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你的手机对焦能这么快全靠这些高科技

12月02日 16:48 德阳手机网

上个月我曾经写了一篇有关补光灯的科普文章,给大家分析了氙气闪光灯越来越少背后的原因。其实这两年伴随拍照水平的整体上升,另外一项原本没什么人留意的功能受关注程度也跟着越来越高。它就是摄像头的对焦模块。

你的对焦这么快全靠这些高科技

早些年人们在使用智能拍照的时候,恐怕很少有人会留意摄像头是如何对焦的。简单的点击屏幕看着摄像头自己对焦完成然后咔嚓一张照片就完事儿了。只是最近一两年,对焦速度这个词才逐渐浮出水面,0.5秒、0. 秒、0.1秒甚至0.0 秒什么的“极速对焦”一下子全出来了,让消费者感觉莫衷一是和一头雾水。

如今的发布会上对焦速度这参数必不可少

下面我就给大家详解一下当前主流的几种摄像头对焦模式,至于各自的对焦时间,抱歉,我摆明了说我测不出来。不过我这里提示一下大家,厂商在发布会或者产品文案上宣传的所谓对焦速度,大家看看就好,实际拍摄的时候制约对焦速度的因素太多,这一点我们后面会有提及。

我们先来说一下相对原始一些的对焦方式——反差对焦。反差对焦的原理是根据焦点处画面的对比度变化,寻找对比度最大时的镜头位置,也就是准确对焦的位置。

反差对焦工作原理(gif动图来源)

我们以拍摄一枚硬币为例,最开始画面是虚焦的状态,随后镜头移动,人们可以看到屏幕中的硬币逐渐清晰起来。直到某一个位置(合焦状态)硬币最为清晰,但摄像头模组自身是意识不到此时已经合焦完毕的,镜头会继续移动,此时人们会看到硬币又变得模糊。这时摄像头模组才意识到镜头“走过站了”,于是回退至刚才清晰的焦点位置,这样一次对焦就完成了。

对上面gif动图的中文解说(图片来自新摄影)

其实看上面这段话大家也能明白反差对焦的弊端了,没错就是耗时太长。镜头从开始对焦到最后合焦完毕一直不停移动,“走过站”以后的回退进程更是让对焦行程增大,给用户的直观感觉就是对焦速度较慢。此外由于要检测画面对比度的反差,一旦被摄物体与背景色彩趋近(比如在一堵白墙前面拍一张白纸),要想实现合焦就更加困难。

相位对焦:热度最高对焦迅速

从2015年开始人们仿佛开始注意到一个叫PDAF的陌生英文频繁出现,似乎甚么新不带PDAF就显得落伍了一样。其实PDAF也就是更通俗点称呼的相位对焦早在2014年初的三星S5上面就已经出现了。

相位对焦的原理是在感光元件上预留出一些遮蔽像素点,专门用来进行相位检测,通过像素之间的距离及其变化等来决定对焦的偏移值从而实现准确对焦。

专业相机通常拥有独立的对焦传感器(图片来自)

我们知道,传统的单反相机拥有对焦传感器,在反光板背面还有副反光板,副反光板会把从镜头入射的部分光线送到对焦传感器上,通过测距确定焦点,再由系统控制镜头的移动完成自动对焦。而由于摄像头模组高度集成的要求,独立的对焦传感器肯定是放不进去的,因而人们直接在CMOS(感光元件)上留出一些成对的遮蔽像素点来进行相位检测。

相位对焦工作原理(图片来自新摄影)

遮蔽像素点由两个像素成对组成,两个像素通过微透镜各自成像。对焦系统根据判断信号波峰的位置可判断出镜头应该往前还是往后偏移,从而迅速准确合焦。

相位对焦相比反差对焦,行程缩短速度加快(图片来自蜂鸟)

相比反差对焦,相位对焦不需要镜头的反复移动,对焦行程短了很多,对焦过程干净不犹豫。弊端在于,由于需要利用CMOS上的遮蔽像素点进行相位检测,故此相位对焦对光线强度的要求比较高。如果环境光线强度太弱(比如暗光或者夜晚),遮蔽像素点的正常工作很可能遭到影响,对焦精度和速度也会出现问题。

激光/双核对焦:后来居上各有利弊

激光对焦出现的年头也有一些了,只是在最近一年才大面积在国产中看到它的身影。判断一款是否有激光对焦很简单:现在你把用着的反过来,只要看到后置镜头旁边有一块黑色不透明的“天窗”,90%的概率你的支持激光对焦。或者说在暗处打开拍照界面,如果支持激光对焦,你会看到从黑色的“天窗”中发出红光。

激光对焦模块(摄像头右侧)很容易看出来

激光对焦的原理是通过激光传感器向外发射低功率激光,通过计算激光到被摄物体间往返的时间来肯定被摄物体距离镜头的距离,从而实现较为精准和高速的对焦。

激光对焦的优势在于采用了主动测距的方法,所以整个对焦过程被环境干扰的几率很小,也就是说在暗光和夜拍的场合仍然能比较精确地对焦。但缺陷在于激光传感器发射出的激光能量太小,基本超过0.5米就衰减得差不多了,因此对于距离稍远的拍摄对焦没有太大的用处。

另外一个名词——双核对焦是去年下半年才被某厂商炒热的,而这项技术最早成名可不是在领域,而是相机圈子。201 年发布的佳能EOS70D率先使用了双核对焦技术,让这款中端单反一炮打响。顺便说一下,佳能给这项技术起了一长串名字:全像素双核CMOSAF。

佳能EOS70D(201 年发布)率先使用了双核对焦技术

这一技术在圈子的首秀是去年发布的三星S7和S7edge。全像素双核对焦中的每个像素点上散布了两个光电二极管,它比PDAF(相位对焦)强的地方在于,能够在不遮蔽像素的条件下完成相差检测,同时对焦侦测系统在每个像素上面都有分布,所以对焦精度和速度都有提升。

三星S7/S7edge在界率先使用双核对焦技术

三星至于去年底声名鹊起的某厂商新品,它主打的双核对焦并不是全像素,而是通过与索尼定制CMOS,在这款CMOS上专门设置了一些双核对焦点。根据它的官方宣传,这种做法的目的是在对焦快的基础上保证高画质输出。有人问了它和全像素双核对焦谁好?我没有亲自比过也不好妄下定论,只能说两种双核对焦方式即使存在速度差异,那点差距人眼也绝对感觉不出来…

定制生产的索尼IMX 98采用了非全像素的双核对焦

可能大家也发现了,上面提到的这几种对焦方式各有利弊,而偶合的是它们的优劣势基本上互补。所以一些厂商干脆想出了在一部上同时融入多种对焦技术的做法,也就是我们说的“混合对焦”。这种方法比单独使用任意一种对焦方式的效果都要好,但成本显然就要增加了,所以混合对焦现在通常只出现在各家的旗舰产品上面,入门级暂时还“无福消受”。

鉴于此,混合对焦成为不少旗舰的选择

这样一篇科普文大家看后没头晕吧?其实归纳起来现在主流的对焦方式还是三种,双核对焦本身也是相位对焦的一个子分类,但因为被热炒所以就单独拿出来说了。如果大家看完能够对摄像头的对焦方式有新的认知,那我就达到了写这篇科普文的目的了。大家如果有什么想说的,欢迎在下面留言讨论,顺便给这篇文章按个赞。

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