按下快门前的算法—

按下快门前的算法——对焦

对焦算法可以分为测距式，相位式，反差式。

其中测距式是通过激光，（TOF，Time of Flight）等主动式地得知物距，然后对焦。更常用的是后两者。

反差式CDAF（Contrast Detection Auto Focus）

反差式如上图所示，可以看到镜头明显有“拉风箱”一般的往复推拉，遍历得到一个对比度最好的结果。这种对焦方法相对精准，但耗时较长。

CDAF具体使用的是爬山算法。爬山算法包含两个过程，第一阶段叫粗扫（Coarse Search），第二阶段叫细扫（Fine Search）。算法控制马达移动镜头朝一个方向移动时，图像对比度会出现逐渐增大然后变小的过程，类似爬山。

相位式PDAF（Phase Detection Auto Focus）

先来了解一下双眼效应和拇指测距。

两个眼睛因为位置不同，他们的最佳对焦点是不同的，分别需要特定角度的光线才能成最清晰的像。所以拇指测距时，分别用两只眼睛对着拇指，沿着这个方向的延长线在目标物中可以得到不同的两点。这两点的长度/瞳距=目标距离/手臂长度。

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既然拇指测距可以测得距离，那么PDAF也是一样的道理。PDAF根据像素对（PD Pixel Pair）的相位差衡量ROI区域的清晰度。

那么什么是相位差呢？PDAF怎么利用相位差呢？

上图中虽然光线只画了一路（对称的），但是实际上光线不会是一条，所以在sensor上的响应是以其为波峰的分布。如果没有对焦好，那么会存在两个波峰，子图4比子图3对焦更差，两个波峰的距离就越远。当对焦完美时，两个波峰重叠。

因为对称的缘故，两个波的形状是一样的，只是有一个相对的偏移量，这个偏移就是相位差。相位差可能是正数可能是负数，相位取0时清晰度最高。

因为出厂的时候标定过，所以只需要知道相位差，马达马上就知道该把镜头往哪个方向推，推多远，这也是为什么PD对焦更快的原因。PDAF对焦速度比CAF快一倍以上，是现在手机上的主流。

How Phase Detection Autofocus Works

由微分的思想，波可以使用两个有差异性的点表示。这两个点如何构造，出现了多种PD sensor。按照PD点的个数可以分为稀疏的和全局的。我们都以全像素All-pixel为例。

Dual PD

dual PD把每个像素进一步细分。dual的含义就是“双重的”，因为同样属于shield pd，但相比于更早的L和R隔了很远，dual PD的左右PD同在一个微透镜下：

每个color filter下面有两个二极管：

对焦阶段两种光电二极管分别成像，在对焦完成后真正成像的阶段，两个光电二极管合并起来，所以不会存在相位差的干扰。

当dual PD技术和quad bayer结合起来，就是Octa PD：

OCL

OCL是“On-Chip Lens”的缩写，它指的是几个相邻的像素共享感光元件上的微透镜。有2x1OCL，有2x2OCL。

2x2ocl指ocl技术和quad bayer联合起来。同一个颜色通道的四个象限共用一个透镜：

当光照条件好的时候可以remoisc得到高分辨率图像，光照差的时候通过bining可以得到更好的画质。

二者的区别

二者都是全像素级别的PD对焦。区别只是相位差的来源不一样，Octa PD是更传统的dual PD，2x2OCL是共用透镜带来的四个象限的差异。

前者真正成像时得益于有两个二极管，所以可以合并，消除相位差，这样因为quad raw同一个颜色通道的四个值更加统一。而2x2OCL相位差无法消除，同一个颜色通道的四个象限在成像时也会和图像梯度有规律地变化，不利于后续图像处理。

Octa PD因为要集成两个二极管，微透镜数目也更多，所以一般当sensor较大时使用这种技术；OCL则使用在中型sensor上。如下图所示：

在实际中，一般是先使用PD对焦，快速将镜头推到大致准确的位置，然后再进行反差式对焦，让图像真正达到对比度高的理想状态。

reference：

https://www.ovt.com/products/ov50a/

Sony unveils 2x2 on-chip lens tech for Quad Bayer sensors, which promises better AF performance - GSMArena.com news

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