聊聊手机摄像头的对焦
夏昆冈 于 2015.05.20 00:41:20 | 源自:www.soomal.com | 版权:原创 | 平均/总评分:09.10/282

在满足了基本的画质需求后,手机厂商逐渐在改善对焦方面的体验,更快的对焦毫无疑问的会提升整体的拍摄体验,更好的对焦性能是“易用性”的重要组成部分。在市场营销方面,快速对焦也是强有力的卖点。所以有追求的厂商会想着法子的提升对焦性能。

反差式对焦

现在绝大部分手机采用的对焦方式就是反差式。反差式对焦也是目前微型单电、一体式数码相机的主要对焦方式,我们之前撰写过《快速反差对焦的秘密 》[作者:夏昆冈 ] 一文,可以参考。

反差式对焦的基本原理获取一串图像后判断反差最大的一帧,即为合焦帧,合焦帧对应的点,即焦点。原理很简单,但要实现高速,需要软硬件结合。首先,它需要感光器的采样帧率尽可能的高,其二,对焦马达的相应速度也需要足够的快,要和感光器的采样帧率配得上,第三,算法也很重要,优秀的算法可以提供尽可能最优化的效率。

从索尼IMX214感光器起,我们明显的感觉到了基于该款感光器的手机对焦性能整体性的进步,这部分进步,主要来自于感光器采样帧率的提升。而在众多IMX214机型当中,对焦性能也是参差不齐的,而这部分的差别,可能来自于配套的对焦马达效率不够或者算法优化有问题。

反差式对焦的核心技术其实不在手机厂商手中,基础的性能其实由上游厂商控制,变成了我有大家都有的一种技术共享局面,大家都有的技术,意味着——不值钱。从技术角度说,反差式对焦确实也是一种廉价的对焦手段。

相位差对焦

相位差对焦源自自动单反相机,自动单反相机中有一个AF对焦传感器,当影像投影到对焦传感器的多个传感单元上时,通过监测各种投影的偏移量来推测是否合焦,合焦正确的情况下,各单元的投影位置是一致的,这种通过偏移量或相位来检测对焦的方式叫做相位差对焦,或简称相位对焦。

相位对焦需要单独的传感器,但技术并非一成不变,在若干年前,就出现了将传感器植入感光器的技术,经过多年发展,这项技术也出现在手机摄像头当中。最早采用相位对焦的手机大概是三星的Galaxy S5,没多久,iPhone 6系列也登场了,也采用了相位对焦技术。新近发布的一票手机,采用相位对焦技术的也越来越多。

这里得重点声明一下,手机上不存在纯粹的相位对焦,准确的说是相位和反差式的混合对焦,基本上都是相位实现粗略对焦,而反差对焦进行精调。

为什么混合对焦越来越受欢迎,很大程度上还是因为高速优质的反差对焦性能尚未移植到手机,采样纯反差对焦的松下微型单电机型,速度就快得惊人,但这样的性能暂时无法移植到手机当中,所以给了这种混合对焦方式机会,相比目前手机上的反差对焦性能,这种对焦方式对性能的提升是显著的。和反差式对焦相似的是,混合对焦的基础性能同样是感光器厂商控制,因此也会出现一荣俱荣的格局。

激光对焦

LG G3有个特别的卖点,就是激光对焦。在摄像头旁边有个暗红色的半透明发射窗口,当对焦时,里面会发射出测距激光。原理非常简单,通过测距激光,快速的定位焦点,实际使用中,G3对焦速度并非虚言,它提供了手机中一流水平的对焦体验。这种对焦方式不依赖于感光器厂商的技术进步,技术上具有很强的独立性,但或许是成本的问题,没有任何普及的趋势。

三角测距对焦

华为荣耀6 Plus具有后置双摄像头设计,在其官方文案中,称“利用双摄像头和对焦物体之间三角测距原理”,可以实现0.1秒的快速对焦。实际表现却是谁用谁伤心,对焦缓慢是很多荣耀6 Plus用户共同的吐槽点。说真的,我们不了解荣耀6 Plus三角测距的具体实现步骤,说不定他们的工程师也不了解。

迷一样的对焦速度

关于对焦速度,iPhone 6系列、Galaxy S5、LG G3 这样采用了“非主流”对焦方案的机型是目前的第一梯队,而继续新型高速感光器的机型,例如iPhone 5S、一大票IMX214机型等,是第二梯队。这个是长期使用的大致总结,没法数据量化。也正因为量化不易,结果就是吹牛可以不打草稿。我们看到多个厂商打出0.3秒极致对焦这样的描述,很快0.1秒的那个谁来了一个全秒。笑笑就好。

