華為Mate40 Pro+值不值得買嗎 華為Mate40 Pro+手機全方位評測

三、自由曲面鏡頭詳析：要畫質還是保視場？看看華為的兩全方案

——先說說畸變這件事

在攝影當中，遭遇最終成像發生明顯或者不明顯的畸變算得上是一件尋常的事，這是鏡頭端的問題，普遍存在，它代表光學系統對物體所成的像相對于物體本身的失真程度。

出現這種現象的原因非常復雜。

簡單點來說，相機鏡頭是由多組透鏡共同組成，然而這些透鏡還要更進一步更細分為凸透鏡和凹透鏡，彼此之間的中心和邊緣厚度，以及折射光線的方式（具備中學物理常識的話會知道凸透鏡匯聚光線、凹透鏡發散光線）都存在區別。

多組透鏡組成相機鏡頭

這意味著最終得到的圖像是經過了不同中心/邊緣厚度/放大率（成像大小與實際大小的比值）/折射方式的透鏡折射而成，當放大率隨光束的入射角度增加而增大時為正畸變，畫面向中間收縮，被稱為枕形畸變；當放大率隨入射角度增加而減小則形成負畸變，會形成膨脹起來的桶狀失真。

還有一種解決起來比較棘手的透視畸變，也被稱為線性畸變，在近距離拍攝直線結構物體的時候容易出現的失真，源于透視變換，任何鏡頭在特定條件下都會產生這種畸變，需要軟件層面的矯正。

正常圖像

典型的桶狀失真

由此，廣角鏡頭拍攝的照片通常都存在一定程度的畸變，而且往往視場角越大，畸變越大，變形越大，嚴重影響最終成像觀感。這也是華為徹底解決大視場角攝影畸變問題之前，著重強調畫質，并一直為旗艦機型選擇小視場角鏡頭的原因之一。

比如iPhone11的超廣角鏡頭為13mm等效焦距，同期的Mate30 Pro超廣角鏡頭為18mm等效焦距，視場差異比較大，以至于后者主要靠畫質取勝而廣度處于劣勢。

——自由曲面鏡頭是畸變終結者

人類戰勝失真事物的欲望與動力總是相當充沛的。

為了干掉圖像畸變失真，業界誕生了介于傳統球面與非球面之間的自由曲面光學設計，這是一種難以名狀的非軸對稱、不規則的曲面，由于所涉及的光學知識極為復雜，我們在此對其不做深入探討。

光學設備公司DynaOptics的自由曲面折射光線示例

與傳統鏡頭相比，自由曲面鏡頭有更大的設計自由，幫助實現對不同視場區域光線的單獨控制以抑制畸變。一般來說，在光學系統當中，自由曲面可以自由分配光強，能夠人為控制每根光線的角度甚至方向。

按照相關產業人士的說法，結合上圖所示，在實際應用當中使用兩個及兩個以上的自由曲面鏡片，各個鏡片之間的所有面點對點的對準目前來看幾乎是不可能的，目前推斷華為Mate40 Pro+使用的估計只有一片自由曲面鏡片，另外幾組如無意外應該還是傳統鏡片。

——華為吃下“自由曲面”在手機領域的第一個螃蟹

自由曲面鏡頭在其它領域當中早有應用，比如照明、印刷掃描、顯示器、眼科、投影、數據存儲等。尤其是低精度的自由曲面已經在光學照明系統中廣泛使用，使照明系統的照明均勻性和能量有效利用率率大大提高。

低失真視場狹窄、魚眼廣角高失真、視野寬闊的自由曲面應用效果（圖源DynaOptics示例）

在手機領域，根據現有報道，此前并沒有自由曲面鏡頭在手機上成功應用的先例，這與智能手機體積小、技術集成度高、內部元器件堆疊極為復雜有關。

因而在手機影像當中引入光學自由曲面一方面需要理論論證，一方面對其加工設計工藝設提出非常高的要求。

但是，現有資料顯示華為在2018年才開始自由曲面在超廣角手機鏡頭中的應用研究，一年的理論設計和仿真之后，通過引入一片自由曲面鏡片，便設計出了無畸變的超廣角鏡頭。然后就將上述成果應用在Mate40 Pro+這款手機上，并將之量產出來。

一般來說，從科技研發到產業應用總是有比較遙遠的距離，從自由曲面方案在Mate40 Pro+上落地的速度來看，華為對科技前沿領域的高度敏感和轉化效率著實令人咋舌。

接下來我們拿Mate40 Pro+，與iPhone11、Mate40 Pro（搭載傳統超廣角鏡頭但是帶有畸變矯正算法）進行一番簡單對比。

超廣角成像對比 室內開燈

這里簡單介紹一下，華為Mate40 Pro的超廣角鏡頭為18mm焦段，Mate40 Pro+的超廣角鏡頭為14mm焦段，iPhone11的超廣角鏡頭為等效13mm焦段。

所以如上圖所示，在視場方面，iPhone11明顯還是會更具優勢，但是Mate40 Pro+在視場方面已經極為接近一直強調廣視場的iPhone11，并且它還和視場狹窄的Mate40 Pro保持了同等水平的畫質，特別是畫面細膩程度、純凈度等明顯要優于iPhone11（可點擊大圖查看）。

我們接下來放大細節。

圖像右側邊緣區域裁切對比

可以很明顯的看到，iPhone11似乎沒有做畸變矯正算法處理，圖像邊緣的門框已經顯現了桶狀失真的特征，“向外膨脹”，而Mate40 Pro+的門框依舊直線一條，而且從細節來看，后者的畫質細膩程度以及畫面亮度、純凈度都要優于前者。Mate40 Pro的視場較小，沒有可比性。

由于引入了自由曲面，Mate40 Pro+鏡頭的成像質量確實非常高，光學畸變相當小，意味著不需要經過軟件畸變校正就可以得到無畸變的高清晰圖像。這樣一來，在攝影的時候，省去了畸變矯正的處理過程，可以更快產出無畸變圖像、無畸變視頻。

當然，大多數人對于尋常景物的微小畸變失真可能并不敏感，因此我們引入了圖像邊緣帶有人像的一組照片進行對比。

畫面邊緣帶有人像的圖像對比

接著，我們將局部人像裁切出來放大，來看進一步的對比。

通過以上對比可以看到，自由曲面以物理的方式，通過鏡頭設計中更高的自由度，來避免畸變，在糾正人在邊緣的透視畸變這方面效果尤為明顯，既不損失視場廣度，又把人臉拉長的問題矯正，目前其它機型甚至包括其它華為品牌旗艦在內沒有一款能打的。

值得一提的是，華為Mate40 Pro+在前置方面也搭載了超廣角相機模組，雖然不是自由曲面鏡頭，但是有畸變矯正算法參與人像畸變糾正，從拍攝到打開相冊，看到XD Fusion把畸變到嚴重失真的自拍廢片救回來，那種感覺相當暢爽。

超廣角自拍畸形矯正過程