率先“吃螃蟹”！华为新手机采用自由曲面镜头，理工男的浪漫or追求技术的极致？近日

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近日，华为Mate 40 Pro+新机的详细参数曝光。作为一款旗舰机型， Mate 40 Pro+采用的诸多新技术无疑是非常值得关注的，其中最值得一提的就是手机镜头的升级。
据爆料，华为新款手机的超广角摄像头采用了业界首款自由曲面镜头，有不少媒体评价为“华为手机做了自由曲面镜头使用的第一个吃螃蟹的人” 。
这款自由曲面镜头到底有什么新奇的?根据华为官方宣传， Mate40手机中的超广角镜头由于引入了自由曲面，镜头的成像质量非常高，系统的光学畸变非常小，不需要经过软件畸变校正就可以得到无畸变的高清晰图像。
畸变是许多手机镜头都存在的缺陷，要深入解释这个问题，首先就得知道什么是光学畸变。
畸变是指光学系统对物体所成的像相对于物体本身而言的失真程度，光学畸变是指光学理论上计算所得到的变形度。
畸变通常分为桶型畸变，枕型畸变和线性畸变。
桶形畸变(Barrel Distortion)是指光学系统引起的成像画面呈桶形膨胀状的失真现象，使人变矮胖的哈哈镜成像是桶型畸变的一个比较形象的例子。
枕形畸变(Pincushion Distortion)是指光学系统引起的成像画面向中间“收缩”的现象，使人变瘦高的哈哈镜成像属于枕型畸变。
线性畸变(linear distortion)则是试图近距离拍摄高大的直线结构时的失真现象，实际上平行的线条在成像画面中却显得并不平行，结果显得建筑物或树木好像要倾倒下来似的。这种畸变本质上是一种透视变换，即在某一特定角度，任何镜头都会产生相似的畸变。
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(图：枕形畸变，桶形畸变与线性畸变)
畸变是镜头镜片系统的放大率差异导致的。这是因为镜头是由多组透镜组成的光学设备，而透镜分为凸透镜和凹透镜，无论是哪种，其中心和边缘厚度都不一样。
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(图：不同的透镜)
对于一个理想光学系统，在一对共轭的物像平面上，放大率(物体的成像大小与实际大小的比值)是个常数。
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但在实际应用中，透镜的放大率会随光束和主轴间所成角度改变而改变。当放大率随入射角度增加而增大时称正畸变，也就是图像“收缩”的枕形畸变;当放大率随入射角度增加而减小时称负畸变，也就是图像“膨胀”的桶形畸变。
这样的畸变跟镜头固有特性有关(凸透镜汇聚光线、凹透镜发散光线) ，无法完全消除。
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那么究竟什么是自由曲面?它又厉害在哪里?
不同于传统的球面和非球面，自由曲面(FreeForm)是一种非轴对称、不规则、复杂的曲面。光学自由曲面则是包括至少一个自由曲面的光学设计。
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(图：自由曲面)
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(图：光学表面的种类，从上到下依次为球面，非球面和自由曲面)
开个玩笑，其实自由曲面并不总是像上图那样“奇形怪状” ，其中一些也很“正常” ，形状与传统的球面类似。
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