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      和拍照發(fā)虛說拜拜 淺析雙核對焦技術(shù)

      2016-12-16 07:31:53
      電腦愛好者 2016年22期
      關(guān)鍵詞:雙核像素點(diǎn)焦點(diǎn)

      在光線昏暗或是拍攝運(yùn)動(dòng)物體,又或是隨手抓拍的過程中,手機(jī)記錄下來的畫面經(jīng)常是發(fā)虛的。究其原因,手機(jī)對焦速度不夠快總是逃不脫干系。為此,手機(jī)的對焦技術(shù)也在不斷革新之中,繼我們熟悉的反差、激光、相位對焦之后,一項(xiàng)名為雙核對焦的技術(shù)再度來襲。

      反差對焦的耗時(shí)尷尬

      每一款手機(jī)攝像頭都支持反差對焦,它的基本原理是由攝像頭模組內(nèi)的音圈馬達(dá)反復(fù)推動(dòng)鏡頭,不斷伸縮以尋找到對焦點(diǎn)與環(huán)境有顏色反差的邊緣,從而判斷用戶此次想要拍攝的對象在哪里。

      問題來了,如果我們要拍攝的對象顏色和背景色非常接近,那就會出現(xiàn)對不上焦的問題。此外,由于反差對焦的過程中鏡頭需要反復(fù)伸縮全程數(shù)次(專業(yè)名詞叫“反復(fù)震蕩”)才能找到對焦點(diǎn),耗時(shí)相對很長,也因此容易失去捕捉精彩瞬間的機(jī)會,或是出現(xiàn)照片發(fā)虛的問題(圖1)。

      激光對焦望遠(yuǎn)興嘆

      想解決反差對焦總是需要反復(fù)推動(dòng)鏡頭這種物理位移尋找對焦點(diǎn)的繁瑣,提前預(yù)知對焦點(diǎn)位置,再控制音圈馬達(dá)直接捕捉對焦點(diǎn)就是最佳解決方案。于是,通過激光輔助對焦的技術(shù)便出爐了。

      簡單來說,激光對焦就是在攝像頭旁邊加入激光發(fā)射器,借助激光的超高速和反射原理,可快速鎖定對焦物體的距離,從而讓鏡頭一步到位移動(dòng)到指定的位置完成拍攝過程(圖2)。激光對焦除了速度快外,在弱光或純色環(huán)境下適應(yīng)性最強(qiáng)??上?,激光對焦存在嚴(yán)重的距離限制,通常超過2米的距離,激光對焦就會失效,手機(jī)攝像頭也會自動(dòng)切換到反差對焦的模式,只能“望遠(yuǎn)興嘆”。

      相位對焦及時(shí)補(bǔ)位

      考慮到激光對焦存在距離限制,于是基于CMOS傳感器的相位對焦技術(shù)便順應(yīng)接班。相位對焦的基本原理是在感光元件上預(yù)先設(shè)定多組對焦像素,專門用來進(jìn)行相位檢測,通過像素之間的距離及其變化判斷對焦的偏移值,從而通知音圈馬達(dá)將鏡頭直接推向準(zhǔn)確對焦點(diǎn)。

      需要注意的是,相位對焦技術(shù)的每一個(gè)對焦像素都是由屏蔽了1/2面積的像素點(diǎn)構(gòu)成。其中,左側(cè)的像素點(diǎn)只負(fù)責(zé)拍攝左側(cè)的圖像,而右側(cè)像素點(diǎn)則僅負(fù)責(zé)右側(cè)的圖像(圖3),系統(tǒng)通過對比(合成)左右圖像來判斷焦點(diǎn)的位置。

      和反差對焦相比,相位對焦的最大優(yōu)勢就是快,但依然存在弱光下容易失效的遺憾。在“沒有最快,只有更快”理念的鞭策之下,相位對焦的接班人——雙核對焦技術(shù)也在手機(jī)領(lǐng)域現(xiàn)身了。

      雙核對焦快上加快

      雙核對焦的基本原理和相位對焦相似,只是它重構(gòu)了對焦像素的組合方式:讓對焦像素不再分散排布,而是緊挨在一起,而且不再屏蔽1/2的面積(圖4)。如此一來,雙核對焦技術(shù)就能通過左右2個(gè)完整的像素點(diǎn)進(jìn)行對焦。

      如果將對焦像素比作人眼,那相位對焦就像是通過2對被遮住一半視線的眼睛來進(jìn)行對焦,每對眼睛都會失去50%的取景范圍和進(jìn)光量,最終將2對眼睛看到的畫面進(jìn)行合成對比進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最終的對焦(圖5)。

      而雙核對焦,就像是直接通過1對完整的眼睛來進(jìn)行對焦,視野范圍和進(jìn)光量都能在相位對焦的基礎(chǔ)上翻倍(圖6)。如此一來,不僅可以明顯提升對焦速度,還能有效解決在光線不足或移動(dòng)拍攝的情況下拍照容易發(fā)虛的問題。

      雙核對焦技術(shù)的分類

      雙核對焦技術(shù)最早出現(xiàn)在佳能7D mark2和70D等相機(jī)身上,而手機(jī)領(lǐng)域首度引入這個(gè)概念的則是三星旗下的Galaxy S7家族。需要注意的是,Galaxy S7的攝像頭(IMX260傳感器)采用了“全像素雙核”,其1200萬像素傳感器中的每一個(gè)像素點(diǎn)都內(nèi)置2個(gè)光電二極管,而且都能用于對焦(圖7)。換句話說,Galaxy S7的傳感器擁有1200萬個(gè)對焦像素。

      OPPO R9s則是手機(jī)領(lǐng)域第二款引入雙核對焦概念的產(chǎn)品。和Galaxy S7的“全像素雙核”不同的是,R9s屬于“部分像素雙核”,其內(nèi)置的IMX398傳感器中大概有90萬個(gè)像素用于對焦。

      這兩種雙核對焦方案談不上孰優(yōu)孰劣,雖然Galaxy S7使用的IMX260傳感器對焦像素更多,但它的像素卻只有1200萬像素,限制了拍攝照片的最高分辨率。而OPPO R9s的IMX398傳感器雖然對焦像素偏少,但它的像素值卻達(dá)到了1600萬像素,在很多消費(fèi)者都習(xí)慣以“像素值論英雄”的大環(huán)境下,這種更高像素的雙核傳感器顯然更具噱頭。

      小結(jié)

      毫無疑問,在手機(jī)整體性能趨于飽和的今天,更高端處理器僅能換來理論跑分成績的提升,對實(shí)際體驗(yàn)的影響卻逐漸減低。此時(shí),更持久的續(xù)航時(shí)間、更高品質(zhì)的拍照效果就成為了智能手機(jī)差異化突圍的方向。不知道在雙核對焦之后,未來還會有哪些能進(jìn)一步改善手機(jī)拍照潛力的技術(shù)出現(xiàn)呢?讓我們拭目以待吧。

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