今天边肖为大家带来最新的华为Mate40Pro+拍照评测，为用户带来全新的拍照对比。对这个感兴趣的朋友来看看吧。
华为宣传Mate 40 Pro+有17倍光学变焦。其实P40Pro发布的时候，很多人问我10倍光学变焦是怎么实现的。在大家的固有印象中，变焦就是那种通过移动镜头来控制光焦度变化，从而通过改变焦距和视野来达到变焦目的的单反。
这种传统形式的变焦镜头确实已经用在手机上了。三星做了一款外置变焦手机。如上图所示，镜头可以向外拉伸，变焦比很高，可以提供10X的光学变焦，但是手机的轻薄和便携性堪忧。
华硕做了一款内置变焦镜头的手机。所谓的内变焦，其实就是类似于现在手机用的潜望镜镜头。增加两组电机驱动镜头移动变焦。由于空的限制，只能提供3倍光学变焦。
总结一下，传统的手机摄像头设计方案是用机械光学变焦镜头来实现不同焦距、不同视场的拍摄效果，这是用一个镜头整体称霸世界。
手机的发展必然走向轻薄便携。同时电池的体积也不能缩小太多，这样就没有太多空间留给相机空。因此，目前的手机变焦方案已经放弃了镜头内部镜头的机械移动变焦方案。
现在的手机相机都是用多个固定焦距来达到变焦的效果:如果要拍一个标准焦距，调用主摄像头来拍照；如果要拍微距和广角，打开广角相机；如果你想拍出长焦的效果，那就启用长焦相机。
配备多个定焦镜头的手机与外置变焦镜头相比，具有以下优势:
1.镜头和摄像头体积大幅缩小，手机轻薄度提升。
2.所有摄像头都可以模块化，根据低、中、高端手机的不同定位，灵活配置不同的模块。所以我们可以看到中高端手机背面都配置了四五个摄像头。
3.每个镜头的镜片是固定的，省去了复杂的结构设计和组装，有利于自动化操作，大大提高了镜头厂商和模组厂商的交货效率。
了解了这个背景，我们来回答一下手机的摄像头中17X光学变焦是什么意思。
手机广角摄像头可以拍摄最大视场Fw，一般在110 deg~ 130 deg之间；
手机主摄像头可拍摄的视场角Fm通常为70 deg~ 80 deg在...之间
潜水长焦相机可拍摄的视场角Ft可以是15 deg在…之内
我们切换不同的相机，因为视角不同，从而呈现出变焦效果。
如果手机配备了三个摄像头:广角、主摄像头和长焦，则变焦系数定义如下:
如果手机仅配备了主摄像头和长焦摄像头，则变焦系数定义如下:
HW宣传有17倍光学变焦。按照上面的转换来看看吧:
1.假设华为主摄像头的视场角为75 deg
2.其潜望镜长焦相机的视场角为7.5 deg
3.广角摄像机的视场角为127.5 deg
Mate40 Pro+首次将自由曲面镜头引入消费终端设备。很多人都很好奇什么是自由曲面。
如下图所示，传统手机镜头中的镜片都是旋转对称的，做成旋转对称的原因很简单:
1.当模具被加工时，工件或刀具被旋转和切割。
2.镜头旋转对称后，镜头组装时，镜头直接吹进镜筒，旋转对称结构实现自动对中。
广角镜头拍摄的照片通常会有一定程度的失真。通常视场角越大，扭曲变形越大，严重影响感知。当然也有人刻意用鱼眼镜头来追求这种圆形的变形效果，如下图。
自由曲面，即摒弃了镜面旋转对称的束缚，增加了曲面变化的自由度，从而为光学设计提供了更大的自由度，更大程度地抑制了镜头畸变。
手机原理图如下，其中右侧黄色区域代表CMOS传感器感光区域。在传统的光学设计中，成像表面的面积必须覆盖所有的感光区域。因为透镜是旋转对称的，所以它的成像高度对于所有角度截面都是CA。由于镜头和模组组装的公差波动，为了避免镜头的成像区域和图像传感器的感光区域错位，设计中通常会把成像区域做得比图像传感器大，如下图MIC所示。
从上面的示意图可以看出，镜头的镜片是旋转对称的，但是CMOS图像传感器的感光区域是矩形的，不是旋转对称的。为了方便起见，让我们将图像传感器旋转一个角度，如下所示:
第一，使用自由曲面的初衷是尽可能的控制不同视场的光线，让不同区域的光线打在特定的传感器位置，从而抑制畸变。从上面的镜头截面可以清楚的发现，镜头越靠近镜头后端，不同视场的光束分离的越多，所以我们需要把自由曲面放在镜头的后面，效率越高。
其次，同时我们也考虑到，如果使用多个自由曲面镜片，要实现两个镜片之间所有曲面的点对点加工和对准几乎是不可能完成的任务！
基于以上两点，我们可以知道只使用了一个自由曲面镜头，这个镜头一定是最后一个镜头。
我们计算出华为Mate40 Pro+广角镜头的视场角约为127 deg如果不使用自由曲面，大概会有25%~27%的失真。使用自由曲面透镜后，畸变可降至7%~9%。说到数字你可能没什么感觉。就上图看到美女抬眼。
哎呦，我发现这个美女周围没有明显的特征，很难对比照片的失真程度。我们换另一组图来看看:
对比下图中左右高层建筑的弯曲程度，将畸变从25%降低到8%的效果非常明显，我们可以直观的感受到自由曲面对消除畸变的巨大提升作用。
自由曲面镜头的难点不在设计上。由于不需要自由曲面透镜的边缘，我们可以将其切割成D-cut透镜，以制作一些用于装配的对准特征，这也可以解决装配问题。透镜的加工成型是自由曲面透镜的难点。和传统的旋转对称曲面一样，以一个切割角度来确认曲面的形状是可以的。而自由曲面需要确认曲面上所有点都在设计允许的公差范围内，所以成品率不能特别高。随着超精密加工设备和超精密检测设备的不断发展，这些问题都将不是问题，自由曲面必然会在光学领域越来越受欢迎。
