鏡頭畸變是什麼?「夏昆岡」

我們經常在相機、鏡頭、手機攝像頭的測評文字中看到“畸變”這個詞,對於不太接觸攝影的讀者,不大理解什麼是畸變。

首先,我們需要了解,理想的鏡頭,能在感光器表面實現完全不變形的投影,然而,大部分民用系統的都達不到理想狀態[除了極少數特殊用途鏡頭,例如遠心鏡頭],就是說,透過鏡頭投到感光器表面的影像,它是會變形的。

鏡頭畸變是什麼?「夏昆岡」

鏡頭的枕形畸變和桶形畸變示意

這個變形,對應的英文單詞是 Distortion,中文術語則是畸變。鏡頭畸變通常就是兩種,枕形畸變和桶形畸變,也叫枕形失真和桶形失真。兩者很好區分,視覺上向內坍縮的圖像是枕形畸變,往外鼓的桶形畸變。這兩者畸變是鏡頭系統中最最最最常見的像差現象。

通常廣角鏡頭容易產生桶形畸變,而長焦鏡頭則更容易出現枕形畸變。除了焦距因素,畸變類型和程度,也與鏡頭結構、鏡片形狀有關。

鏡頭畸變是什麼?「夏昆岡」

OPPO Reno 10倍變焦版智能手機[PCCM00]-實拍-超廣-頤和園-佛香閣

製造商=OPPO;型號=OPPO RENO 10X ZOOM;焦距=2毫米;光圈=F2.2;感光度=ISO100;白平衡=自動;曝光補償=0.0EV;曝光時間=1560/1000000秒;日期=2019.05.29 14:19:59

鏡頭畸變是什麼?「夏昆岡」

vivo X23 智能手機-實拍-超廣-麥當勞

製造商=VIVO;型號=V1809A;焦距=2毫米;等效焦距=15毫米;光圈=F2.4;測光模式=中央平均;感光度=ISO800;白平衡=自動;曝光補償=0.0EV;曝光時間=1/25秒;曝光程序=未知;場景類型=標準;日期=2018.10.17 19:05:52

在不少文章中,也會將近大遠小的透視變形稱為透視畸變,這個說法是有問題的,準確的描述應該是透視形變。形變對應的英文單詞也是Distortion,但形變和畸變的中文詞意是有差別的。差別在於“畸”,畸變都是不理想的變形,透視形變並不是不理想。透視形變與鏡頭結構、鏡片形狀都沒關係。

寫到此處,基本可以做個小結,鏡頭畸變指的是枕形畸變或桶形畸變,透視形變不是鏡頭畸變的一種。

相比長焦上的枕形畸變,超廣上的桶形畸變會更容易察覺,傳統的方法無外乎兩種。一種是通過精密的鏡頭結構設計和鏡片設計來降低畸變程度,成本大幅提升,體積也大幅提升,造型像個電燈泡似的。另外一種就是棄療,典型的就是魚眼鏡頭,把畸變玩出花來。

鏡頭畸變是什麼?「夏昆岡」

進行了畸變矯正處理的16毫米超廣鏡頭成像

相比傳統方法,省錢療效還好的方案是基於數字圖像處理的畸變矯正功能。現在手機的超廣成像,基本都默認開啟了矯正,上面這個例子,是某手機等效16毫米超廣所攝,橫平豎直,如果不是數字解決方案,物理成本會比較高。

基於數字圖像的畸變矯正,在DC時代就開始研究並發展,這其中被不少頑強的老法師們指責過,說這是鏡頭造假云云。這種方案,需要重組像素排列,對於邊緣成像質量就是大問題的超廣系統來說,更是雪上加霜,最邊緣的區域,成像質量只會變得更差,所以,出現了像場冗餘設計,例如16毫米等效焦距的鏡頭,實際上可能是等效15毫米的。多出來的,就是為了方便切掉。在某些機型中,配合鏡頭像場冗餘,感光器這端也進行了像素冗餘配合,這麼做的原因是將數字矯正的副作用盡可能降低。

數字矯正也並不是絕對藥到病除,如果拿適配16毫米系統的代碼去放到14毫米的機型上,就會出現矯正不到位的情況,或者出現桶形變枕形的情況,甚至更糟,出現拍直線變得彎彎曲曲,這種情況曾經在三星和索尼的機型上出現過。即便是16毫米的系統,代碼也不能通用,每一款鏡頭的情況並不完全一樣。

對於開發者來說,比較幸運的一點就是,人眼對輕度的畸變其實並不敏感,也可以認為,民用系統也沒必要追求最理想的投影狀態,人眼難以察覺的先決條件下儘可能做好即可。

  • [Doc]key=手機攝像頭技術講解[/Doc]


分享到:


相關文章: