如今，智能手機(jī)所搭載的SoC芯片（處理器）都集成了ISP模塊，并用上了eMMC5.0或UFS2.0標(biāo)準(zhǔn)的高速存儲(chǔ)方案，攝像頭傳感器也具備大光圈、OIS光學(xué)防抖，并融入濾光片的多片式鏡頭（圖1），再結(jié)合越加成熟的拍照APP軟件，一些中高端手機(jī)的最終成像效果足以越級(jí)挑戰(zhàn)入門級(jí)卡片機(jī)。然而，對(duì)喜歡“抓怕”記錄精彩瞬間的用戶而言，再高檔次的ISP、傳感器和鏡頭也會(huì)變成陪襯，此時(shí)手機(jī)對(duì)焦的速度將成為抓怕體驗(yàn)的最關(guān)鍵核心。

對(duì)焦門中“三劍客”

所謂“對(duì)焦”，即當(dāng)你打開拍照APP并點(diǎn)擊取景框內(nèi)的任意一點(diǎn)后，拍攝界面從虛變實(shí)的過(guò)程，這個(gè)時(shí)間越短暫，意味著你能更快速地拍下清晰的畫面。就手機(jī)領(lǐng)域而言，目前常見(jiàn)的對(duì)焦技術(shù)主要以反差對(duì)焦、相位對(duì)焦和激光對(duì)焦這“三劍客”為主，而它們就是決定一款手機(jī)抓怕效率的核心技術(shù)。

就手機(jī)領(lǐng)域而言，反差對(duì)焦是一切對(duì)焦技術(shù)的基石。哪怕一款手機(jī)想武裝相位對(duì)焦或激光對(duì)焦技術(shù)，也要建立在已內(nèi)置反差對(duì)焦模塊的基礎(chǔ)上（用于相位/激光對(duì)焦失敗時(shí)臨時(shí)補(bǔ)位）。因此，說(shuō)該技術(shù)為“大眾情人”一點(diǎn)也不過(guò)分吧？

反差對(duì)焦算是一種半物理式的對(duì)焦技術(shù)，而反差對(duì)焦的過(guò)程也就是馬達(dá)推動(dòng)鏡片的過(guò)程。反映在手機(jī)屏幕上的表現(xiàn)是，點(diǎn)擊對(duì)焦點(diǎn)后畫面會(huì)有個(gè)放大再縮小的變化，圖像也會(huì)由模糊到清晰再到模糊并最終清晰的“拉風(fēng)箱”式的過(guò)程（圖2）。此時(shí)如果你仔細(xì)聆聽(tīng)，還可聽(tīng)見(jiàn)攝像頭內(nèi)馬達(dá)工作的聲音。

再來(lái)看看攝像頭內(nèi)的運(yùn)作方式。傳統(tǒng)手機(jī)攝像頭會(huì)在底部配備一個(gè)用于推動(dòng)鏡片的馬達(dá)，當(dāng)我們啟動(dòng)相機(jī)APP并點(diǎn)擊取景框?qū)沟臅r(shí)候，這個(gè)馬達(dá)會(huì)將鏡片從底部推動(dòng)到頂部，完成一輪“最近焦距→最遠(yuǎn)焦距”的對(duì)焦過(guò)程，同時(shí)記錄并對(duì)比這一過(guò)程中每一幀的成像結(jié)果，找到其中畫面最清晰、對(duì)比度最高的那個(gè)成像，而它就是我們所謂的焦點(diǎn)。然后，馬達(dá)會(huì)繼續(xù)推動(dòng)鏡片，從頂部回落到焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置，此刻才算是完成對(duì)焦，在屏幕取景框中也就能看到清晰的畫面了（圖3）。

問(wèn)題來(lái)了，攝像頭只有“走完全程”（完成一輪對(duì)焦過(guò)程）后才知道焦點(diǎn)的位置，也就是必須經(jīng)歷找到并錯(cuò)過(guò)焦點(diǎn)，最后再回到焦點(diǎn)的過(guò)程。也許這個(gè)周期不足1.5秒，但也足夠我們錯(cuò)過(guò)很多精彩的瞬間了。此外，反差對(duì)焦還需要拍照?qǐng)鼍皳碛凶銐蚋叩膶?duì)比度，如果是拍攝純色或反差不明顯的畫面，則會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)對(duì)焦失敗的問(wèn)題。

總之，反差對(duì)焦每次工作都需“跑完”全程再“折返”，由此浪費(fèi)的時(shí)間必然造成對(duì)焦延遲。那么，有沒(méi)有辦法可以提前告訴攝像頭焦點(diǎn)的位置，讓馬達(dá)推動(dòng)鏡頭一步到位完成拍照？

相位對(duì)焦和激光對(duì)焦技術(shù)的初衷就是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，只是二者在技術(shù)原理上存在差異。其中，相位對(duì)焦技術(shù)的最大特色就是快，在三種對(duì)焦技術(shù)中屬于“短跑冠軍”。

首先需要說(shuō)明的是，一款手機(jī)能否支持相位對(duì)焦，取決于其攝像頭所用的傳感器型號(hào)是否支持該項(xiàng)技術(shù)。比如三星Galaxy S6所配備的索尼IMX240（圖4）、榮耀7選用的索尼IMX230、OPPO R7武裝的三星ISOCELL等，這些傳感器在硬件端就已支持相位對(duì)焦。換句話說(shuō)，手機(jī)能用上相位對(duì)焦功能，和手機(jī)廠商的研發(fā)能力沒(méi)有半分錢關(guān)系，完全取決于傳感器供應(yīng)商。

