华为Mate40 Pro+值不值得买吗 华为Mate40 Pro+手机全方位评测

三、自由曲面镜头详析：要画质还是保视场？看看华为的两全方案

——先说说畸变这件事

在摄影当中，遭遇最终成像发生明显或者不明显的畸变算得上是一件寻常的事，这是镜头端的问题，普遍存在，它代表光学系统对物体所成的像相对于物体本身的失真程度。

出现这种现象的原因非常复杂。

简单点来说，相机镜头是由多组透镜共同组成，然而这些透镜还要更进一步更细分为凸透镜和凹透镜，彼此之间的中心和边缘厚度，以及折射光线的方式（具备中学物理常识的话会知道凸透镜汇聚光线、凹透镜发散光线）都存在区别。

多组透镜组成相机镜头

这意味着最终得到的图像是经过了不同中心/边缘厚度/放大率（成像大小与实际大小的比值）/折射方式的透镜折射而成，当放大率随光束的入射角度增加而增大时为正畸变，画面向中间收缩，被称为枕形畸变；当放大率随入射角度增加而减小则形成负畸变，会形成膨胀起来的桶状失真。

还有一种解决起来比较棘手的透视畸变，也被称为线性畸变，在近距离拍摄直线结构物体的时候容易出现的失真，源于透视变换，任何镜头在特定条件下都会产生这种畸变，需要软件层面的矫正。

正常图像

典型的桶状失真

由此，广角镜头拍摄的照片通常都存在一定程度的畸变，而且往往视场角越大，畸变越大，变形越大，严重影响最终成像观感。这也是华为彻底解决大视场角摄影畸变问题之前，着重强调画质，并一直为旗舰机型选择小视场角镜头的原因之一。

比如iPhone11的超广角镜头为13mm等效焦距，同期的Mate30 Pro超广角镜头为18mm等效焦距，视场差异比较大，以至于后者主要靠画质取胜而广度处于劣势。

——自由曲面镜头是畸变终结者

人类战胜失真事物的欲望与动力总是相当充沛的。

为了干掉图像畸变失真，业界诞生了介于传统球面与非球面之间的自由曲面光学设计，这是一种难以名状的非轴对称、不规则的曲面，由于所涉及的光学知识极为复杂，我们在此对其不做深入探讨。

光学设备公司DynaOptics的自由曲面折射光线示例

与传统镜头相比，自由曲面镜头有更大的设计自由，帮助实现对不同视场区域光线的单独控制以抑制畸变。一般来说，在光学系统当中，自由曲面可以自由分配光强，能够人为控制每根光线的角度甚至方向。

按照相关产业人士的说法，结合上图所示，在实际应用当中使用两个及两个以上的自由曲面镜片，各个镜片之间的所有面点对点的对准目前来看几乎是不可能的，目前推断华为Mate40 Pro+使用的估计只有一片自由曲面镜片，另外几组如无意外应该还是传统镜片。

——华为吃下“自由曲面”在手机领域的第一个螃蟹

自由曲面镜头在其它领域当中早有应用，比如照明、印刷扫描、显示器、眼科、投影、数据存储等。尤其是低精度的自由曲面已经在光学照明系统中广泛使用，使照明系统的照明均匀性和能量有效利用率率大大提高。

低失真视场狭窄、鱼眼广角高失真、视野宽阔的自由曲面应用效果（图源DynaOptics示例）

在手机领域，根据现有报道，此前并没有自由曲面镜头在手机上成功应用的先例，这与智能手机体积小、技术集成度高、内部元器件堆叠极为复杂有关。

因而在手机影像当中引入光学自由曲面一方面需要理论论证，一方面对其加工设计工艺设提出非常高的要求。

但是，现有资料显示华为在2018年才开始自由曲面在超广角手机镜头中的应用研究，一年的理论设计和仿真之后，通过引入一片自由曲面镜片，便设计出了无畸变的超广角镜头。然后就将上述成果应用在Mate40 Pro+这款手机上，并将之量产出来。

一般来说，从科技研发到产业应用总是有比较遥远的距离，从自由曲面方案在Mate40 Pro+上落地的速度来看，华为对科技前沿领域的高度敏感和转化效率着实令人咋舌。

接下来我们拿Mate40 Pro+，与iPhone11、Mate40 Pro（搭载传统超广角镜头但是带有畸变矫正算法）进行一番简单对比。

超广角成像对比 室内开灯

这里简单介绍一下，华为Mate40 Pro的超广角镜头为18mm焦段，Mate40 Pro+的超广角镜头为14mm焦段，iPhone11的超广角镜头为等效13mm焦段。

所以如上图所示，在视场方面，iPhone11明显还是会更具优势，但是Mate40 Pro+在视场方面已经极为接近一直强调广视场的iPhone11，并且它还和视场狭窄的Mate40 Pro保持了同等水平的画质，特别是画面细腻程度、纯净度等明显要优于iPhone11（可点击大图查看）。

我们接下来放大细节。

图像右侧边缘区域裁切对比

可以很明显的看到，iPhone11似乎没有做畸变矫正算法处理，图像边缘的门框已经显现了桶状失真的特征，“向外膨胀”，而Mate40 Pro+的门框依旧直线一条，而且从细节来看，后者的画质细腻程度以及画面亮度、纯净度都要优于前者。Mate40 Pro的视场较小，没有可比性。

由于引入了自由曲面，Mate40 Pro+镜头的成像质量确实非常高，光学畸变相当小，意味着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。这样一来，在摄影的时候，省去了畸变矫正的处理过程，可以更快产出无畸变图像、无畸变视频。

当然，大多数人对于寻常景物的微小畸变失真可能并不敏感，因此我们引入了图像边缘带有人像的一组照片进行对比。

画面边缘带有人像的图像对比

接着，我们将局部人像裁切出来放大，来看进一步的对比。

通过以上对比可以看到，自由曲面以物理的方式，通过镜头设计中更高的自由度，来避免畸变，在纠正人在边缘的透视畸变这方面效果尤为明显，既不损失视场广度，又把人脸拉长的问题矫正，目前其它机型甚至包括其它华为品牌旗舰在内没有一款能打的。

值得一提的是，华为Mate40 Pro+在前置方面也搭载了超广角相机模组，虽然不是自由曲面镜头，但是有畸变矫正算法参与人像畸变纠正，从拍摄到打开相册，看到XD Fusion把畸变到严重失真的自拍废片救回来，那种感觉相当畅爽。

超广角自拍畸形矫正过程

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