Non esiste davvero un obiettivo rettilineo "teoricamente perfetto" con un campo di fuoco perfettamente piatto e nessuna distorsione geometrica. Anche un obiettivo che si adatta perfettamente al suo progetto non dimostrerebbe una tale perfezione. Una lente sottile teorica dimostra la curvatura del campo e molte altre aberrazioni. Vari elementi correttivi utilizzati per correggere queste aberrazioni risultano in un campo di messa a fuoco che ha la forma più simile a una tagliatella di lasagna che a una pialla piatta. In una lente a campo piatto di altissima qualità la pasta al lasagna è quasi piatta, ma ha ancora delle onde. Le lenti composite hanno anche una distorsione geometrica.

Per dirla in un altro modo, la distorsione geometrica non è causata dalla nostra incapacità di produrre una lente che corrisponda perfettamente al suo progetto. La distorsione è inerente al design della lente stessa e alle proprietà dell'ottica rifrattiva e della luce visibile. Non esiste un modo teorico per correggere perfettamente tutte le distorsioni geometriche a tutte le lunghezze d'onda della luce visibile contemporaneamente. Questo perché le stesse lenti rifrattive piegheranno diverse lunghezze d'onda della luce visibile di quantità leggermente diverse. Se realizziamo una lente perfetta per una lunghezza d'onda, le lunghezze d'onda più lunghe e più corte della lunghezza d'onda ottimale mostreranno comunque aberrazioni come le aberrazioni cromatiche, che è una differenza di ingrandimento dovuta alle differenze nelle lunghezze d'onda, per quel design dell'obiettivo. La leggera differenza di ingrandimento per diverse lunghezze d'onda della luce visibile attraverso gli stessi elementi dell'obiettivo è ciò che crea molte delle aberrazioni classiche dell'obiettivo che diminuiscono la "nitidezza" di un obiettivo.

La distorsione geometrica viene corretta in misura maggiore o minore, a seconda del particolare design dell'obiettivo. La distorsione dell'obiettivo fa sì che gli elementi in parti del campo visivo dell'obiettivo vengano ingranditi più o meno che in altre parti del campo visivo. Se il centro è ingrandito più dei bordi e degli angoli circostanti, allora chiamiamo quella distorsione a barilotto perché sembra il lato di una vecchia botte di legno che sporge al centro. Se il centro è ingrandito meno dei bordi, la chiamiamo distorsione a cuscinetto perché assomiglia a un puntaspilli usato dalle sarte. Ci sono casi in cui c'è una miscela di entrambi i tipi di distorsione e di solito la chiamiamo distorsione dei baffi .

Anche se di solito non ci riferiamo ai vari ingrandimenti in diverse aree di il campo visivo di una lente a causa della distorsione geometrica ha lunghezze focali diverse, questo è ciò che sta accadendo e può essere misurato.

DxO Mark lo dimostra con il loro grafico "Distortion Profile". L'asse verticale è la "lunghezza focale reale" in millimetri. L'asse orizzontale è la posizione dal centro del campo visivo dell'obiettivo a sinistra al bordo a destra. Questi tre obiettivi dimostrano la distorsione a barilotto quando gli obiettivi vengono ingranditi completamente a 24 mm. Si noti che il centro di due dei tre obiettivi ha un ingrandimento di 24 mm a destra, ma l'ingrandimento scende a circa 23 mm dai bordi. L'altro obiettivo inizia al centro a 24,5 mm e scende a circa 23,5 mm sul bordo.

All'altra estremità del lunghezze focali, questi tre obiettivi mostrano una distorsione a cuscinetto, che è abbastanza tipica degli obiettivi zoom. Si noti che l'obiettivo 24-70 aumenta solo da circa 67 mm a circa 68,5 mm dal centro al bordo. I due obiettivi 24-105 aumentano leggermente di più, da circa 105 mm a 108 mm e da 103 mm a circa 107 mm.

