实现高质量视频流的非球面透镜

不论是 Netflix^® 上的最新节目、 优酷和抖音 上的热门视频，还是 Disney+^®上的经典动画，现在全球对视频流的渴求都超过以往。对视频内容的这种庞大使用量正在使互联网带宽面临巨大压力，网络正在艰难地跟上发展脚步。电影摄影师会巧妙地运用浅景深来拍摄视频，以便提高视频的压缩率和流质量，但这需要专门的电影镜头。对于使用浅景深保持质量，并最终使 Netflix 为全球观看者带来最佳体验而言，这些电影镜头中的高端非球面透镜元件不可或缺。

什么是电影镜头？

电影镜头是专门设计的镜头组件，专为满足电影拍摄时严苛的视频质量要求而量身打造。与用于机器视觉或商业摄影的镜头组件相比，电影镜头通常要大得多，而且更昂贵。

使用浅景深节省 10% 的带宽¹

对高质量视频的需求从未像现在这样高涨。全球视频流市场在 2019 年达到了 426 亿美元，正在经历爆发式增长，预计 2020 年到 2027 年的复合年增长率 (CAGR) 将达到 20.4%。²

电影摄影师会巧妙地制作专为流处理而量身打造的内容，其方式是使用浅景深 (DOF) 进行拍摄，景深是指物体在不重新对焦的情况下保持特定分辨率水准的最近点和最远点之间的距离 （图 1）。浅景深意味着只对镜头的主要目标点进行聚焦，而背景是模糊的。这通常用于吸引观看者注意镜头中的某物，但也有利于对视频进行压缩和流式处理。

图 1: f/# 很低的“快速”镜头产生很小的景深（物体位于焦点）。

视频文件很大，必须为执行流处理而进行压缩，以降低文件的大小。压缩算法只会对各帧之间变化的信息以智能方式进行编码，不会对每帧中的每个单一像素进行编码。浅景深更适用于整体压缩图像质量，因为模糊的背景在各帧之间通常不会有太大的变化。压缩算法可以在视频的聚焦区域保留更多细节，而更多地压缩模糊的背景，因为观看者不会注意到对背景进行的压缩。一般的经验法则是，使用低景深可以节省大约 10% 的带宽，但这取决于背景的繁忙程度和确切的景深。¹

非球面透镜元件使这一切成为可能

用于浅景深电影摄影的电影镜头必须能在 f/# 很低或聚焦角度很大时提供很高的图像质量。镜头所聚焦的光线角度越大，穿过镜头光圈的球面像差或对焦距离变化就越大。浅景深电影镜头最重要的设计难点在于抑制球面像差。在较大的电影镜头组件中会纳入高端非球面透镜元件以抑制球面像差 (图 2)。

图 2： 传统球面透镜元件（左）与非球面透镜（右）的球面像差对比

非球面透镜通过更复杂的表面形状将像差影响降至最低。制造非球面透镜的复杂度和难度都高于制造球面透镜，因此运用非球面透镜来实现浅景深的电影镜头价格更高。拍摄占用数据更少的视频需要使用更昂贵的镜头，这一点似乎有违常理。我们都该感谢现代电影镜头中的高端非球面透镜，它使我们能在一个周末在 Netflix 上观看整季最爱的节目。

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