厂商都在吹的自由曲面镜头，真的有那么神奇吗？手机摄像头在近两年呈现出一

手机摄像头在近两年呈现出一个鲜明的趋势：超广角越来越强，超长焦风光不再。
观察2021年的旗舰机，不难发现这一规律。多数手机要么直接阉割了超长焦镜头，要么缩水了相关配置。而超广角受到的重视更胜以往：微云台、与主摄像同规格的超大底，以及特殊的自由曲面镜片等特性，出现在越来越多的手机上。

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得益于这些新技术、新硬件的加持，手机超广角镜头的画质迎来了质的飞跃。【厂商都在吹的自由曲面镜头，真的有那么神奇吗？】但比起IMX766、IMX586等主流传感器，「自由曲面镜头」对于多数用户来说依旧是个模糊的概念。它目前仍是华为Mate40Pro+、OPPOFindX3系列、一加9系列等极少数旗舰机的专属。

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镜头畸变从何而来
在了解自由曲面镜头之前，我们需要先知道画面畸变是如何产生的。
首先要明确，镜头畸变是一种像差，对画面的清晰度并无影响。只是畸变的物体影响观感，也失去了真实度。
比如下图中，左侧的建筑物明显发生了变形，看起来地面仿佛不是平的。而右侧经过矫正的画面，才接近肉眼真实所见。

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▲图片来自：ehabphotography
为什么会产生畸变现象呢？
我们知道，一枚镜头由若干个镜片（透镜）组成。光线经由各个透镜，最终到达传感器上，于是形成图像。

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▲图片来自：LeicaRumors
不过，透镜的放大率会随着光束和主轴间所成角度的变化，而随之改变。简单来说，当光线与主轴正交通过时，一般不会产生畸变。光线离主轴越远，通过时角度越大，畸变就会越明显。

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几乎所有镜头都无法避免畸变。常见的畸变可分为两种：桶形畸变和枕型畸变。

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顾名思义，桶形畸变会导致直线向边缘凸起，看起来像是一个酒桶，多见于广角镜头。而枕型畸变会导致直线向内凹陷，形似抱枕，多见于长焦端。比如我们用广角镜头合照时，常常会发生桶形畸变，导致非中心的人脸被拉伸变形，看起来胖了一圈。

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▲左为桶形畸变示意，右为消除畸变后的样貌.图片来自：dpreview
在传统摄影时代，消除畸变的方法，主要是利用PS等修图工具，进行畸变矫正。这往往能取得不俗的效果。

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▲利用PS进行畸变矫正.图片来自：youtube
但在手机摄影时代，人们更希望简化摄影的程序，减少后期修图的繁琐。于是手机厂商们开始钻研消除畸变的算法，力图在成片时自动修正畸变。

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▲Google防畸变算法展示.图片来源：Google
直到去年秋季华为Mate40Pro+面世，为手机超广角镜头防畸变提供了一个新思路。
自由曲面镜头的原理
我们上文说了畸变的产生，主要是镜片系统的放大率差异造成的。那么从物理层面改进镜片的设计，无疑是一种有效的解法。
怎么改进呢？答案就是自由曲面设计。
如果你有高度近视，在配眼镜片的时候，应该有听说过自由曲面镜片。通过引入非轴对称、不规则、复杂的曲面，自由曲面镜片摆脱了传统镜片在高度数下，视场窄，周围变形、模糊的弊端。

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▲蔡司自由曲面镜片.图片来自：卡尔蔡司
这种镜片介于球面与非球面之间，其涉及的光学原理十分晦涩。我们需要知道的是，其不规则、自由的曲面，让不同角度光束在穿过主轴时，可以保持近似的放大率，最大程度地减少像差。

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▲图片来自：cocoleni
简单来说，就是眼镜用户可以借助自由曲面镜片，看到更开阔、清晰的视界。同时镜片又轻又薄，可谓「集多重才华于一身」。