一支鏡頭，哪怕每一片玻璃都磨得完-美無缺、裝配分毫不差，拍出來的照片仍然不可能和實物一模一樣。顏色會串、邊緣會虛、直線會彎。這些偏差有個統一的名字：像差。

有意思的是，像差不是做工問題。它來自成像本身的數學結構——只要用球面玻璃去彎折光線，就一定會有。這篇文章講的是：像差從哪來，長什么樣，以及工程師是怎么跟它周旋的。

先說個直覺：光學設計里有個「近軸」的假設，認為光線都貼著光軸、張角很小。在這個假設下，成像完-美。可一旦視場變大、孔徑變大，這個假設就不成立了——像差由此而生。所以大光圈、廣角鏡頭格外難做，它們離那個舒適的假設最遠。

一、球差：邊緣光線太「急」了

最-簡-單的像差是球差。一片普通的凸透鏡，讓一束平行光通過，本該匯聚成一個點——但實際上，靠近邊緣的光線偏折得更厲害，交點比中心光線更靠前。

于是在任何一個位置上，都得不到一個真正的點：焦點之前是一個逐漸收攏的錐，焦點之后又散開，中間某處有一個最小彌散圓，那里最清楚，但依然是個圓斑不是點。

圖1：邊緣光線與中心光線，焦不到一處

對照片的影響是整體發軟、發灰，像蒙了一層薄霧。高反差的邊界尤其明顯。

球面為什么還會這樣？因為球面最容易加工——磨盤和工件天然貼合，成本最-低。代價就是球差。想從根上改掉，得用非球面：讓邊緣的曲率單獨設計。但這東西難磨也難測，貴得多。

還有兩條路：一是收光圈，把邊緣光線擋掉，球差隨之變小；二是用正負鏡片組合，讓一片的球差抵消另一片的。鏡頭里那七八片、十幾片玻璃，很大程度上就是在干這件事。

球差對孔徑極其敏感：縱向球差大致與孔徑的平方成正比，橫向的彌散圓則與孔徑的立方相關。把光圈開大一檔，球差就翻著跟頭往上漲——這就是為什么絕大多數鏡頭全開光圈時都偏軟，縮一檔立刻精神起來。

順帶說個攝影圈熟悉的現象：焦外的光斑長什么樣，很大程度上由球差的殘余量決定。球差過校正時，焦外光斑邊緣亮、中心淡，還容易形成一圈一圈的「洋蔥圈」；欠校正則相反。所以焦外好不好看，其實也是像差的一種表情。

二、色差：顏色各有各的焦點

上一類與顏色無關，這一類恰恰來自顏色。玻璃對不同波長的光折射率不同——藍光折射率高，走得慢、偏得多；紅光折射率低，偏得少。于是不同顏色的光，焦點前后錯開。

把像面對準綠光，紅光和藍光就已經散開了，畫面上表現為高反差處出現彩邊。

圖2：位置色差與倍率色差

這叫位置色差（也叫縱向色差）。它的經典解法是消色差雙膠合：用一片低色散的冕牌玻璃做正透鏡，一片高色散的火石玻璃做負透鏡，膠在一起。正片負責會聚，負片負責把色散拉回來，紅藍焦點就此重合。

這里有個關鍵參數叫阿貝數（也稱 V 數），它衡量材料的色散強弱：阿貝數越大，色散越弱，價格通常也越貴。消色差的條件，本質上是讓兩片玻璃的光焦度與阿貝數按一定比例搭配，使兩種波長（通常選紅和藍）的焦點落到同一處。

能把紅綠藍三種波長都校正到位的，叫復消色差。這要靠低色散玻璃，甚至特殊材料，成本陡增——所以「APO」這個標記在鏡頭上從來都是賣點。

還有一種是倍率色差（橫向色差）：不同顏色的放大率不一樣，同一個點到了畫面邊緣，紅像比藍像大一點，于是邊緣泛出紫邊。這個更難纏——收縮光圈對它基本無效，得靠整組鏡片的光焦度分布和對稱設計去壓。

三、離開畫面中心，麻煩就多了

前面兩類在畫面正中也會出現。而一旦離開中心，還會多出三種單色像差。

圖3：彗差、像散與場曲

彗差：一個點光源的像不再是點，而是拖出一條尾巴，像小彗星。原因是光束斜著通過鏡片時，上下兩側的光線不再對稱。

像散：離軸光束在兩個互相垂直的方向上焦距不同——子午方向和弧矢方向各有一個焦面。兩者之間是最小彌散圓。結果是某個方向清楚、另一個方向發虛，怎么調焦都齊不了。

場曲：像面本身是彎的。把平面探測器（或膠片）放上去，中心清楚了邊緣就虛，反之亦然。這不是對焦問題，是像面形狀的問題。

這四種加上后面要講的畸變，合稱五種單色像差；它們與色差一起，習慣上被歸為塞德爾像差——可以看作近軸理論的一階修正項。每一項各有一個系數，合起來構成著名的賽德爾和式，是光學設計里最基礎的賬本。

