光通过透镜折射后，会汇聚到一个焦点。对于不同波长的光，其折射率不同。对于相同的介质，波长越短，折射率越大。对于自然光来说，它包含了不同波长的光，因此各种成分的光的折射率是不同的，这些光经过透镜后，就不会汇聚在一个公共的点上了。发生这种情况时，沿着图像的非常亮和非常暗的边界，会出现彩色条纹，影响图像质量。

色差的背景知识

色差是由于光的色散（dispersion of light）现象造成的，使用三棱镜可以得到最佳验证。色散（dispersion）是可见光不同波长的成分被分开的过程。当光从一个介质进入另一个介质中时，它会被折射，在边界发生弯曲。

光进入和穿出三棱镜时发生弯曲。蓝色光相比于绿色和红色光被折射的更厉害。

从上图可以看到，更短的波长的光（蓝）会比波长更长的光（绿，红）弯曲地更厉害。不同介质对光的折射程度也不同，以下是几种常见介质的折射率：

真空	1.000
空气	1.0003（约等于1.000）
水	1.3333
冕牌玻璃(Crown Glass)	1.52
重火石玻璃(Dense Flint Glass)	1.66
砖石	2.417

光穿过透镜所发生的事情和光穿过以上介质所发生的事情本质没有区别。透镜的焦距和不同波长的光的折射率相关，在穿过透镜到达sensor的过程中，这些不同波长的光的焦点位置略有不同。

理想的透镜不考虑色散的影响，会将不同波长的光聚焦到同一个点。但是在技术上并没有这样的透镜，因此透镜的色散会造成色差。换句话说就是光的多种颜色在穿过透镜时会以不同的速度传播。色散通常会导致图像带有彩色的边缘（红，黄，绿，蓝，品红等），特别是在高对比的场景中，物体周围的问题尤其明显。

为了补偿色散影响，光学系统包含了多个凸透镜、凹透镜组，这些透镜由不同的色散水平的不同类型的玻璃为原料制造出来的。能修正两种波长的光的色差影响的透镜称为消色差透镜（achromatic lenses），能够修正三种波长的光的色差影响的透镜称为复消色差透镜（apochromatic lenses）。

不存在的理想单透镜，能够将不同波长的光聚焦到同一个点

色差的类型

主要有两种类型的色差，纵向的(longtitudinal or axial)和横向的(lateral or transverse)。

纵向色差(longtitudinal(axial) chromatic abberration)

纵向色差是当不同波长的光沿着水平光轴上透镜不同的点分散的情况，不同的色光波长通过镜头后不能汇聚在同一点。纵向色差的图像会呈现出红、绿、蓝或这些颜色的结合，甚至是在图像的中心也会出现。纵向色差可以通过缩小镜头光圈来大幅度减少。

纵向色差示意图，绿光聚焦在成像平面，红光和蓝光没有聚焦在成像平面

横向色差(Lateral (transverse) chromatic aberration)

横向色差是当不同波长的光按照一定角度进入透镜，并且聚焦到了沿着相同的焦平面上不同的位置时产生的。不同于纵向色差，横向色差只会出现在图像边缘高对比度的区域。蓝色和紫色经常出现在鱼眼、广角和低质量的镜头上。横向色差不能用缩小光圈来消除，但可以通过后期制作来消除。

横向色差示意图，不同波长的光聚焦到了相同焦平面的不同位置

修正色差（校正色差）

尽管色差很难被校正，通常不可能被完全消除，但也有很多透镜的解决方案能够提升校正的效果。

消色差透镜（Achromatic lens）

消色差校正被应用在可见光谱的两端的波长上（红光和蓝光）。最普通的消色差透镜一个实例包含了两片透镜，一片是凸面玻璃（冕牌玻璃 crown glass，折射率低），一片是凹面玻璃（火石玻璃 flint glass，折射率高），然后将两片玻璃胶合到一起。这种透镜叫做“消色差双胶合透镜（achromatic doublet）”，它能够减小色差。

原图地址：消色差透镜_南宫先生LLJ的博客-CSDN博客_消色差透镜设计

复消色差透镜（Apochromatic lens）

复消色差校正被设计用来将三种波长的光（一般是红，绿，蓝）聚焦到相同平面上。三种类型的玻璃比如火石玻璃，冕牌玻璃，石英玻璃，组合到一起，做出复消色差三合透镜（apochromatic triplet）。不幸的是，将三种元素组合到一起成本可能会很高并且制造过程中可能会引发其它的透镜问题。

总结

光的色散现象会导致色差问题，色散是指可见光分散成了不同波长的光。当这种现象产生时，沿着图像边界处很亮或很暗的部分会产生彩色边纹。这些颜色会对图像质量造成破坏。色差问题通常不可能完全从透镜中根除，但可能将其控制到最小程度。为了让这个问题影响最小，推荐在实际的相机系统中去测试不同的透镜（比如消色差透镜和复消色差透镜），以便找到最佳的解决方案。

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