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  • 手机对焦原理

    千次阅读 2015-08-28 12:01:03
    简介反差对焦,相位对焦和三角测距对焦原理和区别。

    简介反差对焦,相位对焦和三角测距对焦原理和区别

    反差对焦:利用算法识别画面对比度,当对比度最高时确认对焦成功。随着对焦镜片开始移动,画面逐渐清晰,对比度开始上升;当画面最清晰,对比度最高时,其实已经处于合焦状态,但相机并不知道,所以会继续移动镜头,当发现对比度开始下降。进一步移动镜片,发现对比度进一步下降,相机知道已经错过焦点;镜片回退至对比度最高的位置,完成对焦。

    相位检测对焦拥有专属的对焦传感器和一个分离镜(两个lens),在传感器上形成两个lens的波峰,根据两个波峰的间距来判断是否合焦。还可以根据波峰位置计算出目标焦点距离现在焦点的距离,因此可以指挥镜头“一步到位”完成对焦。因此具有速度快的特点。
     
    在对焦过程中有一个“拉风箱”的过程,所以反差对焦系统的速度普遍不如相位检测对焦系统。但由于反差对焦系统的输入是主传感器的数据,所以往往相比相位对焦系统更加准确,并且支持任意点的对焦。同时,由于反差对焦系统不需要添加额外的硬件,所以成本比较低。随着处理器性能的提高和算法的进步,如今的反差对焦系统在单次对焦速度上已经能够和相位对焦系统匹敌。
     

    三角测距对焦:需要双摄像头,根据目标景物相对于两个摄像头不同的角度,在利用双摄像头之间距离不变的参数,最终就能够快速的测得目标物体相对于摄像头的距离,再通过摄像头模组马达进行准确调整完成快速对焦。

    一定意义上三角测距对焦是相位对焦的外部实现(用双摄像头代替相位对焦的分离lens和传感器),相对相位对焦来说实现成本即贵,又慢。当然如果作为副产品存在还是可以的。

     

    http://bbs.syuan.net/thread-137720-1-1.html
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  • 对焦原理

    2016-08-01 22:58:20
    关于手机拍照,应该没人不会,但是关于相机的对焦原理和算法,我相信大部分机友还是云里雾里的状态。那么今天我们就一起走进大神的世界,看看都有些什么普通玩机小白不懂的东西呢?看完一定会有
     

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    2015-7-17 14:56 上传



    荣耀7 的2000万后置+800前置大家用起来是不是感觉特别爽呢?关于手机拍照,应该没人不会,但是关于相机的对焦原理和算法,我相信大部分机友还是云里雾里的状态。那么今天我们就一起走进大神的世界,看看都有些什么普通玩机小白不懂的东西呢?看完一定会有很大收获哦!

    对 焦 原 理 简 介                                           

    对焦,就是移动马达,找到准焦图像的过程。根据原理不同,对焦算法可分成对比度对焦和相位对焦等。

    对 比 度 对 焦 算 法 简 介

    对比度对焦算法尝试不同的马达位置,移动马达到预览图像对比度最高的那张图像对应的马达位置,如图1所示。对比度对焦算法精度较高,但是由于需要尝试不同的马达位置,耗时较长。

    对比度对焦原理

    相 位 对 焦 算 法 简 介 

    相位对焦算法计算物体在成像平面的相位差,得到当前马达位置距离准焦马达位置的距离,一次移动马达到准焦位置。相位对焦算法速度较快,但是相位差受噪声等影响较大,不适合低照度,平坦区和平行纹理的对焦。

    相位对焦(PDAF)原理

    PDAF算法计算绿色光线和红色光线之间的位置差距(相位差,phase difference)即可计算出马达需要移动多少距离才能得到准焦图像,实现快速相位对焦。

    移动马达后,到达准焦位置,绿光和红光重合,相位差为零

    Plank 项 目 相 位 对 焦 算 法 简 介                          

    混 合 对 焦 算 法

    Plank项目综合了相位对焦和对比度对焦的优点,形成了混合对焦算法,如图Figure 4所示,在保证对焦精度的前提下,大幅提升了对焦速度。


    相位对焦和对比度对焦混合的对焦方法

    起始点在上图defocus position,通过红线的相位差计算出马达移动位置,将马达快速移动到准焦位置附近(如红色虚线所示,相位差有小幅波动,所以不能一次推到准焦位置),之后进行对比度对焦,找到准确的对焦位置。