之所以叫「單色」，是因為它們與波長無關，哪怕用絕對純的單色光照明，這些像差照樣存在。這一點常被誤解——很多人以為用了激光就沒有像差了，其實只是沒了色差。

再往下還有更高級的像差，量更小但更難算，通常交給計算機去追。

四、六種像差一覽

把它們的成因、表現和應對辦法列在一起，是這樣的：

圖4：六種像差與改善辦法

還有第七種——畸變。它不制造模糊，只讓形狀走樣：桶形往外鼓，枕形往里凹。

五、畸變：清楚，但形狀不對

畸變的特殊之處在于，它不破壞清晰度。畫面上每一點都可能是清晰的，只是放大率隨視場變了，于是直線變彎。

圖5：三種畸變形態

習慣上用百分比表示畸變量：正負百分之幾。一兩個百分點在風景照里幾乎看不出，但在翻拍文件、拍建筑、或者用鏡頭做測量時，就必須較真了——這時往往要用到專門的低畸變鏡頭，或者干脆做標定之后用算法逐點修正。

為什么會鼓或凹？根源在于光圈位置：孔徑光闌在鏡片組之前還是之后，會改變軸外光束通過鏡片的位置，從而改變那一帶的放大率。廣角鏡頭的孔徑往往偏后，長焦偏前，于是就有了各自典型的畸變傾向。

它同樣不受光圈影響——收光圈對畸變完-全無效，因為畸變取決于主光線的走向，而不是光束的粗細。要壓它，得靠光學結構上的對稱：前后兩組大致鏡像，畸變就能抵消大半。代價是體積和重量都上去了。

現在更省事的做法是：留著畸變，交給機身或軟件去掰回來。這比堆玻璃便宜得多，效果也夠好。

六、壓住像差的幾條路

總結一下，工程師手里的辦法其實就那么幾類：

換材料：用低色散玻璃壓色差；

改形狀：非球面一片頂好幾片球面；

調結構：正負搭配、前后對稱，讓像差互相抵消；

收光圈：攔掉邊緣光線，多種像差一起變小。

圖6：壓住像差的幾條路

這里有個繞不開的權衡：收光圈能壓像差，但光圈越小，衍射越明顯——前面聊衍射極限-時說過，孔徑一小，艾里斑就變大，清晰度反而下降。一邊是像差隨光圈收縮而減小，一邊是衍射隨光圈收縮而增強，兩條曲線一疊加，就出現了所謂最佳光圈，通常落在最大光圈收縮兩三檔的位置。老手說的「縮兩檔最銳」，道理就在這。

實際的鏡頭是這幾條路一起走。而且現代設計還多了一樣武-器——計算機。幾十個變量同時優化，靠人力早就算不過來了。

怎么判斷一支鏡頭校正得好不好？業內的通用語言是調制傳遞函數（MTF）：給鏡頭看一組不同疏密的黑白條紋，看它還能保留多少對比度。線對越密、保留的對比度越高，說明像差壓得越干凈。一張 MTF 曲線，基本就把這支鏡頭的底細交代清楚了。

但要說清楚一件事：像差只能壓，不能消滅。壓掉這一項，那一項常常又冒出來。所謂好鏡頭，不是沒有像差，而是把殘留的部分分配在了人眼最不在意的地方。

這也是為什么「銳」和「好看」不總是一回事。有些殘留的像差（比如柔和的焦外、輕微的邊緣衰減），反倒討人喜歡。

七、總結

像差這件事，根源就一句話：近軸成像才是理想的，而真實的光學系統不可能只走近軸光線。視場一大、孔徑一大，偏差就來了。

像差分兩類——單色的（球差、彗差、像散、場曲、畸變）和彩色的（位置色差、倍率色差）；

收縮光圈能壓掉大部分，卻管不了畸變與倍率色差；

而正因為它只能壓不能消滅，好鏡頭的本事在于把殘留的部分放在人眼不在意的地方。

下次看一張照片，如果邊緣的直線有點彎、高光旁邊泛著紫邊、焦點之外的光斑不是圓而是一圈一圈的，那都是像差留下的痕跡。它們不是毛病，而是這枚鏡頭在物理規律允許的范圍里，做出的取舍。