相位對焦——PDAF:它的全稱是Phase Detection Auto Focus,字面意思就是“相位檢測自動對焦”。相位對焦技術在數碼相機領域應用已經十分成熟,在智能手機領域則仍處于起步階段。
通常而言相機的自動對焦方式有兩種:反差對焦和相位對焦。反差對焦的原理是根據焦點處畫面的對比度變化,尋找對比度zui大時的鏡頭位置,也就是準確對焦的位置。
一、優缺點 相位對焦:相位對焦相比反差對焦,行程縮短速度加快
再來說說相位對焦,它的原理是在感光元件上預留出一些遮蔽像素點,專門用來進行相位檢測,通過像素之間的距離及其變化等來決定對焦的偏移值從而實現準確對焦。
相比反差對焦,相位對焦不需要鏡頭的反復移動,對焦行程短了很多,對焦過程干凈不猶豫。但另一方面,由于需要利用CMOS上的遮蔽像素點進行相位檢測,故此相位對焦對光線強度的要求比較高。
相位式優點:只需要計算一次就完成對焦,對焦速度極快,并且降低處理器計算負擔。
相位式缺點:在弱光環境下容易對不上焦。
二、反差對焦
反差對焦就是通過找對焦區域對比度zui大的點作為對焦準確的點,而相位對焦則是找對焦區域相差zui小的點作為對焦準確的點。反差對焦耗時太長。鏡頭從開始對焦到zui后合焦完畢一直不停移動,“走過站”以后的回退過程更是讓對焦行程增大,反映給用戶的就是對焦速度較慢。
以拍攝一枚硬幣為例,zui開始畫面是虛焦的狀態,隨后鏡頭移動,人們可以看到屏幕中的硬幣逐漸清晰起來。直到某一個位置(合焦狀態)硬幣zui為清晰,但攝像頭模組自身是意識不到此時已經合焦完畢的,鏡頭會繼續移動,此時人們會看到硬幣又變得模糊。這時攝像頭模組才意識到鏡頭“走過站了”,于是回退至剛才清晰的焦點位置,這樣一次對焦就完成了。
反差式優點:弱光環境下也能準確對焦。
反差式缺點:對焦步驟多,處理器要計算眾多數據,并且對焦時間長。對焦的過程就是通過移動鏡片來使對焦區域的圖像達到zui清晰的過程
首先要明白一個概念,圖像的清晰度的時候是對比度zui大的時候同時也是像差zui小的時候,反差對焦就是通過找對焦區域對比度zui大的點作為對焦準確的點,而相位對焦則是找對焦區域相差zui小的點作為對焦準確的點(關于像差可以看看“鏡組對成像解析力有什么影響?”這個問題,我有稍作解釋)
另外一點,反差對焦和相位對焦都只是對焦系統的一部分,只是用來找鏡片在對焦過程中的*位置,而鏡片是怎么移動的不在本問題的范疇之內。
反差對焦,是通過找對焦區域對比度zui大的點作為對焦準確的點,但是不同對焦區域的對比度的大小并不是固定的,系統也不知道對比度什么時候zui大,所以需要來回去移動鏡片來尋找:
而相位對焦,是通過尋找像差zui小的點;物體的某一個點會從各個方向發出光線通過鏡片成像到snesor上面去,只有當不同方向的光線成像落到sensor的同一個位置的時候才是像差zui小的時候:
上圖中,紫色是物體的一個點,黃色是sensor即成像面,1號藍色鏡片離sensor太遠,上下兩條光線所成的像沒有重合;2號藍色鏡片和snesor的距離合適,上下兩條光線所成的像重合了沒有相差,所以對焦成功;3、4號藍色鏡片離sensor的距離太近了,上下兩條光線所成的像沒有重合,但是和1號不同的是相差的方向是不一樣的
相位對焦通過額外的裝置或者特殊的像素點判斷成像相差的情況(上圖用紅色和綠色表示),從而可以知道鏡片該怎么移動,該往哪個方向移動該移動多遠都可以知道,所以對焦的時候就不需要盲目的來回去移動鏡片了
通過以上的了解,我們知道了兩種對焦方式的區別了,簡單來說相位對焦快、反差對焦慢,但是相位對焦實現復雜需要額外的相位檢測裝置或者對sensor的pixel進行重新設計,并且對光線的要求比較高,而反差對焦則實現較簡單,只需要通過算法去判斷對比度就行了,并且對光線的要求不是那么高
目前來說,只要使用了相位對焦都會保留反差對焦進行補充,所以叫做混合對焦。