Фазовый автофокус в смартфоне это: Типы автофокуса: фазовый, контрастный и гибридный
Типы автофокуса: фазовый, контрастный и гибридный
Начнем, пожалуй, с того, что же такое автофокус. Это система, которая обеспечивает автоматическую фокусировку объектива фотоаппарата, видеокамеры на объект (или несколько объектов) съемки. Обозначают автофокус чаще всего как AF.
Существует два режима работы автофокуса: пассивный и активный. Смысл в том, что системе требуется определить расстояние от фокальной плоскости до объекта съемки, и активный автофокус добивается этого за счет элементов, взаимодействующих с объектом съемки (ультразвуковой или инфракрасный локаторы), а пассивный не взаимодействует с самим объектом и ничего не излучает — он лишь анализирует световые пучки, попадающие в камеру.
Всю свою работу автофокус выполняет за считанные мгновения и практически без непосредственного участия самого фотографа. Данное устройство предусмотрено во всех современных фотоаппаратах и различается по своему типу.
- Фазовый автофокус
- Контрастный автофокус
- Гибридный автофокус
Рассмотрим каждый из них поподробнее. Работа фазового автофокуса основывается на использовании специальных датчиков, собирающих лучи света из разрозненных фрагментов, которые поступают к ним из разных точек кадра благодаря системам зеркал (в некоторых устройствах они заменены линзами). После этого весь свет разделяется на два потока и отправляется на светочувствительный сенсор. Окончательная наводка происходит в определенный момент, когда разделенные лучи будут находится на заданном устройством датчика расстоянии. Проведя расчет необходимой дистанции, устройство само определяет каким образом нужно изменить положение линз, для того чтобы был получено изображение лучшего качества. К неопровержимым достоинствам автофокуса фазового типа можно смело отнести точность и быстроту фокусировки, особенно это важно, если вы снимаете движущуюся сцену.
Следующий вид фокусировки – контрастный автофокус. Его работа основана на специальных светочувствительных элементах, которые проводят исследования контраста снимаемой сцены. Точная фокусировка происходит в тот момент, когда данное изображение обретет максимально отличающуюся от фона резкость и контрастность. Для достижение лучшего результата микропроцессор подобных устройств может смещать линзы из первоначального положения. К достоинства такого типа автофокуса можно отнести простоту, достаточно маленькие размеры и отсутствие необходимости в каких-либо дополнительных датчиках. Благодаря особенностям данной системы её используют в «мыльницах», камерах современных смартфонов и т.п.
Еще один вид, заслуживающий внимание фотографа – гибридный автофокус. Изначальная мысль заключалась в том, чтобы объединить пассивный и активный АФ.
Современные же разработки гибридного автофокуса основаны на комбинации фазовой и контрастной технологии. Данный тип автофокуса сегодня внедряют в беззеркальные системы, где такой АФ показывает более убедительные результаты, чем контрастный, который использовался до этого.
Материалы по теме:
Что такое фокусное расстояние?
Что такое диафрагма, выдержка и ISO?
от контрастного до Dual Pixel / Хабр
Привет, Гиктаймс! При съемке на смартфон (да и не только) очень важно, чтобы фотографии получались четкими и ясными. Для этого объект снимка должен быть в фокусе до того, как вы нажмете на кнопку «Сделать фото». В последнее время многие производители смартфонов работают над улучшением технологий автоматической фокусировки, и сегодня мы рассмотрим плюсы и минусы каждой, и чем они отличаются. Как обычно все подробности под катом.
При выборе камерофона многие уделяют внимание количеству мегапикселей — мол, у кого их больше, тот и круче.
Однако зачастую важнее и полезнее взглянуть на другие факторы, которые оказывают не менее серьезное влияние на качество фотографий. Среди них — тип автофокуса камеры смартфона. В эту область сейчас активно погрузились Apple, Samsung, LG и другие производители, причем многим действительно удалось значительно продвинуться вперед.
Что такое автофокус, и почему он нам нужен?
При помощи системы автоматической фокусировки камеры объектив настраивается таким образом, чтобы сфокусироваться непосредственно на объекте, обеспечивая тем самым разницу между четким снимком и упущенной возможностью.
