魚眼鏡頭是一種焦距約為6-16mm且視角接近或等于180°的鏡頭，屬于超廣角鏡頭的一個品種，因其視角廣大和前鏡片呈拋物狀向鏡頭前部凸出，與魚的眼睛頗為相似，故稱“魚眼鏡頭”。
1906年，發明家和物理學家羅伯特·伍德（Robert W. Wood）提出魚眼鏡頭的概念并開發了一種基于魚如何看待美妙的水下世界的鏡頭。該鏡頭在1920年代被用于研究氣象學中的云層形成。Robin Hill是第一位真正意義上創造出魚眼鏡頭的人，并且將魚眼鏡頭用于商用。直到1960年代，魚眼鏡頭才開始量產。
魚眼鏡頭通常由前組成像透鏡組和后組修正透鏡組組成。魚眼鏡頭分為兩類，半畫幅魚眼鏡頭和全畫幅魚眼鏡頭。魚眼鏡頭最早是用于攝影，創造出大視場同時帶有大畸變的藝術照片。此外，魚眼鏡頭被廣泛應用于需求廣角成像的領域，例如監控、球幕成像、航空航天相機等，多用在工業、醫學、科學研究等領域。
產品發展
1906年，發明家和物理學家羅伯特·伍德（RobertW.Wood）提出魚眼鏡頭的概念，通過魚眼可以在水底對水面180°成像，聯想到可以仿生魚眼的工作環境，制造一款能半球成像的魚眼鏡頭。他開發了一種基于魚如何看待美妙的水下世界的鏡頭。該鏡頭在1920年代被用于研究氣象學中的云層形成。
Robin Hill是第一位真正意義上創造出魚眼鏡頭的人，并且將魚眼鏡頭用于商用。直到1960年代，魚眼鏡頭才開始量產。
魚眼鏡頭在導演約翰·法蘭克海默（John Frankenheimer）于1966年拍攝的電影《秒》中開始發揮作用。
哈爾濱工程大學席志紅等人在2007年提出一款基于魚眼鏡頭的能夠實現球面成像的車載攝像機SpherEye，采用兩個180°魚眼鏡頭成像，通過反射鏡將像反射在同一像平面內。席志紅等人針對魚眼鏡頭攝像標定不適用傳統的正常市場模型或者小孔成像模型，提出了基于魚眼鏡頭投影模型和畸變模型的球面投影模型的標定方法，通過球面模型的標定方法，基本上解決了邊緣視場畸變問題。
2008年韓國湖南大學Gyeong-li Kweon等人研制出一款微型魚眼鏡頭。該鏡頭可以覆蓋190°視場范圍，工作波段為可見光與近紅外波段，且在可見光波的調制傳遞函數足夠適用于百萬像素的探測器面陣，在近紅外波段也有足夠的空間分辨率，鏡頭畸變小于5%，相對照度超過90%。
2011年中國科學院閆阿奇等人研制了一款航天魚眼相機，該相機系統焦距為2.1mm，F數為4，視場角為210°，空間工作環境溫度為－40℃～60℃。
隨著高分辨CCD、CMOS圖像傳感器的發展，4k高清圖像傳感器的產生，市場上出現了對微型、超高分辨率魚眼鏡頭的需求。商用魚眼鏡頭不再滿于大視場、低畸變的指標，而是向著微型、高清的趨勢發展。2022伯森光電科技有限公司發明一項分辨率高達1200萬像素的、完全滿足4k應用要求的超高分辨率魚眼鏡頭。該鏡頭視場角為195°，光總長小于22mm，是一款出色的小型、4k商用魚眼鏡頭。
產品設計
RobinHill的前組負彎月形透鏡與后組校正透鏡組的組合方式是現代魚眼鏡頭系統結構的雛形。現代魚眼鏡頭雖然在各種需求場景下衍變出各種不同的光學系統結構，但基本構成仍是前組以第一面負彎月型透鏡為核心的成像鏡組與后組像差校正組。
魚眼鏡頭初始結構確定與光學系統設計主要分為兩種，一是參考用途、參數近似的現有專利。然后根據系統的具體需求，進行系統的二次設計和優化。另一種是根據系統參數要求，通過主光線傳遞方程、像差計算來確定魚眼鏡頭初始結構。亦或對于紅外魚眼鏡頭來講，紅外系統均存在無熱化（光學系統性能不會受到工作溫度環境變化的影響）需求，可以通過求解消熱差，來合理分配光焦度不同熱色散系數透鏡的光焦度，使得透鏡之間因溫度而產生的離焦相互補償，從而確定系統的初始結構。