    全 新 的 对 焦 体 验
    传统的对比度对焦算法,对焦过程中需要手机稳定,所以都是用于切换场景后并且手机稳定了再启动对焦,所以用户切换场景后会看到明显的对焦过程,不能马上拍照。Plank的对焦算法在手机移动的过程中就不停的搜集相位差信息,并根据相位差信息实时的推动马达,这样用户在远近景切换的过程中可以实时的看到清晰的图像,体会不到对焦的过程。
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  • 相机自动对焦原理

    千次阅读 2020-01-16 18:59:41
    相机自动对焦原理凸透镜成像原理为什么需要对焦对焦的方法主动对焦和被动对焦相位法对比度法关于手机自动对焦摄像头参考文献: 凸透镜成像原理 从知乎上找了一张图,原贴地址是 ...

    凸透镜成像原理

    从知乎上找了一张图,原贴地址是 https://www.zhihu.com/question/21427158

    在这里插入图片描述
    这一部分大家中学应该就学过了,简要总结一下:
    物体距离凸透镜<2倍焦距,成放大虚像,比如放大镜;
    物体距离凸透镜=2倍焦距,成等大倒立实像,成像在2倍焦距处;
    物体距离凸透镜>2倍焦距,成缩小倒立实像,成像在1倍焦距和2倍焦距之间;

    为什么需要对焦

    重点就在于物体距离凸透镜>2倍焦距,成缩小倒立实像,成像在1倍焦距和2倍焦距之间
    对于相机来说,透镜的焦距也就是三四十毫米,手机摄像头焦距更短,只有几毫米,所以被拍摄的物体基本上都是在2倍焦距以外的,也就说会成缩小倒立实像,成像面在1倍焦距与2倍焦距之间,问题是,具体在哪里?

    对焦需要解决的就是在哪个位置成像最清晰的问题,很明显,物体距离凸透镜距离不同其成像最清晰的位置也不同,不需要对焦的镜头必然有一个默认取景距离,比如电脑摄像头,手机前置镜头,他们的默认取景距离大概是40cm,因此只要事先调整好就行,它们不是不用对焦,而是已经对好焦了。

    对焦的方法

    中学物理课堂上有一个实验,就是透镜成像实验,其中有一个问题是蜡烛的成像在哪里最清晰?大家应该都还记得一个公式:
    1/u+1/v=1/f (相距v,物距u,焦距f)
    相距v,物距u分别是成像到透镜和物体到透镜的距离,f是焦距,物体和成像之间是满足这样一个关系的,因此要想得到蜡烛最清晰的像只需要直到蜡烛到透镜的距离和透镜的焦距即可,轻松愉快。
    其实这正是主动式对焦的原理,只要有精确的测距工具,对焦是很简单的。
    如果没有办法知道这个距离呢?
    在上述物理实验中,在讲解公式之前是有一个探索实验的,实验采用的方法就是在1倍焦距和2倍焦距之间移动光屏,观察到最清晰的像之后就停止移动,这就是穷举法的一个应用,既然像距在固定的范围之内,那么通过这种方法是一定可以找到这个位置,实现对焦。

    主动对焦和被动对焦

    好了,现在原理都清楚了,剩下的就是怎么办了。
    有公式在手,只要给相机安个测距仪就好了,测距仪的精度越高对焦就越准,成像就越清晰,在这种想法的驱动下,主动式对焦就应运而生了,在大部分不计代价的领域,主动式对焦是很受欢迎的方法。
    但是在很多地方,尤其是民用市场,想要给相机按上一个高精度测距仪,代价无疑是很高的,有没有其他办法实现对焦?很明显,就是刚才提到的物理实验所采用的的探索法,让改变镜头与CMOS之间的距离,总能找到成像的最佳位置。
    在这种想法的作用下,被动式对焦就应运而生了,主要是以额外硬件为代价的相位法和基于软件的对比度法