Упрощенно принцип работы камеры состоит в том, что лучи света отражаются от фотографируемых объектов и затем попадают на сенсор, который преобразовывает поток фотонов в поток электронов. После этого ток преобразовывается в набор битов, данные обрабатываются и записываются в память камеры. Особой популярностью у производителей смартфонов сейчас пользуются CMOS-сенсоры, которые преобразуют заряд в напряжение прямо в пикселе, обеспечивая впоследствии прямой доступ к содержимому произвольного пикселя.
В теории все работает так: линзы фокусируют свет на сенсоре, сенсор затем создает цифровую фотографию.
В реальности же все происходит не так просто. Угол входящих лучшей света зависит от дистанции, на которой находится фотографируемый объект. На диаграмме ниже продемонстрированы линзы, фокусирующие лучи света на голубом объекте: зеленый и красный объект оказываются не в фокусе и будут размыты на финальном снимке. Если мы хотим сфокусироваться на зеленом или красном объекте, необходимо изменить дистанцию между линзами и сенсором.
На заре камерофоностроения большинство устройств имели фиксированный фокус. В современных же смартфонах предусмотрена возможность регулировать расстояние между линзами и сенсором. Поэтому вы получаете качественные детализированные снимки. Сейчас для реализации автофокуса в смартфонах в основном используют три метода: контрастный, фазовый и лазерный.
Контрастный автофокус
Контрастный автофокус относится к пассивному виду автофокуса.
До сих пор это решение применяется в большинстве смартфонов — во многом потому, что является одним из самых простых. При помощи сенсора происходит замер количества света на объекте, после этого он же перемещает линзу в зависимости от контраста. Если контраст максимальный, то и объект съемки находится в фокусе.
Вообще, контрастный автофокус вполне неплохо справляется со своей задачей и имеет большой жирный плюс — он довольно прост и не требует какого-то сложного «железа» для своей работы.
Но есть у него и несколько недостатков. В частности, контрастный автофокус работает медленнее остальных — обычно ему требуется около секунды, чтобы сфокусироваться на объекте. За это время вы можете перехотеть делать снимок, или момент будет упущен, если хотели заснять, к примеру, быстро движущийся объект. Это происходит из-за того, что львиную долю времени занимает процесс «сдвиг точки фокусировки/линз объектива — оценка контрастности — сдвиг — оценка контрастности».
Кроме того, у контрастного автофокуса отсутствует возможность следящей фокусировки, да и в условиях плохого освещения он вряд ли вас впечатлит. Поэтому данный тип автофокуса на сегодняшний день используется преимущественно в бюджетных смартфонах, таких как Lenovo A536, ASUS Zenfone Go и других.
Фазовый автофокус: быстрая и продвинутая альтернатива
Одним из первопроходцев здесь была компания Samsung, которая позаимствовала технологию у цифровых зеркальных фотокамер и оснастила фазовым автофокусом свой смартфон Galaxy S5. Суть в том, в данном случае применяются специальные датчики — они ловят проходящий световой поток от разных точек изображения, используя линзы и зеркала. Внутри датчика происходит деление света на две части, каждая из которых попадает на сверхчувствительный сенсор. Расстояние между потоками света измеряется датчиком, после чего он сам определяет, насколько нужно сдвинуть линзу для точной фокусировки. Так, например, Samsung Galaxy S5 требуется всего 0,3 секунды, чтобы сфокусироваться на объекте.
Визуально принцип работы фазового автофокуса представлен ниже.
Первое и главное преимущество фазового автофокуса — он намного быстрее контрастного, это просто must have для съемки движущихся объектов. Кроме того, камера может оценивать движение объекта при помощи датчиков, отсюда получаем возможность следящего автофокуса.
Но есть и минусы. Фазовый автофокус, как и контрастный, также не очень хорошо справляется со своими задачами в условиях недостаточного освещения. Также для него необходимо более мощное «железо», поэтому он, как правило, доступен в смартфонах сегмента high-end. Среди них Huawei Honor 7, Sony Xperia M5 и Samsung Galaxy Note 5, которые, кстати, можно найти в М.Видео.
