|智能手机摄像头上的相位对焦是什么？

翻译自——techinsights
今天普及一下什么叫做PDAF（相位对焦）？
当摄像机在自动对焦的时候总是有一个困惑，知道图像是不清楚的，但是lens应该向前还是向后移动呢？总是要前后移动lens一下才知道，普通的反差法对焦就是这么做的，爬山嘛。PDAF的出现就是为了解决这个lens移动的问题，可以根据图像，预判lens运动的方向。PDAF最早运用在单反上，已经是非常成熟的技术了。

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相位对焦技术从15年开始终于由单反移植到智能手机摄像头上，给用户带来极大的拍照体验。以前拍照画面的拉伸感一去不复返。
相位对焦原理：根据CIS不同像素的相位差信息，判断出当前镜头位置离相对焦清晰状态（即下图相位差为零状态）的位置，从而得到镜头应该移动的向量。故要实现此功能，首先CIS要支持PDAF，其次摄像头需要校准不同距离下相位数据，这份数据主要是得到相位差和物距的对应关系。手机拍照可得到相位差信息，相位差信息根据内部校准数据，得到镜头当前位置并计算出需要移动的方向和距离。相比反差式对焦，极大地提升了对焦速度。

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PDAF的具体实现方式又各有不同。目前手机摄像头CIS技术主要掌握在 SONY半导体、Samsung 电子、OV三家手上。
据我们所知，三星在其ISOCELL Plus技术平台上实现了1.17μm纤薄光学叠加，这项技术也是世界上最尖端的。此项技术能够增强CMOS图像传感器捕捉光线的能力，大幅提升了光敏度和色彩还原度。

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光学堆栈和厚度调查
布鲁斯拜耳会对他的发明感到骄傲的!

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拜耳（Bayer）数组这个名词，相信只要是学习过数字影像课程，亦或是略懂感光组件基本成像原理的朋友，应该都不陌生，此发明从 1976 年便一路影响数字影像的发展至今，曾在伊士曼柯达公司担任研发科学家的 Bryce Bayer，就是此 RGBG 数组的发明者，而这位将数字影像带给全世界的影像之父。
在现代感光组件技术原理中扮演极核心角色的 Bayer 影像数组科技，其透过分别将红、绿、蓝三色组成方格马赛克数组的方式（红与蓝分别占数组中的 1/4 格，至于绿则是占了 1/2），模拟人眼对于颜色的判定。虽说其他厂商像是 Sigma 与 Foveon 合作的 X3 以及 Fujifilm 新一代的 X-trans 感光组件，都尝试透过不同的排列或传感器分层技术来达到更好的色彩撷取表现，不过最初也最广为应用的，还是以 Bayer filter 为最大宗。所以，不论你用的是哪部相机，何种感光组件，都能够观赏到美丽数字形成的照片。
他发明的RGGB CFA仍然是小像素图像传感器的主力军。在较小像素空间中SONY、Samsung、OV三家技术速度相差不大，但实际做出来的东西有些还是相差蛮大的。关于PDAF，三家各有优缺点，叫法不一但基本都是以下三种：
shield pixel
2*1 PD
dual PD

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OmniVision和Sony在一段时间前推出了RGBC/RGBW CFA，三星则使用了RWB 。安森美 (Aptina)在2014年推出了RYYB CFA，直到最近，我们才在其他地方看到它，当时华为在其P30/P30 Pro传感器中展示了它，该传感器由索尼制造，采用1.0 μm RYYB“Quad Bayer”像素。
简单分析一下这三种技术：
1.shield pixel（OPPO R7）
屏蔽掉像素一般的感光区域（黑色部分），值获得一半信号。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% 。
2.super PD（OPPO R9S）
将相邻的像素共用一个on chip microlens得到相位差信息，一般在Green上处理。
同样的，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%
3.dual PD（Samsung S7）
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%，所以对焦体验最佳。
但由于将光电二极管一分为二，井口变小，FWC急剧衰减，dynamic range衰减严重，拍照非常容易过曝。
三星凭借优秀的ISP和调试能力过曝控制的还可以，但金立M2017驾驭能力就稍弱了。
但单从对焦来说，dual PD>2*1 PD>shield pixel，这种优势尤其体现在暗环境下对焦的稳定性上，比如10lux/5lux/1lux这些极暗环境下的对焦。