    相位法

    相位法是直接通过硬件计算出当前成像的位置是在真正相平面哪一侧的方法,如图所示:
    在这里插入图片描述
    这个图里面最让人困惑的就是这个波峰图是怎么产生的,很多说法是说光线到达检测器的时间不同,然后可以通过光的相位判断是往前移动成像面还是往后移动成像面(等效做法是移动镜头),但是检测光的相位这么NB的功能单反不大可能有,因此我认为这个波峰其实是物体上特定点的反光或者发光经过透镜之后位于光轴上半部的光线汇聚到下部的线传感器(Line sensor),位于光轴下方的光线则汇聚到上部的线性传感器,而具体设计中可能会有分光机构,这个图只是原理图,但是足够说明问题。现在,重点来了,为什么最后面这个传感器叫线传感器(Line sensor),这个不能翻译成线性传感器(Linear sensor),这个名字应该是指的传感器的形状:
    在这里插入图片描述
    最终的光线应该是宽度很有限的“光线束”,在接收到光线之后,线传感器的各个pixel会产生不同的电信号,光线束的中心产生最强的电信号,越远离中心光线强度越弱,对应的电信号越弱,就会有类似下面的结果:
    在这里插入图片描述
    电信号的值从中间到两边衰减,于是就形成了一条钟形曲线:
    在这里插入图片描述
    由于两个传感器接收到分别是光轴上方和光轴下方的光线,曲线的波峰在最中间说明对焦成功,CMOS的位置没有偏前也没有偏后;
    否则,也可以很容易知道成像面在当前CMOS的前方还是后方:
    波峰往中间偏,说明CMOS在成像面后方;
    波峰往两边偏,说明CMOS在成像面前方;
    根据偏的距离,也能计算出CMOS或者镜头需要移动的距离;

    个人觉得这个方法唯一跟“相位”这个词沾边的可能就是线传感器输出的信号形状了:
    在这里插入图片描述
    而且实际上,只需要一个线传感器就能知道如何移动CMOS或者镜头了。
    至于后来又产生了很多变形的专利,主要是把线传感器放在CMOS上以降低系统复杂度,原理仍然不变,只不过多了遮光机构,模拟光轴上部和光轴下部:
    在这里插入图片描述
    当然万变不离其宗,最终的计算方法都是一样的。

    对比度法

    这种方法很多地方都叫做反差法,但是通过研究其原理,我认为还是叫对比度法比较准确。原理可以通过下面的动图描述:
    在这里插入图片描述
    这张动图最关键的地方就是上面的注释,可惜注释是匈牙利文,这个语种我想绝大多数人是看不懂的,因此我不辞辛苦给全翻译了一遍,配上注释就容易理解多了:
    a képérzékelő felülete=图像传感器表面
    AF=Auto Focus
    terület=区域
    vizsgált pixelek=测试像素
    világosság=光线,亮度
    kontraszat=对比度
    lencsék poziciőja=镜片位置
    kihuzat nagysága=投影大小

    a kontraszt mérése=对比度测量
    nővekvő kontraszt=对比增强
    csőkkenő kontraszt=对比模糊
    lencse-mozgatás megállitva=镜头移动停止
    maximum megállapitása=设定最大值
    maximális kontraszt megállapitva=设置最大对比度
    lencsék vissza=镜头反向
    a rendszer élesre állt=系统停止

    这下应该不用多解释了,如果还是不明白,那我就简单说明一下:
    它实际上是选的一行像素,统计各像素亮度,并计算最亮和最暗的差值作为对比度保存;
    尝试往一个方向移动镜片(或者CMOS),如果差值变小则说明方向错误,需要反向移动;
    反之继续移动,直到差值经过某个值之后开始变小,说明该值即对比度最大值;
    镜片(或者CMOS)反向移动到对比对最大的位置,结束;

