Introduction:

Afin de pouvoir mesurer des objets de manière précise, il est important d'identifier les incertitudes liées au matériel optique que nous utilisons. La correction aberrations optiques, notamment celle de distortion joue un rôle clé dans la précision de notre montage. Ainsi, il nous faut comprendre comment se forment ces défauts.

Dans le cas parfait, lorsque la lumière passe dans l’objectif, celle-ci est déviée de façon uniforme sans créer de distorsion, le capteur reçoit donc une image identique et à l’envers de l’objet. Ici, on prend pour exemple un objectif avec une distance focale fixe de 50 mm et une ouverture maximale de f/1.8.

• Figure 1: Schema du cas idéal sans aberrations

Cependant, le cas parfait n’est pas possible car lorsqu’un objectif reçoit un rayon lumineux, la déviation de ce dernier ne peut pas être parfaite. Il se forme alors ce que l’on appelle des aberrations chromatiques et géométriques.

A-La formation des aberrations chromatiques:

On parle d’aberrations chromatiques lorsque sur les bords des objets visionnés à travers une lentille se forment des franges

Les aberrations chromatiques sont une conséquence du phénomène de réfraction qui sépare la lumière en plusieurs faisceaux lumineux de différentes longueurs d’ondes (couleur) lorsque la vitesse du rayon initial est modifiée en changeant de milieu (ici la lumière change de milieu en passant à travers l’objectif).

• Figure 2 : Schema d'une aberration chromatique

B- La formation des aberrations géométriques:

On parle d'aberrations géométriques lorsque l'image observée à travers la lentille (ici l'objectif) est déformée par rapport à l'objet initial. Il existe plusieurs types d'aberrations géométriques: -La plus courante est l'aberration de distorsion qui se forme lorsque les rayons qui arrivent en périphérie de la lentille ne convergent pas en un même foyer.

• Figure 3 Schema d'une aberration de distortion :

Cette aberration peut prendre la forme d'un barillet ou d'un coussinet en fonction de la position du diaphragme. Dans les deux cas une aberration de distorsion se caractérise par une déformation des lignes droites en périphérie de l'image. Une association de lentilles convegentes et divergentes avant et après l'objectif permettent de minimiser la distortion.

• figure 4 : Schema des différents types de distortion en fonction de la position du diaphragme par rapport à la lentille : (Source : wikipédia )

-L'aberration de coma affecte les points lumineux qui lorsqu'ils ne sont pas alignés avec l'axe optique apparaissent comme des taches en forme de comète

• Figure 5 Schema d'une aberration de coma :

Comment corriger les aberrations optiques:

Il existe plusieurs moyens de minimiser les aberrations optiques :

• Post traitement (Corrections logicielles)
• Utiliser des lentilles achromatiques ou apochromatiques.
• Diminuer l'ouverture du diaphragme afin de réduire les rayons lumineux qui entrent dans la périphérie de l'objectif.

Suite du wiki

4. Les corrections logicielles des aberrations optiques.

5. L'acquisition et le traitement de flux vidéo avec OpenCV en python.

6. Les différentes mesures possibles grâce à notre montage.