和拍照發(fā)虛說拜拜 淺析雙核對焦技術(shù)

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。