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率先“吃螃蟹”!华为新手机采用解放弯面镜头,理工男的浪漫 or 探求技术的极致?

近日,华为 Mate 40 Pro 新机的详细参数曝光。行为一款旗舰机型,Mate 40 Pro 采用的诸众新技术无疑是专门值得关注的,其中最值得一挑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解放弯面镜头,有不少媒体评价为 " 华为手机做了解放弯面镜头操纵的第一个吃螃蟹的人 "。

这款解放弯面镜头到底有什么稀奇的 ? 按照华为官方宣传,Mate40 手机中的超广角镜头由于引入了解放弯面,镜头的成像质量专门高,体系的光学畸变专门幼,不必要经过柔件畸变校正就能够得到无畸变的高清亮图像。

畸变是很众手机镜头都存在的弱点,要深入注释这个题目,最先就得清新什么是光学畸变。

畸变是指光学体系对物体所成的像相对于物体自己而言的失真水平,光学畸变是指光学理论上计算所得到的变形度。

畸明达常分为桶型畸变,枕型畸变和线性畸变。

桶形畸变 ( Barrel Distortion ) 是指光学体系引首的成像画面呈桶形膨大状的失真形象,使人变低肥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 ) 是指光学体系引首的成像画面向中间 " 紧缩 " 的形象,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组织时的失真形象,实际上平走的线条在成像画面中却显得并不屈走,终局显得修建物或树木相通要倾倒下来似的。这栽畸变内心上是一栽透视变换,即在某一特定角度,任何镜头都会产生相通的畸变。

( 图:枕形畸变,桶形畸变与线性畸变 )

畸变是镜头镜片体系的放大率迥异导致的。这是由于镜头是由众组透镜构成的光学设备,而透镜分为凸透镜和凹透镜,不论是哪栽,其中间和边缘厚度都纷歧样。

( 图:分歧的透镜 )

对于一个理想光学体系,在一对共轭的物像平面上,放大率 ( 物体的成像大幼与实际大幼的比值 ) 是个常数。

但在实际行使中,透镜的放大率会随光束和主轴间所成角度转折而转折。当放大率随入射角度增补而添大时称正畸变,也就是图像 " 紧缩 " 的枕形畸变 ; 当放大率随入射角度增补而减幼时称负畸变,也就是图像 " 膨大 " 的桶形畸变。

如许的畸变跟镜头固有特性相关 ( 凸透镜汇聚光线、凹透镜发散光线 ) ,无法十足清除。

那么原形什么是解放弯面 ? 它又严害在那里 ?

分歧于传统的球面和非球面,解放弯面 ( FreeForm ) 是一栽非轴对称、不规则、复杂的弯面。光学解放弯面则是包括起码一个解放弯面的光学设计。

( 图:解放弯面 )

( 图:光学表面的栽类,从上到下挨次为球面,非球面和解放弯面 )

开个玩乐,其实解放弯面并不总是像上图那样 " 奇形怪状 ",其中一些也很 " 平常 ",形状与传统的球面相通。

( 图:三栽解放弯面渐进镜片 )

与传统镜头相比,解放弯面镜头具有更大的设计解放度,能够尽能够地单独控制分轻蔑场区域的光线,从而按捺畸变。

在光学体系设计中,行使解放弯面不光能够解放地分配光强,还能人造控制每根光线的角度、倾向和光程差。

行使光学解放弯面技术,能够实现对高分辨率、宽视场、低像差、分段视场、低光性能和其他光学参数的请求。

( 一个解放弯面镜头 )

( 低失真视野褊狭、鱼眼广角高失真和视野宽阔、异国失真的解放弯面光学成果,图源 DynaOptics 官网 )

光学解放弯面主要仰仗众栽数学手段来进走设计,议定一系列详细参数来逆推计算出解放弯面的形状。由于这个过程基本上是 " 个性化定制 ",所以光学解放弯面并不及像传统球面或非球面镜头那样众用途通用。

例如,偏微分方程法按照入射光矢量、出射光矢量和解放弯面法矢量之间的相关及一些控制条件来竖立偏微分方程,求得解放弯面的面型参数 ;

( 图:偏微分方程法的理论基础,TED's 手段 )

划分网格法按照光源面和授与面的映射相关,议定迭代计算得到光学表面的形状 ;

几何变分法将几何光学和变分法相结相符,理论性最高,必要很高的数学基础 ;

SMS 众面同步求解法能够计算两个及两个以上的解放弯面,是基于费马定理和边缘光线理论得到的,理论易理解,计算过程最浅易。

其实,早在华为之前,起码从 20 世纪 90 年代首,德国的眼镜片设计师就最先最先操纵解放弯面技术定制渐进式镜片,他们在渐进式镜片的毛坯背面操纵它。

随着技术发展,时至今日,这些设计师拥有了富强的光学设计引擎,能够在一台中间服务器计算机上操纵由眼部护理专科人员挑供的参数进走在线复杂计算。对于一些高端镜片,他们甚至能按照佩戴者进走十足的个性化定制。

现在,在照明、印刷扫描、表现器、眼科、投影、数据存储等众个周围,解放弯面已经被普及操纵:

( 图:操纵解放弯面的车前灯逆射器 )

在新兴技术周围,解放弯面技术也有很大的湮没发展空间,如北京理工大学设计了解放弯面光学透视式头盔表现器,EPSON 智能眼镜操纵了解放弯面技术,极紫外光刻 ( EUVL ) 投影物镜也最先向高数值孔径 ( NA ) 、解放弯面设计形势发展。

( 解放弯面在头盔表现器中的行使 )

很众国外著名光学钻研机构也一向致力于解放弯面行使于空间光学的钻研。HUBBLE 看远镜在其修复光学体系中采用了一块解放弯面逆射镜,JWST 在其红外光谱仪中也采用了一块解放弯面均衡轴外像差,Leica 为欧空局研制的 TMA 空间相机也采用了解放弯面进走像差均衡。

而华为此次将解放弯面操纵在手机镜头中,可谓是相等有勇气,由于解放弯面的设计和添工技术对设计技术和设备性能都请求极高,这隐微会带来生产速度和良率的清晰降低。

由于清淡的光学柔件 ( 如 Zemax, CodeV 等 ) 针对解放弯面的优化设计手段并不完善,设计一个解放弯面必要花很长时间一连手动逆复调整、竖立操作参数,一个比较复杂的解放弯面的设计往往必要一个月甚至几个月的时间还达不到理想成果。

传统的光学磨制手段也无法添工高精度的非球面与解放弯面面形,必须突破古典光学传统添工手段,采用先辈的单点金刚石切削及超详细数控制造技术进走添工,且吾国在解放弯面光学制造技术上与国外仍有着必定差距。

就算费了这么大功夫,采用解放弯面的手机镜头也纷歧定能为消耗者带来专门直不益看的升迁感受,由于人眼对于 4% 之内的畸变基本无法分辨。很众智能手机厂商会浅易强横地选择操纵柔件来校正畸变,在实际行使中,这无非让消耗者拍照时众花一点点时间。

那么为什么华为要吃力不阿谀地做解放弯面镜头呢 ? 粉丝们会说这是理工男的浪漫,分析人士会说华为在探求技术研发的珠穆朗玛峰,读完本文的你又有什么看法呢 ?

 

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