魚眼鏡頭是一種極端的廣角鏡頭，通過引入桶形畸變，對(duì)物理空間進(jìn)行“壓縮形變”，從而獲得視角為180~270度的超廣角成像，盡管物像間差異很大，但不影響分辨率，且能保證物點(diǎn)與像點(diǎn)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的清晰成像。

為了使鏡頭達(dá)到最大的攝影視角，這種鏡頭的前鏡片呈拋物狀向前部凸出，與魚的眼睛頗為相似，因此被稱為“魚眼鏡頭”。大多數(shù)魚眼鏡頭都是定焦鏡頭，只有極少數(shù)是變焦鏡頭。因其超廣角的特性，魚眼鏡頭在天文、氣象、森林防火以及國(guó)防軍事等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。

一、魚眼鏡頭的成像原理

魚眼鏡頭的視覺效果類似于魚在水中觀察水面上的事物，當(dāng)魚在貼近水面的位置觀察時(shí)，視角可以達(dá)到近180°的廣角。這種現(xiàn)象在光學(xué)原理中屬于全反射和光路可逆。因此，魚眼鏡頭也被稱為全景鏡頭。一般認(rèn)為，16mm或焦距更短的鏡頭即為魚眼鏡頭，但是在工程上視角范圍超過140度的鏡頭即統(tǒng)稱為魚眼鏡頭，在實(shí)際中也有視角超過甚至達(dá)到270度的鏡頭。

魚眼鏡頭是一種特殊鏡頭，但是在成像時(shí)因?yàn)閷?shí)際生活中的景物是有既定的固定形態(tài)的，而通過魚眼鏡頭產(chǎn)生的畫面效果超出了這一范疇，所以需要合適的模型設(shè)計(jì)，以計(jì)算像點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。

魚眼鏡頭可分為兩種類型：一種是較為常見的全幅魚眼鏡頭，拍出的影像是方形的，整個(gè)畫面并不出現(xiàn)遮角現(xiàn)象；另一種是圓形魚眼鏡頭，其視角能夠達(dá)到180°以上，拍出影像的成像圈是圓形的，畫面的四角全被遮擋住了。

魚眼鏡頭的焦距很短、視角很大，能使景物的透視感得到極大的夸張。魚眼鏡頭所拍攝的畫面中除通過中心部分的直線仍保持平直外，其他部分的直線都變彎曲了。

二、魚眼鏡頭的畸變校正

魚眼鏡頭靠人為引入大量桶形畸變獲得大視角，從而能夠獲得大視場(chǎng)的圖像信息，所以圖像除畫面中心處物體形狀不變，其它本應(yīng)是直線的部分都有一定的扭曲變形，這對(duì)其應(yīng)用造成了很多限制。例如，在安防領(lǐng)域，一個(gè)魚眼鏡頭可以代替多個(gè)普通鏡頭，進(jìn)行大范圍的監(jiān)視，由于視角可達(dá)180o，幾乎沒有監(jiān)控死角，即使只用一個(gè)鏡頭，被監(jiān)控者也幾乎沒有辦法移動(dòng)或破壞鏡頭而不被發(fā)現(xiàn)，然而由于圖像的畸變使物體難以用人眼識(shí)別，使其監(jiān)視能力大打折扣。例如在機(jī)器人領(lǐng)域，自動(dòng)化的機(jī)器人要求能采集周圍景物的圖像信息并加以識(shí)別，以采取對(duì)應(yīng)的行動(dòng)，若采用魚眼鏡頭則可使采集效率提高2-4倍，但由于引入了畸變使通常的識(shí)別軟件難以應(yīng)用。

所以我們需要某種方式來識(shí)別魚眼鏡頭的所得圖像。一種方式是直接在原圖像中進(jìn)行識(shí)別，例如提供了一種算法，可以識(shí)別太陽(yáng)在圖像中的位置，但由于畸變的原因，同一物體在不同位置時(shí)其特征也會(huì)變化，這會(huì)極大地增加軟件的運(yùn)算量，也很難實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜圖形的識(shí)別。所以，現(xiàn)在通用的方法是通過一系列變換抵消圖像中的畸變，從而獲得正常的圖像，進(jìn)而加以識(shí)別。

三、魚眼鏡頭像高與Sensor的關(guān)系

目前位置魚眼的成像以垂直內(nèi)切和上下部分裁切為主。

四、魚眼鏡頭的應(yīng)用

魚眼鏡頭的用途很廣泛，對(duì)于近距離拍攝大范圍景物非常有用，并且容易得到視覺沖擊力強(qiáng)烈的畫面。例如用于拍攝風(fēng)景時(shí)，可使畫面顯得更有氣勢(shì)和空間感；而在狹窄的室內(nèi)環(huán)境拍攝時(shí)，也可拍出看似很寬廣的空間效果。但是由于魚眼鏡頭的視角遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人眼所能看到的范圍，因此拍出的照片會(huì)給人極其夸張和不真實(shí)的視覺感受，但往往也能獲得富有想象力或情趣的特殊畫面效果。

由于魚眼鏡頭的前鏡片凸出，因而無法像普通鏡頭那樣為其安裝濾光鏡。魚眼鏡頭通常采用內(nèi)置濾光鏡的方式解決此問題，根據(jù)拍攝需要，由拍攝者操控鏡頭上的濾光鏡轉(zhuǎn)換環(huán)，將需要的濾光鏡轉(zhuǎn)換至鏡頭的攝影光路中。

若不希望魚眼鏡頭的畸變影響畫面的均衡，可以選擇拍攝相對(duì)較為對(duì)稱的場(chǎng)景，這樣畫面看起來就會(huì)舒服許多。

近年來，魚眼鏡頭更多地應(yīng)用于廣角成像領(lǐng)域，在軍事、監(jiān)控、全景模擬、球幕投影等方面。相較于其他系統(tǒng)，魚眼鏡頭具有質(zhì)量輕、體積小等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也具有需要消除相差的不便捷之處。