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在現(xiàn)代社會中，智能手機(jī)已經(jīng)成為了我們生活中不可或缺的一部分。無論是在社交媒體上分享美麗的風(fēng)景，還是記錄生活中的點(diǎn)滴瞬間，手機(jī)攝影已經(jīng)成為了我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠帧＜?xì)心的人會發(fā)現(xiàn)，手機(jī)的鏡頭通常是圓形的，但無論我們?nèi)绾闻恼?，最終的照片總是呈現(xiàn)出矩形或方形的形態(tài)。

那么，你是否好奇過：為什么手機(jī)鏡頭是圓的，而拍出來的照片卻是方的呢？

無論有一個、兩個、三個抑或是更多的鏡頭數(shù)量，鏡頭本體的形狀，卻都呈現(xiàn)出圓形

鏡頭為什么是圓的？光學(xué)的必然選擇

鏡頭之所以被設(shè)計成圓形，這背后其實(shí)與光的傳播方式密切相關(guān)。無論是自然光還是人造光源，光在空間中都是以球面波的形式擴(kuò)散的。當(dāng)光線通過鏡頭時，鏡片組會通過折射和聚焦將光線匯聚到傳感器上。圓形鏡片的對稱性可以保證光線從各個方向均勻通過，避免因形狀不對稱導(dǎo)致的光路偏差。例如，如果鏡頭是方形的，邊緣的棱角會阻擋部分入射光線，造成圖像邊緣的暗角或畸變。

平面波與球面波的區(qū)別

此外，鏡頭的圓形設(shè)計還與其對焦和變焦機(jī)制有關(guān)?，F(xiàn)代手機(jī)鏡頭普遍采用多組鏡片結(jié)構(gòu)，通過移動鏡片組來調(diào)整焦距或?qū)?。圓形的鏡筒結(jié)構(gòu)可以讓鏡片在移動時保持光軸始終對齊，確保成像質(zhì)量穩(wěn)定。如果鏡頭是方形的，機(jī)械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度和誤差概率會大幅增加。

相機(jī)鏡頭

從早期的相機(jī)鏡頭到現(xiàn)代手機(jī)攝像頭，圓形鏡頭的設(shè)計已經(jīng)被驗證為最有效的光學(xué)解決方案。這種設(shè)計不僅符合物理規(guī)律，也在用戶認(rèn)知中形成了“鏡頭=圓形”的直覺聯(lián)想。

傳感器為什么是方的？電子技術(shù)的現(xiàn)實(shí)考量

雖然光線通過圓形鏡頭進(jìn)入手機(jī)，但最終記錄圖像的元件卻是一個矩形傳感器。這種形狀差異的關(guān)鍵在于圖像傳感器的物理限制和工程優(yōu)化的需求。

1.傳感器的工作原理

圖像傳感器的核心是一塊布滿感光單元的半導(dǎo)體芯片（如 CMOS 或 CCD）。每個感光單元（像素）負(fù)責(zé)將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。由于半導(dǎo)體制造工藝的限制，晶圓（圓形硅片）上需密集排列矩形芯片以提升材料利用率。若設(shè)計為圓形芯片，晶圓邊緣將產(chǎn)生大量空白區(qū)域，導(dǎo)致成本飆升。行業(yè)主流傳感器比例則是光學(xué)設(shè)計與顯示設(shè)備適配的平衡結(jié)果。

感光元件

2.矩形像素的排列效率

傳感器上的像素以網(wǎng)格狀排列，矩形區(qū)域可以最大化利用空間。如果傳感器是圓形的，邊緣區(qū)域的像素會因無法對齊而降低有效利用率。此外，圖像處理算法（如去馬賽克、降噪）通?；诰匦尉W(wǎng)格開發(fā)，適配圓形傳感器需要額外的計算資源，這對手機(jī)的算力和功耗都是挑戰(zhàn)。

3.圖像的存儲與顯示

人類使用的顯示設(shè)備（手機(jī)屏幕、電視、相紙等）幾乎都是矩形的。若照片保存為圓形，不僅會浪費(fèi)存儲空間（圓形外的黑色區(qū)域需要額外數(shù)據(jù)填充），還會在后期裁剪、排版時增加復(fù)雜性。矩形照片與顯示介質(zhì)的天然適配性，是技術(shù)發(fā)展中的必然選擇。

為什么不用圓形照片？人類感知與工程妥協(xié)

假設(shè)技術(shù)允許，能否讓照片保持圓形？從理論上說可以，但現(xiàn)實(shí)中卻存在多重障礙：

1.視覺習(xí)慣的慣性

人類在繪畫、攝影、影視等領(lǐng)域積累了數(shù)百年的矩形畫面使用經(jīng)驗。矩形構(gòu)圖更適配顯示設(shè)備的物理形態(tài)與人類文化慣性。盡管人眼自然視野為橢圓形且水平范圍更廣，但矩形畫面（如 16:9）通過匹配屏幕比例和注意力集中區(qū)域，降低了觀看時的認(rèn)知沖突，而圓形畫面會讓人產(chǎn)生“通過望遠(yuǎn)鏡觀察”的不適感。

請圓形畫面會讓人產(chǎn)生“通過望遠(yuǎn)鏡觀察”的不適感

2.數(shù)據(jù)存儲的效率

一張圓形照片的實(shí)際信息量小于矩形照片。例如，一個直徑等于矩形邊長的圓形，其面積僅為矩形的 78.5%。這意味著存儲圓形照片會浪費(fèi) 21.5%的存儲空間——對于每天產(chǎn)生數(shù)十億張照片的互聯(lián)網(wǎng)時代，這種浪費(fèi)是不可接受的。

3.工業(yè)設(shè)計的統(tǒng)一性

從手機(jī)屏幕到社交媒體界面，現(xiàn)代數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)均基于矩形框架構(gòu)建。圓形照片需要額外的適配成本，例如朋友圈九宮格排版會因圓形出現(xiàn)空隙，視頻剪輯軟件也需要重新設(shè)計時間軸邏輯。

手機(jī)鏡頭與照片的形狀差異，本質(zhì)上是“光學(xué)的理想主義”與“工程的實(shí)用主義”相互妥協(xié)的結(jié)果。圓形鏡頭保證了光線的完美捕捉，矩形傳感器則適應(yīng)了電子工業(yè)的生產(chǎn)效率和人類的使用習(xí)慣。這種“外圓內(nèi)方”的設(shè)計，恰似中國傳統(tǒng)文化中為人處世的智慧——在尊重自然規(guī)律的同時，找到與現(xiàn)實(shí)世界和諧共處的平衡點(diǎn)。

下一次按下手機(jī)快門時，或許我們會多一分對技術(shù)的敬畏：方寸之間的照片，承載的不僅是瞬間的影像，更是人類跨越物理限制、追求實(shí)用美學(xué)的百年智慧。

(來源：力學(xué)科普）

責(zé)編：伍芳芳

一審：伍芳芳

二審：姚瑤

三審：黃維