相機自動對焦af原理
af效能是判斷相機好壞的重要指標，主要從準確度和速度兩個方面來進行考察，本文將介紹自動對焦的幾種方式。
一．凸透鏡成像原理
二．三種對焦方法
有公式在手，只要給相機安個測距儀就好了，測距儀的精度越高對焦就越準，成像就越清晰，在這種想法的驅動下，主動式對焦就應運而生了，在大部分不計代價的領域，主動式對焦是很受歡迎的方法。
但是在很多地方，尤其是民用市場，想要給相機按上乙個高精度測距儀，代價無疑是很高的，有沒有其他辦法實現對焦？很明顯，就是剛才提到的物理實驗所採用的的探索法，讓改變鏡頭與cmos之間的距離，總能找到成像的最佳位置。
在這種想法的作用下，被動式對焦就應運而生了，主要是以額外硬體為代價的相位法和基於軟體的對比度法。
自動對焦目前主流的大致上有cdaf，pdaf和laser assist af這三種。前兩種屬於被動式，也就是說相機不需要其他額外輔助的探測手段，直接使用入射光線做判斷來對焦；而第三種屬於主動式，也就是說需要使用laser來輔助探測，這在後面會詳細介紹。
1． cdaf (contrast detection auto focus)
反差對焦是假設對焦成功後相鄰畫素點的對比度最大，這種方式的光學設計是最簡單的。
從上圖可以看到，右上圖中的白色方框代表對焦點，此處反射出的紅色光線在經過鏡頭，到達感測器前就匯聚在一點，隨後又散開，此時影象的對比度是很低的。
將這個對焦點與相鄰畫素的對比度作分析得出右下角的曲線，失焦狀態下對比度低，在聚焦過程中，曲線變得逐漸變得傾斜，但是不能判斷什麼時候是最高點，只有經過了對焦點後曲線下降再往回移動，反覆移動後可以得到乙個區域性梯度最大值，就認為是對焦成功。
詳細過程可以從這個鏈結可以看到。
優點：光學設計簡單。
缺點：a. 速度較慢，在出現失焦影象時，機器無法判斷該移動多少，甚至往哪個方向移動鏡頭才能聚焦，甚至到了峰值也不知道，必須移動過了以後再往回移動，來回幾次後才能找到對焦點；
b. 在物體對比度較低時會對焦失敗，比如雪景，無雲的藍天以及各種純色的影象。
2． pdaf (phase detect auto focus)
相位對焦最早是在單反上使用的，也是最常用的被動式對焦方法，光學通路也比較複雜。
在對焦過程中，白色入射光被乙個斜45度角的反光鏡攔截，部分向上分光到調焦屏，供預覽和ae使用，此時預覽看到的影象和拍照的是一致的；剩下的光被次級反射鏡向下分到af模組。
可以從下圖中看到af模組的工作原理。af模組中有兩個或者多個小影象感測器(ccd1/2)，並且都是一維的，也就是說是由一列畫素構成，每個感測器上有乙個小的透鏡(micro lens)，這些感測器是成對出現，每一對就構成了乙個自動對焦點，下圖中的對焦點是右下側**的白色方框。在失焦狀態下，紅光照射在光圈右側，綠光照射在光圈左側，在感測器上的相位就無法匹配，影象**其實是乙個硬幣，但為了方便將相位表示成只有乙個峰值的曲線，也就是乙個黑色背景的白點，真實影象的曲線實際上比較複雜。當移動鏡頭main lens的時候，光線的相位會慢慢靠近直至重合，當重合時就認為對焦成功。在影象處理中識別相位重合的方式有很多種，cross-correlation就是其中一種。由於根據相差可以精確計算出main lens需要移動的方向以及距離，因此pdaf就比cdaf速度要快許多。
