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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？


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？文章插图
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 。
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？文章插图
(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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