[相机原理]单反与手机是如何实现对焦的？——相位对焦的原理

对焦原理之相位对焦。
    这篇博客介绍相位对焦，其余两种对焦方式请关注博客。激光对焦    反差对焦

相位对焦【PDAF】- Phase Detection Auto Focus：
   什么是相位对焦？相位差对焦源自单反相机，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。相位对焦技术在数码相机领域应用已经十分成熟，在智能手机领域则仍处于起步阶段。

[原理]
   相位检测对焦系统构造相对复杂，通过分离镜头和线性传感器将图像分离出2个图像，然后通过线性传感器检测出两个图像之间的距离。

单反中的实现:

   这套系统里面的关键就是画红圈的遮光板，入射光线通过遮板上的两个小孔之后分别被二次结像镜片重新聚焦在最末端的检测线上（绿色线）。如果你把光路反过来看的话，这个遮光板会在镜头的光圈上形成一个投影，这个投影就是所谓的虚拟光圈（上图红色线）。本来你的光圈是如下图左边所示，加了遮光板之后，从检测线的角度来看你这个镜头的光圈就变成了右边的效果：

微单中的实现:
   了解了单反对焦系统的光学结构之后，很容易想到一个问题：微单里是不可能装一套类似的光学系统进去的。实际上单反对焦系统的多数组件光程都比CMOS还长，也就是说你真要完整复制到微单里的话，这些东西必须放到CMOS背后很远的地方。那么微单是怎么对焦的呢？简单来说，单反的遮光板相当于是在光圈上抠出了两个小孔，在检测线上实现比较清晰的成像，而微单则是用CMOS表面微棱镜结合遮挡一半像素/把像素一分为二等手法，直接把光圈切割成了左右两半：

手机中的实现:
  由于手机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，手机上的相位对焦则是直接将自动对焦传感器与像素传感器直接集成在一起，于是人们直接在CMOS（感光元件）上留出一些成对儿的遮蔽像素点来进行相位检测,即从像素传感器上拿出左右相对的成对像素点，分别对场景中的物体进行进光量等信息的检测，通过比对左右两侧的相关值情况，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，便会迅速找出准确的对焦点，之后镜间马达便会一次性将镜片推动到相应位置完成对焦。

  在讨论PDAF功能的时候，大部分情况下我们都会声称通过该功能模组能够知道当前被摄物的距离。其实我们并非物理上知道被摄物的距离，而是通过左右shield pixel之间的差异来将被摄物映射到镜头移动距离中的某个位置。系统在进行对焦的时候，需要将检测到的相位差(phase difference)转换为离焦率(Defocus Value)，这个转换过程应用到的表单数据称为DCC(defocus conversion coefficient)。这个转换过程应用到的表单数据称为DCC(defocus conversion coefficient)离焦转换系数。

[优缺点]
  相位式对焦是通过相位检测的线性信号来判断当前的焦点位置是靠前还是靠后，并且准确的告诉镜头驱动模块，应该将镜片向哪个方向移动。而且在准确焦点位置的时候，相位检测系统可以准确的知道当前已经处于合焦状态。不需要再重复来回移动对焦镜片组。所以在速度上会比反差式对焦要快很多。

但是，在实际拍摄中还是会出现反复对焦、难以对焦的状况。这主要就是拍摄光亮和景物反差的缘由所导致的。 相位式对焦也是被动式的对焦方式，是靠光线反射进镜头。然后传送到相应的部件上去进行识别，然后驱动对焦模块如何工作的。那么当光线弱、光线不足的情况下，对焦速度和性能会明显下降。（注意，对焦点只是采样只是焦点范围内一小部分区域的光线。也许此时你整个画面很明亮），感光器根本就无法做判断，就会出现难以对焦的局面。
  对于单反而言，相位对焦虽然在对焦速度上较有优势，但是在对焦精度上却受限颇多。因为由镜头进入的光通过半反射镜，再经过折射到达对焦传感器。因此，传感器的位置要非常精确。此外，由于温度的升高或降低，机内材料会发生膨胀或伸缩，因此到AF传感器的光路长会发生变化，对焦成功率会受到影响。
  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。

参考链接：什么是反差式对焦？什么是相位对焦？学完你也可以是大师