而支持相位對(duì)焦的傳感器和傳統(tǒng)傳感器在結(jié)構(gòu)上略有不同，它會(huì)犧牲感光區(qū)域中的部分像素點(diǎn)（又稱掩蔽像素，即“Masked Pixels”）。這些掩蔽像素都是成對(duì)出現(xiàn)，也就是包含兩個(gè)像素點(diǎn)。其中，左側(cè)的像素只負(fù)責(zé)拍攝左側(cè)的圖像，而右側(cè)像素則僅負(fù)責(zé)右側(cè)圖像，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)比左右圖像就可直接判斷出焦點(diǎn)的位置，從而啟動(dòng)馬達(dá)推動(dòng)鏡片往前移動(dòng)或往后移動(dòng)。

和反差對(duì)焦相比，相位對(duì)焦不需要馬達(dá)推動(dòng)鏡片跑一圈再折返，它能提前預(yù)知焦點(diǎn)的位置，減少鏡頭判斷的時(shí)間，并讓馬達(dá)直接推動(dòng)鏡頭跑到焦點(diǎn)位置就停止，對(duì)焦行程短了很多（圖5）?？上?，相位對(duì)焦也并不完美，它對(duì)亮度的要求較高，在弱光環(huán)境拍照時(shí)相位對(duì)焦功能往往會(huì)失效，而攝像頭將自動(dòng)轉(zhuǎn)為以反差對(duì)焦模式拍照。

相位對(duì)焦技術(shù)雖好，但它對(duì)傳感器型號(hào)有嚴(yán)格要求，那采用其他傳感器的手機(jī)就只能忍受反差對(duì)焦的“慢速”（相對(duì)）了嗎？有沒(méi)有什么輔助手段可以提高對(duì)焦速度呢？答案是肯定的，那就是“三劍客”中的激光對(duì)焦。

LG G3（索尼IMX234）、魅族MX5（索尼IMX220）、OPPO R7 Plus（索尼IMX278）等手機(jī)的傳感器都不具備相位對(duì)焦功能，但它們的對(duì)焦速度卻依舊快于普通手機(jī)，而秘密就源于后置攝像頭旁邊那神秘的黑色小孔。

以魅族MX5為例，在后置攝像頭下面有個(gè)豎條型的黑色小孔（圖6），而它并非裝飾之用，其目的只是為了隱藏內(nèi)部的紅外激光傳感器模塊。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，當(dāng)我們啟動(dòng)相機(jī)APP后，小孔內(nèi)的傳感器就會(huì)射出一道錐形激光，這道光束經(jīng)過(guò)反射后被傳感器接收，最終計(jì)算出與對(duì)焦物體之間的準(zhǔn)確距離，再啟動(dòng)馬達(dá)將鏡頭推送到焦點(diǎn)所在的位置從而完成對(duì)焦，同樣無(wú)需鏡頭“跑完全程”。

由于紅外激光傳感器發(fā)射的是紅外波長(zhǎng)的激光，所以我們用肉眼是無(wú)法看到的，但通過(guò)其他手機(jī)的攝像頭對(duì)其拍攝就可以捕捉到這道光束（圖7）。和相位對(duì)焦技術(shù)相比，激光對(duì)焦技術(shù)對(duì)拍攝微距，或在弱光環(huán)境下的表現(xiàn)更好，只是對(duì)焦速度略遜于相位對(duì)焦。

馬達(dá)鏡頭還有創(chuàng)新空間

除了在傳感器和激光輔助方面的創(chuàng)新以外，通過(guò)改變鏡頭結(jié)構(gòu)同樣可以起到提高對(duì)焦速度的目的。Vivo X5Pro和樂(lè)Max等手機(jī)的攝像頭采用了中置式馬達(dá)結(jié)構(gòu)，即將對(duì)焦用的鏡片和馬達(dá)都放到了整個(gè)攝像頭的中部。在判斷出焦點(diǎn)位置時(shí)，鏡頭從中間位置移動(dòng)，哪怕焦點(diǎn)位于最遠(yuǎn)位置，馬達(dá)推動(dòng)鏡片移動(dòng)的距離也僅有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一半而已。此外，很多手機(jī)同時(shí)還支持相位對(duì)焦技術(shù)，兩大技術(shù)結(jié)合后幾乎可實(shí)現(xiàn)“0秒對(duì)焦”（圖8）。

目前，新一代的中高端Android手機(jī)都已配備了高品質(zhì)的攝像頭傳感器，而拍照APP往往也會(huì)加入很多手動(dòng)或高級(jí)拍照模式，在結(jié)合三腳架的情況下可拍攝出媲美單反的照片。然而，用手機(jī)拍照的真正樂(lè)趣往往體現(xiàn)在隨意性，即當(dāng)你看到心儀的景物或瞬間想將其即刻捕捉并記錄下來(lái)，此時(shí)，對(duì)焦速度的快慢才是“決定生死”的關(guān)鍵（圖9）。隨著新一代傳感器的量產(chǎn)，也許未來(lái)我們還能看到相位對(duì)焦+激光對(duì)焦的手機(jī)呢。

火速鏈接

對(duì)焦技術(shù)可以提高智能手機(jī)的拍照效率，但對(duì)最終的成像效果影響不大。如果你想了解手機(jī)如何才能拍出更好的照片，請(qǐng)參考本刊12期《像素說(shuō)明不了問(wèn)題 手機(jī)攝像頭如何拍出好照片》這篇文章。