效果缘何如此独特，变形镜头设计全解析

关于变形镜头，可能有的人听说过，有的人会一脸懵，但事实上现代电影拍摄基本上都会用到变形镜头，而它最大几个的视觉特点在《极速车王》的这个镜头里可以充分体现：

大长宽比、横向眩光、严重鬼影。这就是变形镜头的三个最主要的视觉特点，当然还有一个就是长椭圆形的背景光斑：

当你看到电影场景里出现这些迹象时，说明至少这个片段就是用变形镜头所拍摄，接下来我们从镜头设计的角度来剖析为什么变形镜头会产生这四种效果。

首先高长宽比，“变形镜头”顾名思义，它本来的设计目的就是让像产生特定的形变，直观来说就是在不同的主子午面内有不同的放大倍率，对摄影变形镜头来说就是让水平方向的放大倍率小于垂直方向，同时水平方向可以获得更宽的视角。实现的方式其实挺简单，就是一个柱面平凹透镜，为什么是平凹？因为凹透镜的特性之一就是发散，利于增大放大倍率和增大物方视场角，双凹面也可以，但平凹加工起来更简单；为什么是柱面？因为柱面只改变某一个主子午面的放大倍率（球面是全子午面均改变），正好符合变形镜头的需求。在柱面平凹透镜后面跟一个凸透镜就形成了最简单的只针对某一个主子午面异步放大的反望远镜头。

而大家在变形镜头规格上都能找到一个比例值，比如1.33x，当然对电影机来说还有1.25x、1.3x、2x等等规格，而这个值就是用作于计算物面长宽比，通常情况下一般拍摄16:9长宽比画面，如大家熟悉的1920*1080、3840*2160等，这时候的比例为1.77:1，而在使用1.33x变形镜头后，画面就变成了2.35:1，但变形镜头拍出来的画面如果直接观看，就会是这个样子：

很明显，因为宽边上下放大倍率高，所以这时候像是长边左右被挤压了，于是在后期处理时需要重调高宽比，让它变回正常的2.4:1比例：

当然，对放映系统来说，也可以通过同样的设计反向将被压缩的主子午面，也就是长边重新放大并投影，典型的设计如柱面光学元件构成的布拉维斯系统，在胶片电影时代这是宽荧幕放映镜头的必然设计。

这里会引入两个问题：第一来自变形镜头的设计初衷，第二就是背景虚化的变形。先看第一个，变形镜头在胶片时代的主要意义就是保证宽视角的前提下，最大程度地利用胶片（获取最佳画质），因此现代专业电影机使用变形镜头的另一大优势也是更大程度利用传感器的宽边，以Alexa Mini为例，1.77:1的2K输出会调用23.66mm*13.3mm传感器，而在变形镜头模式下的2.39:1比例的2K输出则会使用21.12mm*17.7mm传感器，后者的传感器使用面积足足大了18%，直观来说就是被“挤压”的长边填充了原本不会用到宽边区域，进而提高了画质（信噪比、动态范围等等）。

所以，如果你打算尝尝变形镜头，特别是想要更高画质的话，需要选择可根据不同变形比，硬件修正传感器对应调用区域的机身，比如民用机型里的松下GH5系列等等。像手机基本本上不允许调硬件参数，所以外挂变形镜头最主要的目的就是视觉效果，并不会提升画质，有时候反倒会因为变形镜头的塑料镜片面型精度较差而导致比较明显的畸变。而且还有一点，因为变形镜头将水平方向的空间压缩，也就是提高了空间分辨率，但对应的采样分辨率并没有增加，像Alexa Mini的2K变形模式甚至降低了水平方向的采样分辨率，所以变形镜头往往在细节上并没有普通镜头出色。

而关于虚化光斑变形的问题，其实这也是柱面系统的光学必然，因为无论前景背景，放大倍率，或者理解成弥散圆分布面积都比焦内要更大，但我们在后期重调比例时一定会以焦内为准，这就会造成焦外重调补偿不足，依然存在长边左右压缩、挤压上下短边的现象，因此虚化效果会呈变形状态。

事实上变形镜头的虚化效果还有另一个与众不同的特性：如果是长焦变形镜头，就能同时获得长焦距应有的浅景深，但同时因为变形产生的广视角效果，所以又拥有常规短焦距镜头才有的视场宽度，方便构图和凸出主体，这种视觉效果是变形镜头所独有的，在很多电影场景中都能看到这样的效果：

变形镜头的第二大特性：横向的“眩光”，其实准确来说它的主要贡献者是光圈衍射。有的人可能会问：为什么是横向的，我从正面观察变形镜头时，它的眩光是纵向的呀？因为你能从物面观察到的都是反射光，柱面材料的反射自然是沿高方向的：

如果你有注意的话，会发现横向“眩光”是持续跟随点光源位置的，真正的眩光不会是这种形态，而是会在与光源以画面中心近似对称的位置，这时候可以回顾一下本文的第一张图，找找真正的眩光。

当柱面透镜从物方向像方观察时，会看到光圈（入瞳孔）变成了竖椭圆形，这就使得原本朝着360度各个方向均匀衍射（假设为圆形光圈），变成更为集中的样式，画了个很粗糙的草图，黑色为入瞳形状，红色为衍射方向：

很明显，变形的入瞳孔形状让衍射光集中到了水平方向上，所以形成了很明显的“眩光”，而变形镜头系数越大，入瞳孔变形就越大，所造成的衍射就越集中。

长宽比变形、虚化变形、横向衍射都可以说是变形镜头的独门特性，至于镜组内菲涅尔偶次反射产生的眩光就不算了，这是刻意不做增透膜所形成的现象，一些classic定位的电影镜头都会采用这样的策略，毕竟“电影感”是一个很主观的感觉，与之类似的还有暗角等等。

差不多做个总结吧：从唯结果论的角度来说，变形镜头的优势远大于劣势，特别是对电影拍摄而言，它的效果是无可替代的，但对民用机型来说，比如机身防抖配合变形镜头时可能就会出现问题，反倒导致明显的抖动，除此之外如果不支持硬件调配，也就无法将其性能最大化，因此总体来说变形镜头的定位还是偏专业化，想玩的话心态就要放佛系一点，容忍它可能会出现的小毛病，至少它提供的视觉效果还是很独到的。