1反差對焦:資格最老 對焦精準
上個月我曾經寫了一篇有關手機補光燈的科普文章，給大家分析了氙氣閃光燈越來越少背後的原因。其實這兩年伴隨手機拍照水平的整體上升，另外一項原本沒什麼人留意的功能受關注程度也跟著越來越高。它就是手機攝像頭的對焦模塊。
你的手機對焦這麼快 全靠這些高科技
早些年人們在使用智慧型手機拍照的時候，恐怕很少有人會留意攝像頭是如何對焦的。簡單的點擊屏幕看著攝像頭自己對焦完成然後咔嚓一張照片就完事兒了。只是最近一兩年，對焦速度這個詞才逐漸浮出水面，0.5秒、0.3秒、0.1秒甚至0.03秒什麼的「極速對焦」一下子全出來了，讓消費者感覺無所適從和一頭霧水。
如今的發布會上對焦速度這參數必不可少
下面我就給大家詳解一下當前主流的幾種攝像頭對焦模式，至於各自的對焦時間，抱歉，我擺明了說我測不出來。不過我這裡提醒一下大家，廠商在發布會或者產品文案上宣傳的所謂對焦速度，大家看看就好，實際拍攝的時候制約對焦速度的因素太多，這一點我們後面會有提及。
我們先來說一下相對原始一些的對焦方式——反差對焦。反差對焦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。
反差對焦工作原理（gif動圖來源pixinfo.com）
我們以拍攝一枚硬幣為例，最開始畫面是虛焦的狀態，隨後鏡頭移動，人們可以看到屏幕中的硬幣逐漸清晰起來。直到某一個位置（合焦狀態）硬幣最為清晰，但攝像頭模組自身是意識不到此時已經合焦完畢的，鏡頭會繼續移動，此時人們會看到硬幣又變得模糊。這時攝像頭模組才意識到鏡頭「走過站了」，於是回退至剛才清晰的焦點位置，這樣一次對焦就完成了。
對上面gif動圖的中文解說（圖片來自新攝影）
其實看上面這段話大家也能明白反差對焦的弊端了，沒錯就是耗時太長。鏡頭從開始對焦到最後合焦完畢一直不停移動，「走過站」以後的回退過程更是讓對焦行程增大，給用戶的直觀感覺就是對焦速度較慢。此外由於要檢測畫面對比度的反差，一旦被攝物體與背景顏色趨近（比如在一堵白牆前面拍一張白紙），要想實現合焦就更加困難。
2相位對焦:熱度最高 對焦迅速
相位對焦:熱度最高 對焦迅速
從2015年開始人們似乎開始注意到一個叫PDAF的陌生英文頻繁出現，似乎什麼新手機不帶PDAF就顯得落伍了一樣。其實PDAF也就是更通俗點稱呼的相位對焦早在2014年初的三星S5上面就已經出現了。
相位對焦的原理是在感光元件上預留出一些遮蔽像素點，專門用來進行相位檢測，通過像素之間的距離及其變化等來決定對焦的偏移值從而實現準確對焦。
專業相機通常擁有獨立的對焦傳感器（圖片來自poco.cn）
我們知道，傳統的單眼相機擁有對焦傳感器，在反光板背面還有副反光板，副反光板會把從鏡頭入射的部分光線送到對焦傳感器上，通過測距確定焦點，再由系統控制鏡頭的移動完成自動對焦。而由於手機攝像頭模組高度集成的要求，獨立的對焦傳感器肯定是放不進去的，於是人們直接在CMOS（感光元件）上留出一些成對的遮蔽像素點來進行相位檢測。
相位對焦工作原理（圖片來自新攝影）
遮蔽像素點由兩個像素成對組成，兩個像素通過微透鏡各自成像。對焦系統根據判斷信號波峰的位置可判斷出鏡頭應該往前還是往後偏移，從而迅速準確合焦。
相位對焦相比反差對焦，行程縮短速度加快（圖片來自蜂鳥網）
