片上相差式自動對焦原理

02-04

相差式自動對焦與反差式自動對焦是現在手機成像系統中兩大主要自動對焦方式。相比反差式自動對焦，相差式自動對焦只需要一次計算，就可以完成對焦。

當前比較流行的是片上相差自動對焦（on chip phase detection autofocus）, 在生產sensor的時候，把某些用於相位檢測像素遮住左邊一半或者右邊一半，如下圖

上圖只是示意圖，各個廠商的半掩模的工藝各有不同，在對IR filter或者microlens的處理上也不相同，但是基本的原理都是讓圖像形成左右兩幅類似人眼的不同光學通路的圖像。

這樣左右側的相位檢測像素就會產生這樣的圖像：

數字化以後就產生了兩個序列。

圖像聚焦時，兩個序列做互相關運算產生的數值變小，圖像離焦時，兩個序列做互相關產生的數值變大。如果對相機模組進行校準—-針對一個固定圖形的高頻圖像移動鏡頭，計算互相關運算產生的數值，記錄下來成為基準表。在相機工作時，根據實時計算的互相關數值，通過查找基準表，就可以知道當前的離焦程度，從而找到移動方向和移動到什麼位置。

數學推導簡化起來就是如下公式：

左右兩個圖像產生的數列做互相關，得到一個對焦函數，可以把相差與鏡頭的偏移量變成一一對應關係。

實際工程上計算得到的結果就如下邊圖中所示，5x5窗口，每個窗口裡邊的統計數據包括兩個部分，高16位是相位差，低16位是置信度。在平坦區域，置信度低，在細節豐富的區域，置信度高（300）。

通過固定圖卡校準可以得到lens 偏移量和相差的對應數組：

PDAF_Calibration[][2] = {{1,1},{2,3},{3,5},{4,7},{5,9},{6,10},{7,11},{8,12},{9,13},{10,14},{11,15},{12,16},{13,17},{14,18},{15,19},{16,20}, {20,30},{24,40},{28,47},{32,50},{40,70},{48,80},{56,96},{64,110},{80,138},{96,160},{112,180},{128,210}};

所以當AF開始工作時，通過實時計算得到相差值，eg： 210，那麼對應移動lens的距離，就是128,如果得到相差值是-210，就移動lens向反方向128個單位。