相机是如何自动对焦的?

作者: Frions

来源: 中科院物理所

发布日期: 2023-07-14 14:03:54

本文介绍了相机自动对焦的两种主要算法:反差对焦和相位对焦。反差对焦通过改变镜头与传感器之间的距离找到成像最清晰的位置,而相位对焦则通过传感器上的相位对焦检测点成像的偏差量来计算对焦方向。两者各有优缺点,反差对焦准确但较慢,相位对焦快速但可能影响画质。

相机替我们记录下生活的美好瞬间,但你知道它是怎么对焦的吗?自动对焦也有很多门道呢。目前自动对焦的算法主要有两种:反差对焦和相位对焦。大部分手机的自动对焦用的是反差对焦,顾名思义,就是改变镜头与传感器之间的距离,通过地毯式地搜索找到成像最清晰,对比度最高的那个位置。这种对焦方法相对精准,但耗时较长,而且在合焦位置附近会有“拉风箱”一般的往复推拉。

另一种对焦方式是相位对焦,不同厂商的具体实现光路其实不太一样,不过思路都大同小异。首先在传感器上选取一些像素作为相位对焦检测点,这些检测点分成两批子像素,在微透镜的作用下会成两个像。这两个像如果基本相同,就说明现在已经对上了焦,如果子像素A成的像比子像素B偏左,那就说明当前镜头与传感器的距离过远,需要让镜头靠近传感器。这样我们就可以用成像的偏差量反算出该朝着哪个方向移动镜头来对焦。

这种算出来的对焦方式比反差对焦的摸瞎式对焦要快很多,不过由于部分像素被用来测焦,它多少会对最后的成像画质造成影响,这对厂家也是一种研发实力的考验。比如改进后的全像素双核相位对焦方案,就把这两批子像素合二为一放在一个像素块里,这样在最终成像时就能减少有效像素的损失。总结一下,反差对焦是找焦点,准确但较慢,相位对焦是算焦点,快但会损失画质。

它们都是在不知道物体离镜头有多远时所采用的被动的对焦方式,大部分厂家也会兼顾两者的优势采用混合对焦,也就是先用相位对焦粗略地算出焦点,再把镜头推到附近用反差对焦仔细对一遍。

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