光線(xiàn)穿透介質(zhì)（玻璃、水、空氣等）時(shí)，不同波長(zhǎng)會(huì)以不同角度彎曲。當(dāng)陽(yáng)光穿透棱鏡并產(chǎn)生彩虹效應(yīng)時(shí)，常常能觀察到這種情況，短波比長(zhǎng)波的彎曲度更高。相同效應(yīng)還會(huì)在嘗試解析細(xì)節(jié)并獲取成像系統(tǒng)中的信息時(shí)引起問(wèn)題。為了避免此問(wèn)題，成像和機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)通常使用單色照明，它只涉及一種波長(zhǎng)或窄帶光譜。單色照明實(shí)際上可以消除成像系統(tǒng)中所謂的色像差。(在一些多相機(jī)系統(tǒng)需要同步采用多色照明的場(chǎng)合中，通常需要在鏡頭前加上視覺(jué)濾光鏡，僅允許單一波長(zhǎng)的光進(jìn)入鏡頭）
從圖像中心朝圖像邊緣移動(dòng)時(shí)，可以看到橫向色差變換（圖1）。在中心位置，不同波長(zhǎng)的光線(xiàn)產(chǎn)生的光斑是同心的。朝圖像邊角移動(dòng)時(shí)，波長(zhǎng)會(huì)傾向于分離并產(chǎn)生彩虹效應(yīng)。由于這種彩色分離，物體上的給定點(diǎn)將在更大的區(qū)域上成像，導(dǎo)致對(duì)比度降低。對(duì)于像素較小的傳感器，這一效果更為顯著，因?yàn)槟：龍D案會(huì)分布在更多像素上。像差如何影響機(jī)器視覺(jué)鏡頭關(guān)于像差的部分深入介紹了橫向色差。
圖 1: 橫向色差變換
顏色焦距對(duì)應(yīng)圖（圖2）與鏡頭聚焦與其等距的所有波長(zhǎng)的能力相關(guān)。光源顏色波長(zhǎng)不同，工業(yè)鏡頭的最佳聚焦面也不同。這種與波長(zhǎng)相關(guān)的焦距變換會(huì)導(dǎo)致圖像對(duì)比度降低，因?yàn)椴煌ㄩL(zhǎng)會(huì)在相機(jī)傳感器所在的圖像平面上生成不同大小的光斑。在圖2的圖像平面中，顯示了紅色波長(zhǎng)生成的小光斑、綠色波長(zhǎng)生成的較大光斑，以及藍(lán)色波長(zhǎng)生成的最大光斑。一次不能聚焦所有顏色。
圖2
從圖中我們可以看到，紅色綠色藍(lán)色不同波長(zhǎng)顏色的機(jī)器視覺(jué)光源，最佳的對(duì)焦點(diǎn)是不一樣的。
怎么選擇最佳波長(zhǎng)單色照明可通過(guò)消除色聚焦變換和橫向色像差來(lái)提高對(duì)比度?？呻S時(shí)以L(fǎng)ED照明和激光的形式，或通過(guò)使用濾光器來(lái)獲得單色照明。但是，不同波長(zhǎng)可能會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生不同的MTF影響。衍射極限定義根據(jù)艾里斑直徑（與波長(zhǎng)(λ)相關(guān)）的定義，完美鏡頭理論上可產(chǎn)生的最小光斑。使用方程式1可以分析不同波長(zhǎng)和不同f/#時(shí)的光斑大小更改。
下圖表采用不同光圈下針對(duì)紫光(405nm)到近紅外光(880nm)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)計(jì)算得出的艾里斑直徑。該數(shù)據(jù)清楚地表明，鏡頭系統(tǒng)在與較短波長(zhǎng)配合使用時(shí)，理論分辨率和性能更佳。了解這一點(diǎn)具有諸多好處。首先，由于較短的波長(zhǎng)可實(shí)現(xiàn)尺寸更小的光斑，因此能更好地利用不同大小的傳感器像素。這在具有極小像素的傳感器上尤為顯著。其次，它允許更靈活地使用較高的光圈，從而能夠獲得更大的景深。例如，可在光圈f/2.8下使用紅色LED生成4.51μm的光斑大小，或者在f/4下使用藍(lán)色LED生成幾乎與其相同的光斑大小。如果這兩個(gè)選項(xiàng)都在最佳焦點(diǎn)下產(chǎn)生可接受的性能級(jí)別，則在f/4下使用藍(lán)光設(shè)置的系統(tǒng)能產(chǎn)生更好的景深，而這可能是相關(guān)應(yīng)用的關(guān)鍵要求。
不同波長(zhǎng)和鏡頭光圈下的理論艾里斑直徑光斑大小(μm)
應(yīng)用案例1：圖像質(zhì)量隨波長(zhǎng)改善
兩張圖像都是采用產(chǎn)生相同視場(chǎng)的相同鏡頭和相機(jī)拍攝的，因此能在物體上呈現(xiàn)相同的空間分辨率(lp/mm)。相機(jī)利用3.45μm像素。左圖和右圖中所使用的照明分別在660nm和470nm時(shí)設(shè)置。高分辨率鏡頭被設(shè)置為具有較高的f/#，
以顯著減少像差影響。這使衍射成為系統(tǒng)中的主要限制因素。藍(lán)色圓圈表示圖左圖中的極限分辨率。請(qǐng)注意，右圖的可解析細(xì)節(jié)得到了大幅提升（細(xì)節(jié)細(xì)膩度提高了約50%）。即使在頻率較低（線(xiàn)條更寬）時(shí)，右圖中使用470nm照明也能提供較高的對(duì)比度級(jí)別。
采用相同鏡頭和傳感器在相同光圈下拍攝的星標(biāo)圖像。光源波長(zhǎng)在660nm(a)到470nm(b)范圍內(nèi)變化。
