JOT.72.000245

  1. Гончаренко Е.Н., Осипова Л.П., Томилин М.Г. Объективы для широкоугольной и панорамной съёмки // ОМП. 1979. № 1. С. 26–33.

Goncharenko E.N., Osipova L.P., Tomilin M.G. Lenses for wide-angle and panoramic photography // OMP. 1979. № 1. P. 26−33.

  1. Архипова Л.Н., Багдасаров А.А., Багдасарова О.В., Шевченко. Д.Н. Панорамные системы кругового обзора // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 6. С. 20−31.

Arkhipova L.N., Bagdasarov A.A., Bagdasarova O.V., Shevchenko D.N. Panoramic circular viewing systems // Journal of Optical Technology. 2016. V. 83. № 6. P. 342−350. https://doi.org/10.1364/JOT.83.000342

  1. Gyeong-il Kween, Seung Hwang-bo, Geon-hee Kim, Sun-cheol Yang, Young-hun Lee. Wide-angle catadioptric lens with a rectilinear proection sceme // Applied Optics. 2006. V. 46. № 34. P. 8659–8673.
  2. Гебгарт А.Я. Особенности проектирования некоторых типов особоширокоугольных объективов // Оптический журнал. 2010. Т. 77. № 9. С. 17–21.

Gebgart A. Ya. Design features of some types of ultrawide-angle objectives // Journal of Optical Technology. 2010. V. 77. № 9. P. 538−541. https://doi.org/10.1364/JOT.77.000538

  1. Гебгарт А.Я., Шатова Е.А., Медведев В.В. Оптические системы некоторых типов широкоугольных ИК объективов // Оптический журнал. 2013. Т. 80. № 2. С. 48–51.

Gebgart A. Ya., Shatova E. A., Medvedev V.V. The optical systems of certain types of wide-angle IR objectives // Journal of Optical Technology. 2013. V. 80. № 2. P. 107−109. https://doi.org/10.1364/JOT.80.000107

  1. Хафизов Р.Г., Охотников С.А., Яранцева Т.И. Модели контуров изображений объектов при наличии геометрических искажений // Компьютерная оптика. 2016. Т. 40. № 3. С. 404−409.

Khafizov R.G., Okhotnikov S.A., Yarantseva T.I. Contour models of images of objects in the presence of geometric distortions // Computer optics. 2016. V. 40. № 3. P. 404−409. https://doi.org/10.18287/2412-6179-2016-40-3-404-409

  1. Sahin F.E., Tanguay A.R. Distortion optimization for wide-angle computational cameras // Optics Express. 2018. V. 51. № 5. P. 5478–5487.
  2. Lee M., Kim H., Paik J. Correction of barrel distortion in fisheye lens images using image-based estimation of distortion parameters // IEEE Access. 2019. V. 7. P. 45723–45733. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2908451
  3. Охотников С.А. Оценка параметров геометрических искажений контуров изображений // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2023. № 1. С. 50−60.

Okhotnikov S.A. Estimation of geometric distortion parameters of image contours // Radio engineering and telecommunication systems. 2023. № 1. P. 50−60. https://doi.org/10.24412/2221-2574-22023-1-50-60

  1. Zhou H., Loulou D., Zhengxin L., Xinling T., Fuchang Z., Weihua W., Liansheng L., Fangqin G. Design of optical system of wide angle infrared earth sensor and study on distortion correction // Journal of Applied Optics. 2018. V. 39. № 2. P. 257−261. https://doi.org/10.5768/JAO201839.0206001
  2. Слюсарев Г.Г. Методы расчёта оптических систем. Л.: Машиностроение, 1969. 670 с.

Slyusarev G.G. Calculation methods of optical systems. L.: Mashinostroenie, 1969. 670 p.

  1. Microsoft Excel — программа для работы с электронными таблицами. 2022. [Электронный ресурс]: <ru.wikipedia.org>Microsoft Excel

[Electronic resource]: <ru.wikipedia.org>Microsoft Excel

  1. Чуриловский В.Н. Теория оптических приборов. М.; Л.: Машиностроение, 1966. 564 с.

Churilovsky V.N. Theory of optical devices. Moscow; L.: Mashinostroenie, 1966. 564 p.