    是不是很简单?之所以在研究这个问题的时候越看越迷糊,我觉得最大的问题就是很多文章作者可能也没搞明白具体的原理,就是人云亦云,单纯的复制粘贴,结果怎么看都是一头雾水,希望我这篇文章能给大家解惑。

    关于手机自动对焦摄像头

    手机所采用的方式实际上基本都是被动式,除了运动机构不同(手机多数是把摄像头锁进音圈马达内,音圈马达实际上是一种磁性运动机构,通过给线圈加电流使摄像头在一定范围内运动,其行程只有几个毫米,可能不超过3毫米,在摄像头自动对焦时如果你贴近镜头仔细听能听到镜头运动的细微声音),以及镜头焦距不变之外原理都一样,以前比较多的是对比度差值法,现在也有把相位法元件直接放在CMOS上的方案了。

    关于变焦镜头

    变焦镜头跟对焦是两个概念,对焦是在某个焦距下使图像清晰的操作流程,变焦镜头是指透镜本身焦距改变,由于透镜做好之后焦距就固定了,因此要实现镜头的变焦,用一块透镜是不行的,需要用到透镜组,通过调节各透镜之间的距离改变镜头的焦距,从而实现变焦。
    PS:前一节说手机摄像头镜头焦距不变,现在似乎也有利用透镜组实现光学变焦的手机镜头了。

    参考文献:

    [1] https://www.zhihu.com/question/21427158
    [2] https://blog.csdn.net/weixin_30593443/article/details/97913292
    [3]https://www.cnblogs.com/wxl845235800/p/9725250.html
    [4]http://www.360doc.com/content/18/0421/23/11079421_747658595.shtml
    [5]https://www.baidu.com/link?url=eEPqB5kbkevKqtEBD7_ChPGEBe2fZtDZF8EW4_TqqwZVYb6dDYB4flWOowbmUGDK1Tm39agk3VHDo9A4ogPlJzFl987ZBlppEVHu6ODPR8K&wd=&eqid=abff446c0006fc68000000035e201809

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  • 对焦原理之激光对焦。     这篇博客介绍相位对焦,其余两种对焦方式请关注博客。 反差对焦原理    相位对焦原理 激光对焦    激光对焦本来是军方的技术,后来因为科技的进步才逐渐转为民用,当然这里的激光...

    对焦原理之激光对焦
        这篇博客介绍相位对焦,其余两种对焦方式请关注博客。 反差对焦原理    相位对焦原理

    激光对焦
       激光对焦本来是军方的技术,后来因为科技的进步才逐渐转为民用,当然这里的激光不是对人有害的镭射激光,而是红外光线。

    [原理]
       激光对焦是通过后置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。

    [优缺点]
      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,激光对焦的速度和其他对焦一样非常快。
      相比与反差对焦和相位对焦来说,激光对焦相当于主动出击,以攻为守,其他两种是传感器接收到光源后进行分析色差来对焦,相当于守株待兔了。
      激光对焦无疑提高了相机的对焦速度,节省了对焦时间,让人们抬手就能拍照,提升了暗光下相机对焦的效率,魅族开创了激光对焦跟相位对焦反差对焦的混合对焦模式,对相机对焦功能进行了革命性的探索,随着处理器性能的提升和双摄相机的发展,可以通过双摄像头的优势进行固件优化,同样可以提高对焦效率。

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  • 对焦原理之相位对焦。     这篇博客介绍相位对焦,其余两种对焦方式请关注后续博客。 相位对焦【PDAF】- Phase Detection Auto Focus:    什么是相位对焦?相位差对焦源自单反相机,单反相机中有一个AF对焦...
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  • 引用文章:手机自动对焦是怎么实现的?
  • 说明:本博文,是从网络上搜集整理的,不对准确性进行保证。...一 手机对焦原理 普通手机它是依靠一挡小光圈加上广角镜头的较大景深来达到基本清晰的拍摄效果的,这类利用超焦距的简易相机适用范围非...
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