3、核心光学参数（二）：像高、畸变、相对照度的工程意义
上一章聊了焦距、F数和视场角，这几个参数决定了镜头“看多远、看多宽、进多少光”。但光有这些还不够。你设计出来的镜头，最终要落到传感器上成像。像能不能铺满传感器？画面会不会变形？边缘会不会太暗？
这三个问题，就是今天要聊的：像高（Image Height）、畸变（Distortion）、相对照度（Relative Illumination）。
我个人习惯把这三个参数叫做“传感器适配三件套”。任何一个没搞好，镜头在手机上就没法用。
3.1 像高（Image Height）—— 你的画面能不能铺满传感器？
像高，说白了就是镜头实际成像的直径的一半。单位是毫米。
公式很简单：
IH = f × tan(θ)其中 f 是焦距，θ 是半视场角。但这是理想情况。实际镜头因为畸变，像高会和这个理论值有偏差。
3.1.1 像高和传感器尺寸的匹配
手机传感器常见的对角线尺寸有：
| 传感器规格 | 对角线（mm） | 半像高要求（mm） |
|---|---|---|
| 1/2.3" | 7.66 | ≥ 3.83 |
| 1/1.7" | 9.50 | ≥ 4.75 |
| 1/1.28" | 11.00 | ≥ 5.50 |
| 1" | 15.86 | ≥ 7.93 |
设计时，镜头的最大像高必须 大于等于 传感器半对角线。留一点余量是好的，但太大也不行——镜头会变大，成本也上去。
3.1.2 像高曲线怎么看？
在光学设计软件里，像高通常用 Field Curvature / Distortion 图来看。横轴是像高，纵轴是视场角。你会看到一条曲线，表示不同视场的光线实际到达的位置。
理想情况下，这条线应该是直的。但实际上，因为畸变，它会弯。
3.2 畸变（Distortion）—— 直线为什么会变弯？
畸变，就是画面变形。手机镜头里最常见的是 桶形畸变 和 枕形畸变。
- 桶形畸变：画面中间向外鼓，边缘向内缩。广角镜头常见。
- 枕形畸变：画面中间向内缩，边缘向外鼓。长焦镜头常见。
畸变的计算公式：
Distortion (%) = (实际像高 - 理想像高) / 理想像高 × 100%正值表示枕形畸变，负值表示桶形畸变。
3.2.1 手机镜头的畸变容忍度
手机镜头因为要兼顾小型化和广角，畸变通常比单反镜头大。但也不是越大越好。
| 应用场景 | 畸变容忍度 | 说明 |
|---|---|---|
| 主摄（广角） | ≤ 2% | 人像、风景，变形太明显用户会投诉 |
| 超广角 | ≤ 5% | 可以接受，但需要算法校正 |
| 长焦 | ≤ 1% | 变形容忍度最低 |
| 前置自拍 | ≤ 3% | 人脸变形敏感，尤其鼻子和脸型 |
3.2.2 畸变校正：光学 vs 算法
现在手机镜头设计，畸变校正分两步：
- 光学校正：通过镜片形状、非球面系数、镜片间距来压低畸变。成本高，但效果好。
- 算法校正：ISP 芯片里做畸变矫正。成本低，但会损失边缘像素和分辨率。
我个人习惯：光学校正做到 80%，算法补 20%。全压光学，镜头太大；全靠算法，边缘画质损失严重。
3.3 相对照度（Relative Illumination）—— 为什么边缘会变暗？
相对照度，就是画面边缘的亮度相对于中心亮度的比值。单位是百分比。
公式：
RI = 边缘照度 / 中心照度 × 100%理想情况下是 100%，但实际不可能。手机镜头 RI 通常在 40%~70% 之间。
3.3.1 影响相对照度的三大因素
- 余弦四次方定律：边缘光线入射角大，照度自然下降。这是物理规律，没法完全消除。
- 渐晕（Vignetting）：镜筒、光阑、镜片边缘遮挡了部分光线。这是设计问题，可以优化。
- 镜片透过率：边缘光线经过的镜片路径更长，吸收更多。镀膜可以改善。
3.3.2 手机镜头的 RI 目标值
| 镜头类型 | RI 目标值 | 备注 |
|---|---|---|
| 主摄 | ≥ 50% | 配合算法可以做到 60%+ |
| 超广角 | ≥ 40% | 视场角大，RI 天然低 |
| 长焦 | ≥ 55% | 视场角小，RI 容易做高 |
| 前置 | ≥ 45% | 自拍场景，暗角太明显不好看 |
3.4 三者的工程平衡
像高、畸变、相对照度，这三个参数是互相拉扯的。你压了畸变，RI 可能掉；你提了 RI，像高可能不够。
下面这张图，是我自己总结的平衡逻辑：
3.4.1 实际项目中的权衡案例
我记得有一个超广角项目，目标视场角 120°，传感器 1/1.7"。一开始我把畸变压到 1.5%，结果 RI 只有 32%，边缘暗得没法看。
后来我放开了畸变到 4%，RI 回到了 48%。然后算法团队做了畸变校正，最终效果客户很满意。
嗯，这里要注意：不要为了一个参数牺牲太多其他参数。设计是平衡的艺术。
3.5 本章小结
- 像高：决定画面能不能铺满传感器。留 3%~5% 余量。
- 畸变：画面变形程度。手机镜头容忍度 1%~5%，看场景。
- 相对照度：边缘亮度。目标 40%~60%，太低暗角，太高成本高。
- 三者平衡：像高优先，畸变和 RI 互相妥协。