全像素双核CMOS AF技术 Dual Pixel CMOS AF

全像素双核CMOS AF技术 Dual Pixel CMOS AF

对焦的原理

Principles of Focusing

即使在实时显示拍摄时,也可实现 “快速、舒适、高画质”

在实时显示拍摄时反光镜会升起,因此无法使用光学取景器拍摄时所用的相差检测自动对焦。所以到目前为止,大多数数码相机在实时显示拍摄时都使用反差检测自动对焦,根据图像感应器成像的对比度检测合焦位置。但是相对于能够预测合焦时的镜片位置并驱动镜片的相差检测自动对焦,反差检测自动对焦是通过前后移动镜片来搜寻合焦位置的,因此自动对焦速度较慢。自EOS 650D开始采用的“Hybrid CMOS AF”,在像面上应用了与相差检测自动对焦同样原理进行高速对焦的图像感应器相差检测自动对焦,并配合反差检测自动对焦来提高自动对焦速度。为了实现更快的自动对焦速度,只要能增加自动对焦像素的数量并提高相差检测自动对焦的精度,就不再需要反差检测自动对焦了。但是,兼顾画质令自动对焦像素在数量上有所限制,而“全像素双核CMOS AF”从根本上解决了这个问题。

宫成“普通的图像感应器将微透镜分配到每个像素上,在它们的下方各有一个光电二极管将光信号转变为电信号,但是使用全像素双核CMOS AF的图像感应器,将每个微透镜下的光电二极管都一分为二,这样,一次同时可捕捉两个视差图像。全像素双核CMOS AF会利用来自这两个图像的信号来完成相差检测自动对焦。而且重要的是,汇集两个光电二极管的图像信号便可作为一个像素进行输出。由于1个像素就能兼备自动对焦和图像捕捉功能,所以这种结构可以应用到所有像素中。既保持了画质又可增加用于自动对焦的像素数,画质几乎没有受到影响。”

福田“由于可自动对焦的像素分布于整个CMOS图像感应器,因此在覆盖实时显示屏幕约80%(垂直)×80%(水平)的宽范围区域内都能使用相差检测自动对焦完成最终合焦。这样不仅提高了自动对焦速度,在夜景环境中对点光源的对焦精度也得以提高,而这曾是反差检测自动对焦的难点。”

佳能坚信在维持成像性能的前提下,也可在实时显示拍摄中实现高速自动对焦。正是由于佳能的执著信念,这项技术才得以实现。

※当使用支持的镜头时。

全像素双核CMOS AF示意图

全像素双核CMOS AF的CMOS图像感应器在所有像素中都配置了2个光电二极管。通过这样的结构可实现图像感应器相差检测自动对焦,对焦更迅速。

研发核心
宫成洋(左)
影像信息事业总部
综合镜头研发中心
主任研究员

研发核心
福田浩一(右)
影像信息事业总部
综合镜头研发中心
主任

通过图像感应器相差检测自动对焦实现高速对焦

单像素的结构

每个像素都配置了2个独立的光电二极管

相差检测AF时(1)

每个光电二极管独立接收光线

相差检测AF时(2)

在不同的位置分别获取2个信号即可进行相差检测自动对焦

成像时

拼合2个光电二极管积蓄的电荷A与B,作为1个像素进行读取

全像素双核CMOS AF通过图像感应器相差检测自动对焦可实现高速对焦。“相差检测自动对焦”是以从2个位置获取的信号为基准进行测距的对焦方式。由于需要检测2个被摄体成像(相位)的间隔(差),因此被称为“相差检测自动对焦”。 全像素双核CMOS AF为每个像素都配置了2个光电二极管,并由此获得2个信号(A像和B像)。通过比较A像和B像的视差信号计算出镜头的驱动量和驱动方向。

而拍摄时可拼合2个信号作为1个图像信号进行输出。这样就能在不影响画质的情况下同时实现自动对焦和图像捕捉功能。

另外,全像素双核CMOS AF将水平方向排列的多个像素连接起来,使其成为线型感应器(纵向线条检测感应器),调动多个像素进行对焦。这里的线型感应器长度(相当于取景器自动对焦感应器的基线)会根据光圈产生变化。因此,使用光圈F8拍摄短片时也能进行自动对焦。

※为了便于理解,这里将图中所示部分称为光电二极管A和B,且实际上光电二极管并没有2种颜色。

全像素双核CMOS AF的对焦原理

全像素双核CMOS AF可从光电二极管A和B中分别检测出A像和B像的信号。在完成合焦的状态下2个像将重合,而在未完成合焦的状态下,2个像都是模糊且相互错开的。通过检测偏差量(信号差)和偏差方向(A像和B像分别位于中心的哪一侧),就能计算出对焦镜片组应当朝什么方向移动多少距离。这样一来就能直击目标,迅速对焦了。

合焦时2个像的状态(示意图)

相机将光电二极管A信号与B信号相互重合的状态判断为合焦。

焦点偏前时2个像的状态(示意图)

相机将B像相对于中心偏向左侧、而A像偏向右侧的情况判断为焦点偏前。另外,根据2个像的偏差量(信号差)即可计算出完成合焦所需的镜片驱动量。

焦点偏后时2个像的状态(示意图)

相机将A像相对于中心偏向左侧、而B像偏向右侧的情况判断为焦点偏后。