In generale, gli obiettivi zoom rettilinei in genere mostrano una distorsione geometrica maggiore rispetto agli obiettivi rettilinei a focale fissa, in particolare agli estremi delle loro distanze focali. Anche gli obiettivi zoom più costosi mostrano una distorsione geometrica maggiore di molti obiettivi a focale fissa ben progettati e dal prezzo più contenuto. Maggiore è il rapporto tra la lunghezza focale più corta e quella più lunga dell'obiettivo zoom, più difficile è controllare la distorsione a entrambe le estremità dell'intervallo di lunghezza focale. Correggendola di più su un'estremità della gamma di lunghezze focali tende a peggiorare le cose dall'altra. Ciò è particolarmente vero per gli obiettivi che hanno design retrofocus all'estremità più ampia della loro gamma di lunghezze focali e che passano ai design teleobiettivi in base alle lunghezze focali maggiori. Questo, insieme alle aperture massime più strette, è uno dei maggiori svantaggi degli obiettivi zoom "all-in-one" con rapporti molto grandi come un obiettivo da 18-300 mm.

Sono presenti aberrazioni ottiche con distorsione a "barilotto" e "puntaspilli" che comportano variazioni di ingrandimento sull'immagine: questo non viene discusso in termini di variazione della lunghezza focale.

Con la distorsione a barilotto, gli oggetti più vicini al centro dell'immagine vengono ingranditi maggiormente rispetto ai lati. Quindi, invece di sembrare un aereo piatto, vedi qualcosa che assomiglia al lato di un barile. Con la distorsione a cuscinetto si ottiene un effetto più concavo.

Per ulteriori informazioni, vedere l'articolo di Wikipedia su aberrazione ottica

Una lente rettilinea è una lente che mantiene le linee rette dritte. È facile vedere che questo significa che oggetti della stessa dimensione rimangono così indipendentemente da dove si trovano nell'immagine.

Le lenti tipiche che usiamo sono rettilinee (salvo errori ottici, ma tu supponi un obiettivo perfetto ), ma gli obiettivi molto grandangolari di solito sono obiettivi fisheye curvilinei, che non mantengono le linee diritte e le dimensioni costanti.

Per definizione, la lunghezza focale è una misurazione eseguita quando l'obiettivo esegue l'imaging di un oggetto molto distante (∞ infinito). Quando si acquisiscono immagini di oggetti vicini, la distanza tra l'obiettivo e l'immagine è allungata. Stiamo ora parlando di "back focus".

Tutti gli obiettivi proiettano un'immagine circolare molto più grande del sensore digitale o della pellicola. Questa immagine è più luminosa e nitida nell'area centrale dell'immagine proiettata. Sia la luminosità che la nitidezza diminuiscono ai bordi del fotogramma. Quella parte dell'immagine che è utile dal punto di vista pittorico è chiamata il cerchio della buona definizione. Le ragioni del decadimento sono tuttavia molte, guardando indietro l'obiettivo dal centro, si vede un cerchio, guardando indietro dai bordi dell'inquadratura, si vede un ovale. In altre parole, l'apertura circolare viene percepita come un ovale se vista dai bordi del formato. È necessario sapere che la superficie dell'obiettivo viene ridotta poiché proietta un'immagine vicino ai bordi del cerchio di buona definizione. Qui arriva meno luce e anche i cerchi di confusione sono di forma ovale. Questo è simile al raggio circolare di una torcia che brilla su una superficie da un angolo. Questo decadimento è chiamato errore di cosign e spiega la minore energia luminosa che arriva ai bordi (vignetta). A causa di questi e altri fattori, la definizione cade ai margini.

Un altro aspetto che entra in gioco è la profondità di campo, una controparte della profondità di campo. Stiamo parlando della distanza di tolleranza dell'immagine dall'obiettivo. I raggi convergenti provenienti dal centro vengono messi a fuoco a una distanza diversa rispetto ai raggi provenienti dai margini della lente. Pertanto, la distanza del back focus varia nell'estensione dell'immagine.

La conclusione è che tutti gli obiettivi soffrono di aberrazioni che devono essere mitigate. Quale sarà il più altamente corretto si basa sul compito di progettazione dell'obiettivo. Le variazioni nella distanza del back focus dal centro al bordo sono una delle malattie che siamo costretti ad affrontare.