比如让 OPPO Find X3 系列和一加 9 Pro 系列的超广角，有机会采用 IMX 766 主摄级大底传感器，进一步增强成像质量。

 

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。

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 Mate40 Pro+、OPPO Find X3 系列、一加 9 系列等极少数旗舰机的专属。

在控制畸变上，自由曲面镜头真的有宣传中那么神奇吗？其实现原理是怎样的？是否会影响超广角的透视感？这些将是本文重点探讨的话题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。

▲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。

▲ 图片来自：Leica Rumors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

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。

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。

▲ 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。

▲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。

▲Google 防畸变算法展示. 图片来源：Google直到去年秋季华为 Mate40 Pro+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。

▲ 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。

▲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」。

▲ 蔡司自由曲面镜片广告不过，加工一块高精度的自由曲面镜片步骤复杂，成本高昂。一般存在于高端、定制的眼镜市场。比如蔡司高端的驾驶型镜片、渐进式镜片等，均有自由曲面的身影。

▲自由曲面镜片的制造流程实际上，自由曲面镜片不止应用在眼镜行业，与光学相关的医疗、投影、印刷扫描等领域也有使用而光学照明领域的应用更为广泛，自由曲面设计可显著增强照明的均匀性从上面的描述可以看出，自由曲面镜片对减少像差，即减弱畸变，有极佳的效果。

对于饱受超广角畸变困扰的手机厂商来说，无疑是一个值得借鉴的设计不过，由于手机摄像头模组的体积有限，内部元器件堆叠复杂，所以对自由曲面镜片的设计与加工工艺，提出了很高的要求。

▲左为 iPhone 12 Pro Max，右为一加 9 Pro

2021 年，OPPO 和一加也相继带来了自由曲面镜头的手机，并当做重磅卖点反复宣传。比如一加刘作虎曾多次发微博赞美自由曲面镜头，称其可将畸变降到 1% 以内，是超广角的最佳搭档。

从宣传数据来看，似乎挺牛不过实际效果怎么样，感知强不强，还是样张说了算自由曲面镜头的效果，似乎被夸大了以我使用了两个多月的一加 9 Pro 为例如果以未掺杂算法的相机作为参照，一加 9 Pro 超广角控制畸变的能力，是显而易见的。

比如下图中，相机拍摄的电梯门框，桶状畸变十分明显，但一加 9 Pro 就没有这个问题。

▲ 左为全画幅相机使用 24mm 镜头拍摄，右为一加 9 Pro 拍摄再如这个场景中，相机拍摄的电视边框，已经发生了明显的畸变，而一加 9 Pro 的照片，线条依旧平直。

▲左为全画幅相机使用 24mm 镜头拍摄，右为一加 9 Pro 拍摄那么是否可以认为，自由曲面镜头能够完全消除桶状畸变呢？答案是不一定一是我们不确定一加 9 Pro 的超广角在拍摄时，防畸变算法有没有参与，或是参与了多少。

也就是说，抑制畸变的功劳不一定全都是自由曲面镜头的二是畸变很难被 100% 消除，只能降低至一定限度，让人眼不易察觉

▲ 一加 9 Pro 超广角拍摄或许我们可以换个思路，将一加 9 Pro 与纯算法防畸变的手机作对比，似乎就能知道自由曲面镜头的优势强不强烈了在与开启超广角畸变矫正算法的小米 11 Ultra 对比时，可以看到一加 9Pro 显然赢得了胜利。

但这样比并不公平，因为小米 11 Ultra 超广角的焦段要更广，畸变理所当然会更严重

▲ 左为小米 11 Ultra，右为一加 9 Pro. 图片来自：androidauthority那么与焦段相对接近的 iPhone 12 Pro Max 相比呢？答案可能超乎意料我们先来看一下 iPhone 12 Pro Max 开启畸变矫正前后的照片。

同样的场景，畸变矫正算法的加入让桶形畸变几乎不可见

▲右图为畸变矫正算法开启状态与一加 9 Pro 相比，即便 iPhone 12 Pro Max 的超广角视野更广一些，但凭借优秀的算法，其畸变并不明显。很难说前者畸变抑制的更好。

▲左为 iPhone 12 Pro Max，右为一加 9 Pro再如下面这个场景，两者对畸变的抑制同样优秀，甚至纯算法的 iPhone 12 Pro Max 更胜一筹一加 9 Pro 拍摄的墙壁边缘（红框所示），出现了轻微的畸变。

所以，在优秀的算法面前，自由曲面镜头防畸变的优势就没那么显眼了从这个维度来看，自由曲面镜头的功效似乎被夸大了自由曲面镜片并不会削弱透视感人们之所以使用超广角拍摄，不仅是为了按一下快门能记录更宽广的场景，还为了追求透视感带来的独特视觉享受。

比如将镜头向上拍摄树木或建筑，被摄物体看起来似乎马上要倾倒下来，有着强烈的视觉冲击力。这被称为透视形变（也有人称为线性畸变）。

▲ 图片来自：一加手机尽管透视本质上也是一种形变，但这种形变符合自然规律和人眼真实所见简单来说就是遵循「近大远小」的规律，它早在绘画艺术中被广泛应用，后来成为一种重要的摄影语言那么自由曲面镜头，会抑制透视的表现吗？。

答案是不会。超广角镜头搭配自由曲面镜片，能对桶形畸变产生优秀的抑制效果，但不会消除透视变形。

如果想要消除透视变形，只能在拍摄时，将镜头平行于被摄物体放置指望自由曲面镜头来消除，是不现实的自由曲面镜片的意义不止防畸变经过上文的分析，你会发现自由曲面镜头好像没有宣传的那样神奇抗畸变的效果与优秀算法难分高下，透视变形也不会被消除，所以它的意义在哪呢？。

首先可以确定的是，通过光学硬件抑制畸变，理论上比软件算法更为稳定尤其在拍摄视频时，算法实时矫正畸变比较困难，这时自由曲面镜片的硬件优势就显现出来了更重要的，则是自由曲面镜片轻巧的特性，为手机摄像头模组设计，带来了更多空间。

通过引入自由曲面，可以使光学系统的结构变得更紧凑，重量更轻，光学元件数量更少所以在相似的体积下，自由曲面的应用，可以让摄像模组的空间利用率更高比如让 OPPO Find X3 系列和一加 9 Pro 系列的超广角，有机会采用 IMX 766 主摄级大底传感器，进一步增强成像质量。

不过，自由曲面镜头加工良率低，工艺复杂、设备昂贵，因此成本相对较高目前搭载自由曲面镜头的手机还比较少，且只有畸变问题最严重的超广角才配享有可以预测，当自由曲面镜片的成本降低，无论是主摄镜头还是长焦镜头，都有可能会应用上自由曲面技术。

抑制畸变的同时，还有更多空间堆砌光学系统

就像现在手机厂商打出的「双主摄」、「三主摄」口号那样，或许不久后，我们就能看到「双自由曲面镜头」，甚至「三自由曲面镜头」的手机了。

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