Одни производители пошли дальше и решили использовать в смартфонах лазерный автофокус (об этом чуть позже), другие же активно занялись совершенствованием технологии фазового автофокуса. Так, например, Apple в своем iPhone 6s и iPhone 6s Plus использует так называемые «фокусные пиксели» — суть в том, что технология использует часть пикселей в качестве фазового сенсора, и съемка на смартфоны от Apple получается действительно быстрой.
А вот технология Dual Pixel, которую компания Samsung применяет в своих смартфонах Galaxy S7 и Galaxy S7 Edge, действительно отличается от фазовой фокусировки в камерах других смартфонов. Она хоть и является разновидностью фазового автофокуса, но все же имеет некоторые отличия и тонкости. В смартфонах фазовый автофокус несколько ограничен — чтобы присвоить каждому пикселю фокусный сенсор, нужно сильно его уменьшить, отсюда получим шумы и нечеткость фотографий. Обычно датчиками оснащают около 10 % светочувствительных точек, некоторые производители, впрочем, не выходят и за 5 %.
В Dual Pixel же каждый пиксель оснащен отдельным датчиком из-за увеличения размеров пикселей. Процессор обрабатывает показания каждого пикселя, но делает это настолько быстро, что автофокусировка все равно занимает десятые доли секунды. В Samsung говорят, что технология Dual Pixel подобна фокусировке при помощи человеческого глаза, но это опять же маркетинговый ход.
Тем не менее надо признать инновационность данного подхода к фазовому автофокусу в современных смартфонах. Сейчас это настоящий эксклюзив для Galaxy S7 и Galaxy S7 Edge.
Лазерный автофокус: самый активный
Как и фазовый, лазерный автофокус относится к активному типу автофокуса. Этим направлением долгое время занималась компания LG, которая сперва реализовала лазерный автофокус в своем смартфоне G3. В основе работы технологии лежит принцип лазерного дальномера: лазерный излучатель освещает объект, а сенсор замеряет расстояние до него и время поступления отраженного лазерного луча.
Одно из главных преимуществ данного автофокуса — время. Как говорят в LG, весь процесс автофокусировки при помощи лазера занимает 0,276 секунды. Значительно быстрее контрастного автофокуса и немного пошустрее, чем фазовый.
Очевидный плюс лазерного автофокуса — он невероятно быстрый и хорошо отрабатывает в условиях недостаточного освещения. Но работает он только на определенной дистанции — самый лучший эффект достигается, если расстояние от смартфона до объекта составляет менее 0,6 метра.
А после пяти метров — привет, контрастный автофокус.
Лазерным автофокусом оснащены преимущественно смартфоны LG — к примеру, LG G4. Но есть и исключения: тот же One Plus 2 или Asus Zenfone 2 Laser. Впрочем, у последнего все ясно из названия, да и цена привлекательная для такого набора возможностей.
Двойная камера: смело, но не всем понятно
В какой-то момент производители поняли, что надо бы сделать что-нибудь диковинное, за пределами фазового или лазерного автофокуса. Так на свет появились двойные камеры: для получения четких снимков используется не один, а сразу два объектива. В то время, как одна камера с фиксированным фокусом получает снимок удаленных предметов, другая фокусируется на объектах, которые расположены рядом.
Важное преимущество двойной камеры — возможность быстро сделать снимок, а фокус сделать потом, прямо как в камере Lytro. Но если говорить о более аккуратном фокусе, здесь двойная камера явно проигрывает фазовому фокусу.
Пока что не очень много смартфонов на рынке доступны с двойной камерой — это устройства от HTC (например, One M9+), Honor 6 Plus и другие. Ходят слухи, что и Apple в своем новом iPhone решится на использование двойной камеры.
Технология инфракрасного автофокуса, которую компания Lenovo показала на MWC в прошлом году, работает по сути как лазерный автофокус, но по скорости он примерно в два раза быстрее контрастного. Протестировать её можно на примере Lenovo Vibe Shot.
Что же выбрать?
Поскольку смартфон каждый выбирает под свои нужды, сложно посоветовать что-то такое, что подойдет сразу всем. Кто-то в восторге от настраиваемого после съемки автофокуса у Huawei, другие считают оптимальным Dual Pixel. Если брать в целом, на данный момент фазовый автофокус является верным решением для большинства флагманов, и производители нам с вами постоянно это доказывают.
