由于魚眼前表面的曲率半徑很大，如若將魚眼外凸的前表面和眼前的水看成整體當(dāng)作負(fù)透鏡，該透鏡將會有絕對值很大的負(fù)光焦度。借鑒仿生學(xué)原理，魚眼鏡頭是其領(lǐng)域的一大突破，人類借鑒魚類仰視水面之上半球空域的視覺原理，使用光學(xué)工程技術(shù)設(shè)計(jì)出魚眼鏡頭，并用其成像，獲得半球甚至超半球空域的場景圖像。為使入射光線強(qiáng)度足夠大，前置透鏡的前表面改進(jìn)為凸面并且相應(yīng)增大后曲面的曲率，保證原有光焦度不變，以形成彎月形的透鏡。如圖1-3

圖1-3彎月形透鏡

彎月形透鏡是作為第一個鏡頭，在其后面增加一定數(shù)量的透鏡后組成透鏡組，以確保第一透鏡能良好聚焦。魚眼鏡頭的普遍結(jié)構(gòu)特征為：透鏡前組光焦度為負(fù)，后組光焦度為正，以加大同焦距不同類型鏡頭的后工作距離。魚眼鏡頭具有廣角、短焦的特點(diǎn)。圖1-4為魚眼鏡頭基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)簡化圖。

圖1-4魚眼鏡頭基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)簡化圖

1.2.魚眼鏡頭成像畸變理論

在傳統(tǒng)光學(xué)原理中，受到高斯原理成像視角限制，能成像的空間大小極為有限。但是在我們討論的魚眼鏡頭中，為了突破成像的局限性，魚眼鏡頭引入畸變，在直徑空間上進(jìn)行壓縮，以實(shí)現(xiàn)廣角成像。

圖1-5相似成像與非相似成像對比示意圖

普通光學(xué)系統(tǒng)一般遵循物像相似且致力于完善這種相似性。但是魚眼鏡頭不滿足針孔成像原理，是非相似成像的一種。對于魚眼透鏡成像公式，應(yīng)滿足視圖范圍中的圖像字段定義域連續(xù)，以作為一個魚眼透鏡投影函數(shù)。

1.3.魚眼視覺系統(tǒng)模型

魚眼鏡頭成像重點(diǎn)之一就是能夠正確描述三維立體空間里的目標(biāo)點(diǎn)在成像平面上的像點(diǎn)，并且能夠準(zhǔn)確建立對應(yīng)關(guān)系，要完成這一目標(biāo)需要建立視覺成像模型并分析規(guī)律。魚眼鏡頭多采用等距定理設(shè)計(jì)，圖1-6為空間任意一點(diǎn)經(jīng)魚眼鏡頭折射后成像系統(tǒng)模擬圖。

圖1-6魚眼鏡頭系統(tǒng)模擬圖