粤有钱手机镜头是圆的，为什么拍出来的照片是方的？

点击下方音频，让耳朵“感受”力学

正文共有 1814字

阅读时间约 6 min

如果觉得眼睛太累

可以点击音频感受

在现代社会中，智能手机已经成为了我们生活中不可或缺的一部分。无论是在社交媒体上分享美丽的风景，还是记录生活中的点滴瞬间，手机摄影已经成为了我们日常生活的一部分。细心的人会发现，手机的镜头通常是圆形的，但无论我们如何拍照，最终的照片总是呈现出矩形或方形的形态。那么，你是否好奇过：为什么手机镜头是圆的，而拍出来的照片却是方的呢？

🔺无论有一个、两个、三个抑或是更多的镜头数量，镜头本体的形状，却都呈现出圆形（图片来源：[2]）

镜头为什么是圆的？光学的必然选择

镜头之所以被设计成圆形，这背后其实与光的传播方式密切相关。无论是自然光还是人造光源，光在空间中都是以球面波的形式扩散的。当光线通过镜头时，镜片组会通过折射和聚焦将光线汇聚到传感器上。圆形镜片的对称性可以保证光线从各个方向均匀通过，避免因形状不对称导致的光路偏差。例如，如果镜头是方形的，边缘的棱角会阻挡部分入射光线，造成图像边缘的暗角或畸变。

🔺平面波与球面波的区别（图片来源：[3]）

此外，镜头的圆形设计还与其对焦和变焦机制有关。现代手机镜头普遍采用多组镜片结构，通过移动镜片组来调整焦距或对焦。圆形的镜筒结构可以让镜片在移动时保持光轴始终对齐，确保成像质量稳定。如果镜头是方形的，机械结构的复杂度和误差概率会大幅增加。

🔺（图片来源：[2]）

从早期的相机镜头到现代手机摄像头，圆形镜头的设计已经被验证为最有效的光学解决方案。这种设计不仅符合物理规律，也在用户认知中形成了“镜头=圆形”的直觉联想。

传感器为什么是方的？电子技术的现实考量

虽然光线通过圆形镜头进入手机，但最终记录图像的元件却是一个矩形传感器。这种形状差异的关键在于图像传感器的物理限制和工程优化的需求。

传感器的工作原理

图像传感器的核心是一块布满感光单元的半导体芯片（如CMOS或CCD）。每个感光单元（像素）负责将光信号转化为电信号。由于半导体制造工艺的限制，晶圆（圆形硅片）上需密集排列矩形芯片以提升材料利用率。若设计为圆形芯片，晶圆边缘将产生大量空白区域，导致成本飙升。行业主流传感器比例则是光学设计与显示设备适配的平衡结果。

🔺感光元件（图片来源：[1]）

矩形像素的排列效率

传感器上的像素以网格状排列，矩形区域可以最大化利用空间。如果传感器是圆形的，边缘区域的像素会因无法对齐而降低有效利用率。此外，图像处理算法（如去马赛克、降噪）通常基于矩形网格开发，适配圆形传感器需要额外的计算资源，这对手机的算力和功耗都是挑战。

图像的存储与显示

人类使用的显示设备（手机屏幕、电视、相纸等）几乎都是矩形的。若照片保存为圆形，不仅会浪费存储空间（圆形外的黑色区域需要额外数据填充），还会在后期裁剪、排版时增加复杂性。矩形照片与显示介质的天然适配性，是技术发展中的必然选择。

为什么不用圆形照片？人类感知与工程妥协

假设技术允许，能否让照片保持圆形？从理论上说可以，但现实中却存在多重障碍：

视觉习惯的惯性

人类在绘画、摄影、影视等领域积累了数百年的矩形画面使用经验。矩形构图更适配显示设备的物理形态与人类文化惯性。尽管人眼自然视野为椭圆形且水平范围更广，但矩形画面（如16:9）通过匹配屏幕比例和注意力集中区域，降低了观看时的认知冲突，而圆形画面会让人产生“通过望远镜观察”的不适感。

🔺圆形画面会让人产生“通过望远镜观察”的不适感（图片来源：[2]）

数据存储的效率

一张圆形照片的实际信息量小于矩形照片。例如，一个直径等于矩形边长的圆形，其面积仅为矩形的78.5%。这意味着存储圆形照片会浪费21.5%的存储空间——对于每天产生数十亿张照片的互联网时代，这种浪费是不可接受的。