Что такое двухпиксельный автофокус? Объяснение технологии камеры
Эрик Земан / Android Authority
Автофокусировка Dual Pixel становится все более популярной функцией камеры смартфона, особенно на флагманском сегменте рынка.
Технология обещала гораздо более быструю фокусировку для динамичных снимков и превосходную фокусировку в условиях низкой освещенности. Но как это работает?
Автофокусировка Dual Pixel — это расширение автофокусировки с определением фазы (PDAF), которая уже много лет используется в камерах смартфонов. По сути, PDAF использует выделенные левые и правые пиксели на датчике изображения, чтобы определить, находится ли изображение в фокусе.
По мере развития технологий совершенствуется и PDAF. Более современные смартфоны начинают использовать автофокус All Pixel, многонаправленный PDAF и лазерный автофокус, среди других методов. В этом посте мы сосредоточимся на Dual Pixel, но помните, что сейчас есть лучшие технологии.
Прежде чем мы начнем: Узнайте об этих условиях фотографии, прежде чем двигаться дальше
Что это такое и как оно работает?
PDAF является предшественником автофокуса Dual Pixel, поэтому важно понимать, как работает первый. PDAF основан на немного различающихся изображениях, созданных с помощью замаскированных фотодиодов «правого и левого взгляда», встроенных в пиксели датчика изображения. Сравнение разности фаз между этими пикселями позволяет вычислить необходимое фокусное расстояние. Эти пиксели обнаружения фазы обычно составляют около 5-10% всех пикселей датчика изображения. Использование большего количества выделенных пар пикселей для определения фазы делает PDAF более надежным и точным.
При переходе к двухпиксельной автофокусировке каждый пиксель на датчике используется для фазовой автофокусировки и помогает вычислять разность фаз и фокусировку. Это повышает точность и скорость по сравнению со стандартным PDAF. Каждый пиксель разделен на два фотодиода; один левый и правый взгляд. Использование микролинз, размещенных поверх пикселей, делает это возможным. При съемке фотографии процессор сначала анализирует данные фокусировки от каждого фотодиода, а затем объединяет сигналы для записи полного пикселя, используемого в конечном изображении.
Samsung
На приведенной выше диаграмме, разработанной командой разработчиков датчиков изображения Samsung, показаны различия между традиционной технологией автофокусировки PDAF и технологией автофокусировки Dual Pixel. Единственным реальным недостатком является то, что внедрение этих крошечных фотодиодов и микролинз с определением фазы не является простым или дешевым, что становится важным фактором в датчиках с очень высоким разрешением.
Например, 108-мегапиксельный датчик в Galaxy S22 Ultra не использует технологию Dual Pixel, в то время как 50-мегапиксельные камеры с более низким разрешением в моделях Galaxy S22 и Galaxy S22 Plus используют ее. В результате автофокус Ultra хуже, но дополнительные камеры телефона имеют автофокус Dual Pixel.
Улучшение автофокусировки Dual Pixel по сравнению с PDAF
Несмотря на общие принципы, технология Dual Pixel обеспечивает гораздо более быструю фокусировку и большую способность удерживать фокус на быстро движущихся объектах, чем базовая PDAF. Это особенно полезно для создания идеального кадра в движении. Не говоря уже о том, чтобы быстро поднять камеру, зная, что она всегда будет в фокусе. Например, HUAWEI P40 может похвастаться миллисекундным временем фокусировки благодаря использованию этой технологии. Вы можете увидеть это в действии на GIF ниже.
Одним из наиболее существенных недостатков PDAF является работа при слабом освещении. Фазовые фотодиоды сделаны из половины пикселя. Это означает, что шум затрудняет получение точной информации о фазе при слабом освещении. Dual Pixel улучшает это, считывая гораздо больше показаний по всей матрице, сглаживая шум для быстрой автофокусировки даже в довольно темных условиях. Здесь есть ограничения, но это, пожалуй, самое большое улучшение автофокусировки Dual Pixel.
