首先先來簡單講一下定義。

相位對(duì)焦（Phase Detection Auto Focus，縮寫* PDAF*）是一種基于光學(xué)相位差檢測的自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)，其核心原理是通過分析光信號(hào)的相位差異快速定位焦點(diǎn)位置。

z 相位對(duì)焦概述

相位對(duì)焦的工作原理實(shí)際上和人的雙眼有點(diǎn)像。

人在通過雙眼觀看事物的時(shí)候，會(huì)通過兩只眼睛同時(shí)觀察，通過兩只眼睛看到的像差來判斷事物的遠(yuǎn)近。

相位對(duì)焦的工作原理也有點(diǎn)類似。

在相位對(duì)焦時(shí)，主要的工作步驟可以分為分光——計(jì)算相位差——移動(dòng)鏡片對(duì)焦。

接下來，我們就來詳細(xì)講解一下。

a 光路分離和傳感器接收

在光線通過鏡頭射入相機(jī)時(shí)，會(huì)經(jīng)過鏡頭內(nèi)的特殊透鏡，這種透鏡會(huì)將入射光分為兩部分。

實(shí)際設(shè)計(jì)中，可能會(huì)通過分光鏡、感光元件上的遮蔽像素點(diǎn)或?qū)Ｓ孟辔粰z測傳感器實(shí)現(xiàn)。

雖然這些光線來自相同場景，但是會(huì)由于傳輸路徑不同，產(chǎn)生細(xì)微的相位差（從成像效果上看，相位差體現(xiàn)為成像時(shí)不完全重疊），這兩束光線分別投射到傳感器不同區(qū)域，形成兩個(gè)獨(dú)立成像點(diǎn)。

（合焦?fàn)顟B(tài)下無相位差，如下：）

b 相位差計(jì)算和移動(dòng)鏡頭

在上一步中，我們已經(jīng)通過分光，得到了兩束不同的光線。這兩束光線分別投射到傳感器不同區(qū)域，形成兩個(gè)獨(dú)立成像點(diǎn)。當(dāng)未合焦時(shí)，兩束光線的成像位置會(huì)存在偏移（相位差）：

得到相位差后，系統(tǒng)通過計(jì)算，直接確定鏡片需要移動(dòng)的方向和距離。對(duì)焦馬達(dá)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，一次性驅(qū)動(dòng)鏡片至目標(biāo)位置，避免反復(fù)調(diào)整。

事實(shí)上，如果需要更精確的對(duì)焦，這里還會(huì)使用CDAF進(jìn)行微調(diào)。

我們把動(dòng)圖放出來，可以看看對(duì)焦的過程。

02 相位對(duì)焦的特點(diǎn)和局限性

a 優(yōu)點(diǎn)

先說說相位對(duì)焦的優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)焦速度極快。正如上文所述，相位對(duì)焦僅需單次計(jì)算即可完成對(duì)焦，適合拍攝動(dòng)態(tài)場景（如運(yùn)動(dòng)、野生動(dòng)物等需要快速合焦的場景），在光線充足時(shí)對(duì)焦速度可達(dá)毫秒級(jí)。

處理器負(fù)擔(dān)小。相位對(duì)焦僅需單次計(jì)算，（相對(duì)CDAF）無需逐幀分析對(duì)比度，減少算法計(jì)算量，提升系統(tǒng)的性能、降低相機(jī)功耗。

連續(xù)追焦能力強(qiáng)。在視頻拍攝或連拍模式下，相位對(duì)焦可實(shí)時(shí)追蹤移動(dòng)物體，保持焦點(diǎn)穩(wěn)定。

b 局限性

當(dāng)然，相位對(duì)焦也有自己的局限性。

弱光環(huán)境表現(xiàn)差。如上文所述，相位對(duì)焦時(shí)需要將光線一分為二成像后計(jì)算相位差，因此這種對(duì)焦方法依賴足夠的光線強(qiáng)度，在暗光或低對(duì)比度場景下可能出現(xiàn)對(duì)焦失敗或延遲。

硬件復(fù)雜度高。相位對(duì)焦需專用傳感器或遮蔽像素設(shè)計(jì)，增加制造成本和傳感器面積占用。這也體現(xiàn)在產(chǎn)品的價(jià)格上。

c 應(yīng)用場景

由于相位對(duì)焦在強(qiáng)光下對(duì)焦速度快、連續(xù)追焦能力好，一般用于體育賽事、野生動(dòng)物拍攝等需要快速捕捉瞬間動(dòng)作的高速攝影中。

同時(shí)，由于相位對(duì)焦的連續(xù)追焦能力好，也常用于在動(dòng)態(tài)視頻中實(shí)現(xiàn)平滑追焦，避免出現(xiàn)畫面模糊。

03 相位對(duì)焦VS反差對(duì)焦

接下來，我們對(duì)比一下相位對(duì)焦和之前提到的反差對(duì)焦兩種對(duì)焦方式。

04 技術(shù)發(fā)展方向

雖然同樣都是相位對(duì)焦，隨著科技的發(fā)展，也逐漸有了更多的發(fā)展。

不過核心目標(biāo)，都是通過增加對(duì)焦時(shí)使用的像素?cái)?shù)量。

例如常用在部分手機(jī)、相機(jī)上的全像素雙核對(duì)焦（DPDAF）技術(shù)，就是通過將每個(gè)像素拆分為兩個(gè)獨(dú)立感光單元的方法，來將對(duì)焦范圍覆蓋全畫幅傳感器，顯著提升對(duì)焦精度和速度。

除此之外，通過和其他對(duì)焦系統(tǒng)進(jìn)行混合對(duì)焦、通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測物體運(yùn)動(dòng)軌跡提高對(duì)焦成功率，都是未來的技術(shù)改進(jìn)點(diǎn)。

05 總結(jié)

簡單總結(jié)一下。

相位對(duì)焦靠計(jì)算，一步到位對(duì)好焦。

光線入射一分二，分別成像看差距。

兩像重合為合焦，如有差距為相差。

通過相差算距離，根據(jù)距離鏡片移。

光線強(qiáng)時(shí)對(duì)焦快，連續(xù)對(duì)焦效果好。

弱光環(huán)境效果差，特殊構(gòu)造成本大。

對(duì)焦技術(shù)有千秋，合作使用才最優(yōu)。