预对焦

预对焦是什么?预对焦就是在预先对焦,即用户按下快门之前,系统自动完成对焦工作。预对焦对于拍摄体验的改善至关重要,真正做好的手机寥寥无几,并不是简单的自动完成一次对焦那么简单。什么时候启动预对焦,需要正确的判断场景是否变化,手机稍稍换个角度,场景就变了,正确的做法是应该及时的自动重新对焦,而不是等待用户来干预。在实际使用中,我们会经常稍稍的改变一下构图,这种情况下,很多手机会判断失误,以为场景没变化因此不做出反应,而菜鸟级用户也不懂这种情况下需要手工干预一下,结果导致对焦失败。还有一种简单粗暴的预对焦方式,就是不管场景是否变化,都在不停的以一个固定频率重新对焦,这种方法不可取,太粗暴,也不人性化,实际使用中还会带来很多麻烦。

预对焦做得比较好的iPhone,在大部分典型拍摄中,iPhone可以自行处理对焦过程,用户只需要按快门。而预对焦,往往是国产品牌最容易忽视的地方,因为这部分真需要大量的技术投入,远没有拼参数拼指标拼功能来得痛快。

一些辅助的对焦手段

手机中还常有一些其他的对焦方式,例如人脸识别、自动动体追踪等,有的还加入了手工对焦,目前这些辅助的对焦手段实用性都不是很强,但可以作为发展方向研究。

对未来的一点看法

代表当前一流对焦性能的几款手机,很快将不再寂寞,混合对焦会随着新款的感光器普及下去,届时手机又将迎来一次整体性的对焦性能提升,当然,我们也将看到某些厂商吹牛水平的提升。但这种级别的性能普及后,会有越来越多的用户会觉得卡片机越来越没使用价值。而手机拍照的乐趣会更进一步的被挖掘,一些需要快速对焦性能的题材会越来越适合用手机拍摄,例如人文摄影。我们对未来也寄予更多智能化的期待,我们希望拍摄能与大数据连接起来,让拍摄更高效更有乐趣,这个话题我们将来会着重讨论。

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110.184.***.***
110.184.***.***
"我们希望拍摄能与大数据连接起来,让拍摄更高效更有乐趣"
---这句有点意思
发表于2015.06.01 15:45:59
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202.170.131.***
202.170.131.***
发表于2015.06.01 15:23:11
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发表于2015.05.28 23:16:30
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发表于2015.05.25 22:45:27
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042.234.042.***
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发表于2015.05.24 19:20:31
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221.218.216.***
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发表于2015.05.24 08:51:11
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123.156.***.***
123.156.***.***
感觉所有手机里,吹牛的很多,但论实力,拍照对焦最好的还是苹果手机。
发表于2015.05.23 12:49:53
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140.207.185.***
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发表于2015.05.23 11:59:28
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122.013.002.***
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发表于2015.05.23 08:18:37
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111.161.114.***
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发表于2015.05.23 03:52:26
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三角测距没猜错的话应该还在那七成里面.
等过个十年八年把这技术研发至百分之百时无论画质还是速度要吊打这几台第一梯队的机子绝对没问题!2333
发表于2015.05.21 22:17:13
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发表于2015.05.21 17:01:57
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实际上康泰时G系列和柯尼卡巧思都应用过类似的红外线测距对焦,这里把红外线换成激光,大意应该差不多。另外有宝丽来拍立得的超声波对焦,这些都是主动对焦方式。

主动对焦比起相位、反差这类被动对焦孰优孰劣?数毛也说过这是个系统性问题,所以采取什么方式倒不是问题,能不能把系统做好才是关键。就连华为的三角测距也是一样——旁轴相机的黄斑测距说白了就是三角测距原理,理论上这种方式精确度和速度都不是问题,但从手动变成程序自动就有个技术转化的门槛,显然华为没有做好。

以前的超声波或红外线相机面对玻璃窗都会很纠结,激光的话凝聚力、穿透性应该更好,可能不存在上述问题,只是没试过,不知道究竟怎么样。

总之,索尼大法确实好……手机作为高度集成的电子设备,在对焦上占据太多资源反而是本末倒置了,还不如化繁为简靠传感器技术提高包打天下。
发表于2015.05.21 15:48:53
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发表于2015.05.21 15:08:48
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