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OPPO: 手機拍照技術知多少,對焦系統有哪些區別?

作者:     來源:     日期:2016-11-17

[摘要]  
   目前市面上手機在拍照方面都有了很大的提升,特別在畫質上,由于鏡片研磨技術和傳感器技術的提升,傳感器能在增大面積之余,還能做得更加薄,使攝像頭的體積變得更小了。但本次要說的是攝像頭的另一個很重要的功能:對焦
 
[正文]    

   目前市面上手機在拍照方面都有了很大的提升,特別在畫質上,由于鏡片研磨技術和傳感器技術的提升,傳感器能在增大面積之余,還能做得更加薄,使攝像頭的體積變得更小了。但本次要說的是攝像頭的另一個很重要的功能:對焦。

OPPO: 手機拍照技術知多少對焦系統有哪些區別?

   手機的對焦技術發展路線肯定是單反產品上逐漸下放的,當然也會有專門針對手機產品而開發的技術,但基本上,用相機上的功能下放技術來形容,也是總體的情況了。

OPPO: 手機拍照技術知多少對焦系統有哪些區別?
 

   而目前市面上的手機所搭載的傳感器基本上都已經更新,并且在對焦上擁有了很大的改進(相比2015年),那么,我們來給大家科普一下目前市面上最常見的幾種用于手機上的對焦技術吧。

1、反差式對焦

   反差對焦,是通過找對焦區域對比度最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最大,所以需要來回去移動鏡片來尋找。因此我們會發現,使用反差對焦時,鏡頭的對焦動作會有一個來回對焦的過程。這也是反差對焦耗時較長的最大原因。

OPPO: 手機拍照技術知多少對焦系統有哪些區別?

   如上所示,圖像的清晰度最高的時候是對比度最大的時候同時也是像差最小的時候。反差對焦就是通過找對焦區域對比度最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最小的點作為對焦準確的點。所以,反差對焦由于對焦速度慢,在相位對焦的出現后,就被不斷的取代,到現在,90%手機都已經淘汰了反差對焦,轉用速度更快的相位對焦技術。

2、相位對焦

   相位對焦,是通過遮蓋一個完整的像素,并制造成多個相位檢測點,以此尋找像差最小的點來進行對焦。這里簡單解釋一下,物體的某一個點會從各個方向發出光線通過鏡片成像到sensor上面去,當不同方向的光線成像落到傳感器的同一個位置的時候,像差最小,就會被判定為合焦。

OPPO: 手機拍照技術知多少對焦系統有哪些區別?


   例如,上圖中紫色是物體是一個對焦點,黃色是到達傳感器的焦平面,當藍色鏡片離傳感器太遠,上下兩條光線所成的像沒有重合;2號的距離合適,上下兩條光線所成的像重合了沒有像差,所以對焦成功;3、4號距離太近了,上下兩條光線所成的像沒有重合,但是和1號不同的是像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(圖中用紅色和綠色表示),因此,控制對焦鏡片的程序就會控制鏡片回到2號的位置,完成對焦。這就是相位對焦的工作方式了。這使對焦采樣過程省略了計算峰值的步驟,不僅降低處理器運算的負荷,也令拍攝視頻時追焦效果更好。

3、混合對焦

   混合對焦方式有兩種,一種是iPhone6使用的反差+相位的方案(6s的時候就舍棄了,轉為性能更強的相位對焦),另一種是相位+激光對焦的方案,這是之前OPPO R7 Plus的對焦方案。

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   先來說說反差、相位、激光三者之間的優勢與不足。就如上圖所說,沒有完美的技術,只有不同的側重點。但是,相位對焦經過好幾代的更新,對環境光線強度的依賴已經有了很大的改善;而反差對焦也因為處理器的性能不斷提升,速度也有了明顯的提高(當然,發熱也明顯了)。激光對焦也經過改造激光元件,提升了攻率,相應速度和激光范圍也有更大的效率了。當然,這里也只是說說產業情況,不代表實際使用體驗。

OPPO: 手機拍照技術知多少對焦系統有哪些區別?
 

   再說iPhone6的混合對焦,可以說,iPhone6是首臺搭載了相位對焦技術的iPhone,也是蘋果首個混合對焦,傳感器毫無懸念的使用索尼定制的傳感器,由于當時相位對焦技術并不完善,對焦依然需要反差對焦作為輔助。也因為蘋果在軟件優化上確實了得,混合對焦的方式確實加快了對焦的速度。只是到6s開始,相位對焦技術已經相當完善,即使沒反差對焦輔助,一樣擁有超越iPhone6的對焦速度了。

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   OPPO R7 Plus使用了混合對焦方案,采用激光對焦、反差合一的混合方式。反差對焦雖然存在著反復對焦檢測峰值的問題,但是,加入激光對焦后,能夠有限的縮小了檢測范圍,使對焦速度有效的加快。因此,R7 Plus擁有當時足夠快對焦速度,而且,對焦準確程度也足夠高。但是,差不多一年后,三星使用上了全像素雙核對焦而輕松穩坐了對焦速度之王的寶座。

4、全像素雙核對焦

   全像素雙核CMOS AF通過圖像感應器相差檢測自動對焦可實現高速對焦。原理和相位對焦一樣,但不一樣的是:全像素指的是使用了完整的一個像素,并采用兩個完整的像素合并,形成一個對焦井,最終結果就是把所有對焦點,兩兩合并,使傳感器上所有像素元件都做成對焦點。


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   所以,能夠在不遮蓋任何像素的前提下有效完成相對差檢測,而且對焦偵測系統被分布到每一個像素,因為每個檢測點的進光量都增大了2倍,所有對焦精度和速度都會有相應的提升,無需犧牲成像像素,對焦的有效范圍也更廣,可謂是一舉兩得。

5、雙核對焦

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   雙核對焦來自于索尼最新的IMX398傳感器,但與全像素雙核方案并不一樣,全像素雙核對焦是整個傳感器所有像素點均為雙核設計,也就是說,所有光電二極管都是兩兩并列,使用同一個透鏡和井容器。而雙核對焦并不是這樣。

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   從OPPO給出的官方資料顯示,IMX398的雙核對焦確實一樣有雙像素并列結構,但并不是全部像素都使用了這個結構,而是在傳感器上的中間和邊緣分別作了4個雙核對焦集從。這8個集從里面,每個集從擁有16個(圖中的黃色L/R標識),共128個雙核對焦點。雙核對焦覆蓋區域也如上圖黃色部分所示。

   這個設計從理論上來說,是可以通過8個集從的對焦信息收集,并進行協作運算,獲得接近三星全像素雙核對焦的高速性能。而且,相比全像素都采用雙核,IMX398這種結構在更容易保證畫質,畢竟有更多專門獨立收集信息的光電二極管。所以,在畫質上,IMX398確實是有優勢的。

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   另一方面,雙核對焦和PDAF相位對焦有什么不一樣?首先PDAF所使用的相位對焦點是通過單個光電二極管遮蓋一半,利用單個像素點來獲得像差信息進行相位檢測對焦的。因此,雙核對焦使用完整的兩個像素進行對焦檢測,比PDAF整整大了4倍的通光量。這就是雙核對焦速度比PDAF快了100%的原因。

總結:

   對于拍照來說,如果日常需要輕松得到更清晰的照片的話,大家只要認準擁有全像素雙核對焦功能的三星S7系列手機和OPPO R9s兩款產品選購即可。

   (新聞稿 2016-11-17)


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