鏡頭畸變是什麼?

2021-01-20 Soomal音頻影像

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。

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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。

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儘可能降低。

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。

⬆這裡都是科一個普

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