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根據幾何光學滿足的折射定

根據物理量之間滿足的平面幾何關係

根據三⻆形正弦定理：

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根據三⻆形餘弦定理：

利用這些定理可以得到

根據上式我們可以看到，表徵像的與有關。

也就是說，與光軸成不同傾⻆的光線，不能嚴格彙聚在同一點，光束經過球面鏡折射喪失了同心性，自然無法嚴格成像。

但是，幾何光學研究問題時，會選擇一些近似條件，比如假設光線傾⻆很小，忽略一些小量，上面的式子可以簡化成下面的近似公

整理後變

這就是球面鏡折射成像公式。

我們所謂的透鏡成像公式，也就是中學階段大家學過的：

正是根據上面的球面鏡折射成像公式繼續演算得來的。

這就出現了問題：上面的公式是取了小量近似得出的，畢竟不是嚴格成像，所以透鏡成像系統就會不可避免地存在像差。

上面的近似導致的直接像差就叫球差：球面鏡片光線在進入鏡片后到焦平面時在其邊緣部分比中央部份容易產生嚴重的折射與彎曲，此現象會導致銳度和對比的降低及光斑的產生而使得成像品質下降，而且光圈越大越嚴重，這種因球面鏡片所產生的像差稱為球面像差。

球面像差

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此外，像差還有很多種。 比如傍軸物點寬光束成像會帶來彗差，光束傾斜⻆較大還會帶來畸變等情況。

其它像差

除了這些因為幾何公式近似帶來的像差，還有因為色散導致的像差。 我們知道玻璃對於不同顏色光線會有不一樣的折射率，這叫光的色散

光的色

幾何光學原理是沒有考慮色散的，但是實際上我們拍攝的東⻄存在各色光，這種依據幾何光學原理製造的鏡片必然存在因為色散導致的誤差，從而使成像和原物體有一定的差異。

現代的攝像機，品質高一點的都具有複雜的成像系統和處理軟體。

之所以攝像系統複雜，一台高品質攝像機有很多鏡片，有的還帶有光學變焦系統，還要經過後期的軟體處理，目的就是盡可能減小成像的像差帶來的影響，使照片裡的物體看起來更像真實的情形。