和拍照發虛說拜拜 淺析雙核對焦技術

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

反差對焦的耗時尷尬

每一款手機攝像頭都支持反差對焦，它的基本原理是由攝像頭模組內的音圈馬達反復推動鏡頭，不斷伸縮以尋找到對焦點與環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伸縮全程數次（專業名詞叫“反復震蕩”）才能找到對焦點，耗時相對很長，也因此容易失去捕捉精彩瞬間的機會，或是出現照片發虛的問題（圖1）。

激光對焦望遠興嘆

想解決反差對焦總是需要反復推動鏡頭這種物理位移尋找對焦點的繁瑣，提前預知對焦點位置，再控制音圈馬達直接捕捉對焦點就是最佳解決方案。于是，通過激光輔助對焦的技術便出爐了。

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，在弱光或純色環境下適應性最強?？上?，激光對焦存在嚴重的距離限制，通常超過2米的距離，激光對焦就會失效，手機攝像頭也會自動切換到反差對焦的模式，只能“望遠興嘆”。

相位對焦及時補位

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便順應接班。相位對焦的基本原理是在感光元件上預先設定多組對焦像素，專門用來進行相位檢測，通過像素之間的距離及其變化判斷對焦的偏移值，從而通知音圈馬達將鏡頭直接推向準確對焦點。

需要注意的是，相位對焦技術的每一個對焦像素都是由屏蔽了1/2面積的像素點構成。其中，左側的像素點只負責拍攝左側的圖像，而右側像素點則僅負責右側的圖像（圖3），系統通過對比（合成）左右圖像來判斷焦點的位置。

和反差對焦相比，相位對焦的最大優勢就是快，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——雙核對焦技術也在手機領域現身了。

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，雙核對焦技術就能通過左右2個完整的像素點進行對焦。

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行對焦，每對眼睛都會失去50%的取景范圍和進光量，最終將2對眼睛看到的畫面進行合成對比進而實現最終的對焦（圖5）。

而雙核對焦，就像是直接通過1對完整的眼睛來進行對焦，視野范圍和進光量都能在相位對焦的基礎上翻倍（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拍攝的情況下拍照容易發虛的問題。

雙核對焦技術的分類

雙核對焦技術最早出現在佳能7D mark2和70D等相機身上，而手機領域首度引入這個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像素點都內置2個光電二極管，而且都能用于對焦（圖7）。換句話說，Galaxy S7的傳感器擁有1200萬個對焦像素。

OPPO R9s則是手機領域第二款引入雙核對焦概念的產品。和Galaxy S7的“全像素雙核”不同的是，R9s屬于“部分像素雙核”，其內置的IMX398傳感器中大概有90萬個像素用于對焦。

這兩種雙核對焦方案談不上孰優孰劣，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，但它的像素值卻達到了1600萬像素，在很多消費者都習慣以“像素值論英雄”的大環境下，這種更高像素的雙核傳感器顯然更具噱頭。

小結

毫無疑問，在手機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，對實際體驗的影響卻逐漸減低。此時，更持久的續航時間、更高品質的拍照效果就成為了智能手機差異化突圍的方向。不知道在雙核對焦之后，未來還會有哪些能進一步改善手機拍照潛力的技術出現呢？讓我們拭目以待吧。