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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    发表于2018.06.02 09:55:06
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    发表于2018.02.26 11:56:41
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    发表于2017.07.08 06:29:01
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    发表于2016.01.05 19:37:18
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    发表于2015.09.19 03:26:43
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    发表于2015.07.25 09:16:46
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    "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.***
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    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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    发表于2015.05.24 19:20:31
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    发表于2015.05.24 08:51:11
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    123.156.***.***
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    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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    发表于2015.05.23 11:59:28
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    122.013.002.***
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