產品組成
通常由前組成像透鏡組和后組修正透鏡組組成。為了能在擁有極大視場的同時又不使相面照度降低，成像組透鏡第一片透鏡通常為曲率極大的負彎月形透鏡。
產品類型
魚眼鏡頭分為兩類，半畫幅魚眼鏡頭和全畫幅魚眼鏡頭。
半畫幅魚眼鏡頭
半畫幅魚眼又稱為圓周魚眼，拍攝時只需用到一部分傳感器平面。用該鏡頭拍攝時，采8mm焦距，180度視角便能拍下半球形空間內的一切。其拍攝出來的圖像會形成一個圓形，這是因為像圈直徑，或者鏡頭能夠拍攝的范圍，大約僅僅相當于傳感器短邊長度而已，因而圖像的四角都成了暗角。這種圓形構圖能使物體產生極端變形的效果，而且所有位于邊緣的圖像同實物相比都縮小了很多。被攝體越接近于畫面中心，看起來也就越發膨脹得厲害。
全畫幅魚眼鏡頭
全畫幅魚眼擁有更大的像圈直徑，大約等于傳感器對角線長度，因此能覆蓋完整畫幅，并不會出現遮角現象。該鏡頭對中心圖像有特別的強調作用，其構圖特征相較于半畫幅魚眼更接近于廣角鏡頭。而且，全畫幅魚眼鏡斗拍攝下的圖像、線條和平面也有著很強烈的失真效果，盡管可能稍遜色于半畫幅魚眼。因此，這種魚眼鏡頭極適合拍攝些較大的物體或景象，或者有意識地用來拍出扭曲的物體，甚至是創作出超現實主義風格的作品。全畫幅魚眼鏡斗的焦距約為12mm~16mm，其水平視角約為122~108°。
拍攝范圍
魚眼鏡頭的拍攝范圍極大，有最獨特的透視攝影效果。它一般有以下兩種：一種是所拍攝的影像在35mm膠卷上呈現直徑為23mm的圓形；另一種是它所拍攝的影像能夠充滿整個畫幅。
產品特點
產品應用
魚眼鏡頭最早是用于攝影，創造出大視場同時帶有大畸變的藝術照片。此外，魚眼鏡頭被廣泛應用于需求廣角成像的領域，例如監控、球幕成像、航空航天相機等，多用在工業、醫學、科學研究等領域。
使用參考設置
焦距
對于帶有8毫米傳感器或膠片的相機，典型的圓形魚眼鏡頭可能具有10米至35毫米的焦距。另一方面，全畫幅鏡頭的焦距稍長，即通常為15mm至16mm。
裁切系數
與所有其他鏡頭一樣，傳感器低于35mm的相機的焦距會有效增加。要確定等效焦距，要將其焦距乘以相機的“裁切系數”。例如，裁切系數為10.1的相機上的5mm魚眼鏡頭可能具有15mm的有效焦距。這將創造一個更窄的視野。出于這個原因，許多制造商生產專為具有較小傳感器的相機設計的魚眼鏡頭。這些相機的焦距甚至更短，有時低至1毫米，就可以創建完整的180°照片。
視角
魚眼鏡頭被認為是可以在最寬處捕捉180°的鏡頭。然而，一些制造商銷售的鏡頭甚至更遠，最高可達220°。這些鏡頭看起來又大又重，價格昂貴，通常用于專業技術工作。如果想捕捉超過180°，可以使用P圖等軟件拼接多張魚眼照片，這樣可以得到覆蓋360°的圖像，從而制作出一些抽象構圖。
圖像失真
魚眼鏡頭會產生明顯的桶形畸變，畫面中心的被攝體似乎向外凸出，直線彎曲得很厲害。這種圖像類型稱為“曲線”圖像。在普通廣角鏡頭中，可以對此進行校正以生成“直線”圖像，其中場景中的透視看起來是正常的，直線是直線的。然而，魚眼鏡頭會產生失真。
景深
魚眼鏡頭在捕捉極端角度時具有相當大的景深，這意味著照片從前到后看起來都非常清晰。
使用例子
魚眼鏡頭在2018年的電影《最愛》中被廣泛使用，增加了角色的情感，這部電影對觀眾來說是一種超現實的體驗，從中無法確定角色的忠誠在哪里，從而突出了安妮女王的怪異。
參考資料 >
Fisheye Lens.NFI.2023-10-31