光線穿透介質(zhì)（玻璃、水、空氣等）時，不同波長會以不同角度彎曲。當(dāng)陽光穿透棱鏡并產(chǎn)生彩虹效應(yīng)時，常常能觀察到這種情況，短波比長波的彎曲度更高。相同效應(yīng)還會在嘗試解析細(xì)節(jié)并獲取成像系統(tǒng)中的信息時引起問題。為了避免此問題，成像和機(jī)器視覺系統(tǒng)通常使用單色照明，它只涉及一種波長或窄帶光譜。單色照明實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合中，通常需要在鏡頭前加上視覺濾光鏡，僅允許單一波長的光進(jìn)入鏡頭）
從圖像中心朝圖像邊緣移動時，可以看到橫向色差變換（圖1）。在中心位置，不同波長的光線產(chǎn)生的光斑是同心的。朝圖像邊角移動時，波長會傾向于分離并產(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)致對比度降低。對于像素較小的傳感器，這一效果更為顯著，因為模糊圖案會分布在更多像素上。像差如何影響機(jī)器視覺鏡頭關(guān)于像差的部分深入介紹了橫向色差。
圖 1: 橫向色差變換
顏色焦距對應(yīng)圖（圖2）與鏡頭聚焦與其等距的所有波長的能力相關(guān)。光源顏色波長不同，工業(yè)鏡頭的最佳聚焦面也不同。這種與波長相關(guān)的焦距變換會導(dǎo)致圖像對比度降低，因為不同波長會在相機(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，顯示了紅色波長生成的小光斑、綠色波長生成的較大光斑，以及藍(lán)色波長生成的最大光斑。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)色不同波長顏色的機(jī)器視覺光源，最佳的對焦點(diǎn)是不一樣的。
怎么選擇最佳波長單色照明可通過消除色聚焦變換和橫向色像差來提高對比度。可隨時以LED照明和激光的形式，或通過使用濾光器來獲得單色照明。但是，不同波長可能會在系統(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(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可以分析不同波長和不同f/#時的光斑大小更改。
下圖表采用不同光圈下針對紫光(405nm)到近紅外光(880nm)范圍內(nèi)的波長計算得出的艾里斑直徑。該數(shù)據(jù)清楚地表明，鏡頭系統(tǒng)在與較短波長配合使用時，理論分辨率和性能更佳。了解這一點(diǎn)具有諸多好處。首先，由于較短的波長可實現(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。如果這兩個選項都在最佳焦點(diǎn)下產(chǎn)生可接受的性能級別，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)量隨波長改善
兩張圖像都是采用產(chǎn)生相同視場的相同鏡頭和相機(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（線條更寬）時，右圖中使用470nm照明也能提供較高的對比度級別。
采用相同鏡頭和傳感器在相同光圈下拍攝的星標(biāo)圖像。光源波長在660nm(a)到470nm(b)范圍內(nèi)變化。
