手机自动聚焦的原理

术语

　　Quad Bayer(4 Cell)

　　OCL：On-Chip Lens，片上透镜

一、自动聚焦原理

1、激光测距，Laser Assist Detection，LD

　　摄像头旁边的红外激光传感器向被摄物体发射低功率激光，经过反射后被传感器接收，并计算出与被摄物体之间的距离。之后镜间马达便直接将镜片推到相应位置，完成对焦。和相位对焦一样，同样是一次完成。

　　缺点：红外线不能穿透玻璃

　　激光对焦技术对于微距、弱光环境以及反差不够明显的区域，效果显著，能够有效提高手机在这些情况下的对焦成功率，只是在对焦速度上，激光对焦比较一般。而在光线正常的条件下，激光对焦的速度和相位对焦一样非常之快。

2、三角测距，双摄像头

　　通过双摄像头模拟人的双眼实现三角形的测距

3、对比度检测或者反差检测，Contrast Detection，CD，传统模式

　　原理：通过来回移动镜片来找个对比度最大的位置。

　　缺点：需要lens全程移动得到对比度最大的位置，镜头需要来回移动，耗费的时间较长。

4、相位检测，Phase Detection，PD

　　通过对比左右PD信号，便会迅速找出准确的对焦点，之后镜片马达便会一次性地将镜片推到相应位置，完成对焦。

　　镜片马达需要移动的距离更短，对焦速度明显变快，画面不会有来回对焦。但是，它对光线的要求就比较高，在弱光拍摄环境下，相位对焦就无能威力了。

5、混合检测，Hybrid CMOS AF

　　反差检测+相位检测

二、PDAF实现方式

　　Shield Pixel：插入一些Shield像素。PD pixel被金属遮挡一半。因此早期的PDAF sensor往往在30 lux照度以下对焦很困难。

　　2*1 PD（2*1OCL）：双PD，共用一个透镜。增大了PD pixel的受光面积，增强了PDAF在暗光下的性能。

　　2×2 OCL：IMX689，4个像素，4个PD，共用一个透镜。

　　Dual PD：每个像素配备了2个光电二极管，独立接收光线。缺点：水平方向缺少图案变化的对象不太敏感。

　　Quad PD，四像素：将每个像素都可以分析左/右以及上/下。可以减轻水平自动对焦的问题，并且比Dual Pixel PDAF更加可靠和准确。功耗大

　　Dual Pixel，全像素都配备PD检测。

shield pixel（OPPO R7）

　　屏蔽掉像素一般的感光区域，只获得一半信号。需要另外的像素屏蔽掉另一半信号，得到完整的相位差信息。SP越多，对焦越快，但信号损失越严重，目前SP密度控制在1~3%。

　　传统 PDAF（相位对焦）技术自2015 起便因其远快于传统的 Contrast AF（对比度对焦）的优势被广泛使用，但是PD Pixel被遮去一半后，在低光(如100 Lux)环境下无法有效地工作，往往只能切换回传统的Contrast AF 实现慢速对焦 。

2*1 PD（OPPO R9S，IMX398）

　　将相邻的像素共用一个OCL得到相位差信息，一般在Green上处理。二合一的PD越多，对焦越快，但信号损失越严重，目前密度也控制在1~3%

dual PD（Samsung S7，IMX260）

　　将同一个像素底部的感光区域（即光电二极管）一分为二，在同一个像素内即可完成相位信息捕获。dual PD也有叫2PD、全像素双核对焦，这种像素覆盖率100%。但由于将光电二极管一分为二，阱口变小，FWC急剧衰减，动态范围衰减严重，非常容易过曝；另外其使用的堆栈工艺技术，成本高昂。

　　每个Dual Pixel均分为两个光敏光电二极管，每个光电二极管都有自己的微透镜(OCL)。

　　为了满足低光下快速对焦，2017 年以来一系列旗舰机型陆续采用了Dual Pixel。Dual Pixel 相位对焦技术用实际像素数目翻倍的昂贵代价。

2×2 OCL

　　2×2 OCL本质上是一个Quad Pixel Quad Bayer设置，每个像素一个聚光镜，覆盖四个光电二极管。图像传感器的像素100%用于聚焦和成像。