由於對焦速度快，在2023年左右被全面引入到手機上，然而手機上沒有足夠空間來實現如此複雜的光學通路，因此業界就拿sensor做文章，如下圖所示在原有的
(a)bayer cfa sensor基礎上將部分g替換成
(b)pd 畫素，變成了
(c) pdaf sensor。
測距原理就是發出一組超聲波，接收器根據超聲波的返回時間來計算距離；同樣在單反上的雷射輔助對焦是發出一組紅外光，根據接收到的時間來計算距離。
優點：雷射輔助對焦完美地補充了pdaf在弱光條件下，以及cdaf在對比度底場景下的不足。
缺點：a. 所謂雷射其實是紅外線光，因此在物體本身有紅外射線(比如燭光，人臉)的情況下就會失效；
b. 如果有紅外射線無法穿透玻璃，因此有玻璃情況下也會失效。
這樣也就無需改變原有的光學通路，直接根據pdaf計算出相差來移動鏡頭。當然這些被pd畫素所取代的畫素點必須根據周圍畫素點的值來做補償，具體補償方式就由各isp廠商來決定。
優點：速度快。
缺點：a. 需要專用pdaf sensor，並且有精度損失；
b. 在暗處效果較差，無法完全取代cdaf。
3． laser assit af
雷射輔助對焦在單反上的前生是潛艇的超聲波測距系統。
超聲波測距原理就是發出一組超聲波，接收器根據超聲波的返回時間來計算距離；同樣在單反上的雷射輔助對焦是發出一組紅外光，根據接收到的時間來計算距離。
優點：雷射輔助對焦完美地補充了pdaf在弱光條件下，以及cdaf在對比度底場景下的不足。
缺點：a. 所謂雷射其實是紅外線光，因此在物體本身有紅外射線(比如燭光，人臉)的情況下就會失效；
b. 如果有紅外射線無法穿透玻璃，因此有玻璃情況下也會失效。
相位法
相位法是直接通過硬體計算出當前成像的位置是在真正相平面哪一側的方法，如圖所示：
三．對比度法
這種方法很多地方都叫做反差法，但是通過研究其原理，我認為還是叫對比度法比較準確。原理可以通過下面的**描述：
這下應該不用多解釋了，如果還是不明白，那我就簡單說明一下：
它實際上是選的一行畫素，統計各畫素亮度，並計算最亮和最暗的差值作為對比度儲存；
嘗試往乙個方向移動鏡片（或者cmos），如果差值變小則說明方向錯誤，需要反向移動；
反之繼續移動，直到差值經過某個值之後開始變小，說明該值即對比度最大值；
鏡片（或者cmos）反向移動到對比對最大的位置。
自動對焦 AF
af效能是判斷相機好壞的重要指標，主要從準確度和速度兩個方面來進行考察，本文將介紹自動對焦的幾種方式。自動對焦目前主流的大致上有cdaf，pdaf和laser assist af這三種。前兩種屬於被動式，也就是說相機不需要其他額外輔助的探測手段，直接使用入射光線做判斷來對焦 而第三種屬於主動式，也就...
相機自動對焦原理
本文 在數位相機中，對焦是保證所記錄的影像取得清晰效果的關鍵步驟。對焦機構就是用來調節鏡頭和ccd之間的距離，使得像平面落在ccd的成像表面。目前，常用的數位相機中多採用自動對焦，即根據被拍攝目標的距離，由電路驅動馬達移動鏡片到相應的位置上，從而使被拍攝目標自動清晰成像。從基本原理來說，自動對焦可以...
相機對焦原理
反差式對焦系統的工作原理 反差式對焦系統的原理是根據焦點處畫面的對比度變化，尋找對比度最大時的鏡頭位置，也就是準確對焦的位置。1.未合焦狀態下，因為整個焦點的畫面處於虛焦狀態，類似於高斯模糊效果，所以畫素之間的顏色比較均勻 2.開始對焦，鏡片開始移動，畫面逐漸清晰，對比度開始上公升 3.合焦狀態。畫...