相比反差對焦，相位對焦不需要鏡頭的反覆移動，對焦行程短了很多，對焦過程乾淨不猶豫。弊端在於，由於需要利用CMOS上的遮蔽像素點進行相位檢測，故此相位對焦對光線強度的要求比較高。如果環境光線強度太弱（比如暗光或者夜晚），遮蔽像素點的正常工作很可能受到影響，對焦精度和速度也會出現問題。
3雷射/雙核對焦:後來居上 各有利弊
雷射/雙核對焦:後來居上 各有利弊
雷射對焦出現的年頭也有一些了，只是在最近一年才大面積在國產手機中看到它的身影。判斷一款手機是否有雷射對焦很簡單：現在你把用著的手機反過來，只要看到後置鏡頭旁邊有一塊黑色不透明的「天窗」，90%的概率你的手機支持雷射對焦。或者說在暗處打開拍照界面，如果手機支持雷射對焦，你會看到從黑色的「天窗」中發出紅光。
雷射對焦模塊（攝像頭右側）很容易看出來
雷射對焦的原理是通過雷射傳感器向外發射低功率雷射，通過計算雷射到被攝物體間往返的時間來確定被攝物體距離鏡頭的距離，從而實現較為精準和高速的對焦。
雷射對焦的優勢在於採用了主動測距的方法，所以整個對焦過程被環境幹擾的概率很小，也就是說在暗光和夜拍的場合仍然能比較精確地對焦。但缺陷在於雷射傳感器發射出的雷射能量太小，基本超過0.5米就衰減得差不多了，因此對於距離稍遠的拍攝對焦沒有太大的用處。
另外一個名詞——雙核對焦是去年下半年才被某手機廠商炒熱的，而這項技術最早成名可不是在手機領域，而是相機圈子。2013年發布的佳能EOS 70D率先使用了雙核對焦技術，讓這款中端單反一炮打響。順便說一下，佳能給這項技術起了一長串名字：全像素雙核CMOS AF。
佳能EOS 70D（2013年發布）率先使用了雙核對焦技術
這一技術在手機圈子的首秀是去年發布的三星S7和S7 edge。全像素雙核對焦中的每一個像素點上分布了兩個光電二極體，它比PDAF（相位對焦）強的地方在於，能夠在不遮蔽像素的前提下完成相差檢測，同時對焦偵測系統在每個像素上面都有分布，所以對焦精度和速度都有提升。
三星S7/S7 edge在手機界率先使用雙核對焦技術
三星至於去年底聲名鵲起的某廠商新品，它主打的雙核對焦並不是全像素，而是通過與索尼定製CMOS，在這款CMOS上專門設置了一些雙核對焦點。根據它的官方宣傳，這種做法的目的是在對焦快的基礎上保證高畫質輸出。有人問了它和全像素雙核對焦誰好？我沒有親自比過也不好妄下定論，只能說兩種雙核對焦方式即使存在速度差異，那點差距人眼也絕對感覺不出來…
定製生產的索尼IMX398採用了非全像素的雙核對焦
可能大家也發現了，上面提到的這幾種對焦方式各有利弊，而巧合的是它們的優劣勢基本上互補。所以一些廠商乾脆想出了在一部手機上同時融入多種對焦技術的做法，也就是我們說的「混合對焦」。這種方法比單獨使用任意一種對焦方式的效果都要好，但成本顯然就要增加了，所以混合對焦現在通常只出現在各家的旗艦產品上面，入門級暫時還「無福消受」。
鑑於此，混合對焦成為不少旗艦手機的選擇
這樣一篇科普文大家看後沒頭暈吧？其實歸納起來現在主流的對焦方式還是三種，雙核對焦本身也是相位對焦的一個子分類，但因為被熱炒所以就單獨拿出來說了。如果大家看完能夠對手機攝像頭的對焦方式有新的認知，那我就達到了寫這篇科普文的目的了。大家如果有什麼想說的，歡迎在下面留言討論，順便給這篇文章按個贊。