Если вы серьезный мобильный фотограф, топовая камера с технологией автофокусировки Dual Pixel поможет вам всегда делать самые четкие снимки. Это, безусловно, функция, на которую стоит обратить внимание, если вы хотите делать самые лучшие фотографии со своего смартфона.
Часто задаваемые вопросы
Технология автофокусировки Dual Pixel стала огромным шагом в правильном направлении, когда речь идет о более быстрой скорости автофокусировки. Он смог достичь скорости фокусировки, которая составляла всего несколько миллисекунд. Сейчас есть более точные технологии, такие как многонаправленный автофокус, но автофокус Dual Pixel по-прежнему очень быстрый.
PDAF означает фазовый автофокус. Это метод автофокусировки, который определяет, где световые лучи проходят и встречаются внутри сенсора. Чтобы срез оказался в фокусе, лучи света должны встретиться в одном и том же месте. Затем камера может определить, как отрегулировать объектив, чтобы добиться фокусировки. Вы можете узнать больше о PDAF здесь.
Лазерный автофокус обычно используется в сочетании с другими методами автофокусировки. Он излучает свет и измеряет расстояние от объекта до камеры, упрощая настройку объектива для фокусировки. Он не самый лучший на больших расстояниях, но он очень быстрый и исключительно хорош при слабом освещении, поэтому его до сих пор используют.
Хотите повысить свои шансы на получение более качественных снимков? У нас есть список лучших телефонов с камерой, доступных сегодня. У нас также есть список отличных советов по фотографии, которые дадут немедленные результаты, независимо от того, какую камеру вы используете.
Еще раз об автофокусировке для камер смартфонов
Абдулла Абуолаим, Абхиджит Пуннаппурат и Майкл С. Браун
Факультет электротехники и информатики
Инженерная школа Лассонде, Йоркский университет, Канада
{abuolaim, pabhijith@mbrown} eecs.yorku.ca
- Домашний
- Бумага
- Дополнительный материал
- Набор данных
- Код
- Контакт
Аннотация
Автофокусировка (AF) на смартфонах — это процесс определения того, как перемещать объектив камеры, чтобы определенный контент сцены был в фокусе. Алгоритмы, лежащие в основе систем автофокусировки, такие как обнаружение контраста и разность фаз, хорошо известны. Однако определение высокоуровневой цели относительно того, как лучше всего сфокусировать конкретную сцену, менее ясно. Частично это видно из того факта, что разные камеры смартфонов используют разные критерии автофокусировки; например, некоторые пытаются удерживать в фокусе объекты в центре, другие отдают приоритет лицам, а третьи максимизируют резкость всей сцены. Тот факт, что существуют разные цели, ставит исследовательский вопрос о том, существует ли предпочтительная цель. Это становится более интересным, когда автофокусировка применяется к видеороликам с динамическими сценами. Работа в этой статье направлена на пересмотр AF для смартфонов в контексте временных данных изображения. В рамках этих усилий мы описываем захват нового набора данных 4D, который обеспечивает доступ к полному фокальному стеку в каждый момент времени во временной последовательности. На основе этого набора данных мы разработали платформу и соответствующий интерфейс прикладного программирования (API), которые имитируют реальные системы автофокусировки, ограничивая движение объектива в рамках ограничений динамической среды и захвата кадров. Используя нашу платформу, мы оценили несколько высокоуровневых целей фокусировки и нашли интересное понимание того, что предпочитают пользователи. Мы считаем, что наш новый набор данных временного фокусного стека, платформа AF и первоначальные результаты пользовательского исследования будут полезны для продвижения исследований AF.
Разные камеры смартфонов используют разные критерии автофокусировки
Apple iPhone 7 и Google Pixel используются для захвата одной и той же динамической сцены, управляемой посредством перемещения сцен. В разных временных интервалах захваченного видео, обозначенных как 0 с, 5 с, 8 с, становится ясно, что каждый телефон использует разные объективы автофокусировки. Неясно, какая цель ФП предпочтительнее. На этот вопрос сложно ответить, поскольку очень сложно получить доступ к полному (и воспроизводимому) пространству решений для данной сцены.
Набор данных 4D
Пример временной последовательности изображений для сцены 3.
