Τι είναι το PDAF και πώς λειτουργεί; Επεξήγηση της αυτόματης εστίασης ανίχνευσης φάσης

Σήμερα θα ασχοληθούμε με την αυτόματη εστίαση ανίχνευσης φάσης (PDAF), έναν από τους πιο συνηθισμένους τύπους αυτόματης εστίασης.

Πολλές σύγχρονες κάμερες smartphone διαθέτουν αυτόματη εστίαση ανίχνευσης φάσης. Είναι ταχύτερο και πιο ακριβές από την κλασική ανίχνευση αντίθεσης. Η ανίχνευση αντίθεσης είναι η απλούστερη και φθηνότερη μορφή αυτόματης εστίασης, αλλά και η πιο αργή και λιγότερο ακριβής σε κινούμενα θέματα. Τι κάνει λοιπόν το PDAF τόσο καλύτερο;

Τι είναι το PDAF και πώς λειτουργεί;

Το PDAF έχει τις ρίζες του στις παραδοσιακές φωτογραφικές μηχανές και στις DSLR, όπως όλες οι καλές τεχνολογίες κάμερας. Οι κάμερες DSLR χρησιμοποιούν καθρέφτες για να αντανακλούν αντίγραφα του φωτός του κύριου αισθητήρα σε έναν ειδικό αισθητήρα ανίχνευσης φάσης. Τα smartphone δεν έχουν τον ίδιο χώρο για να χωρέσουν όλα αυτά τα εξαρτήματα. Αντίθετα, οι αισθητήρες κινητών έχουν ενσωματωμένα εικονοστοιχεία PDAF στον αισθητήρα εικόνας, μια προσέγγιση δανεισμένη από συμπαγείς κάμερες.

Ο απλούστερος τρόπος για να κατανοήσετε πώς λειτουργεί το PDAF είναι να σκεφτείτε ότι το φως περνάει από το φακό της κάμερας στα πολύ ακραία άκρα. Όταν βρίσκεται σε τέλεια εστίαση, το φως ακόμη και από αυτά τα άκρα του φακού θα διαθλαστεί για να συναντηθεί σε ένα ακριβές σημείο στον αισθητήρα της κάμερας. Αυτή η εστίαση/σημείο συνάντησης που τίθεται μπροστά ή πίσω από τον αισθητήρα εικόνας, προκαλεί μια θολή εικόνα. Η ρύθμιση του φακού για να αλλάξει αυτό το εστιακό σημείο είναι ακριβώς ο τρόπος με τον οποίο λειτουργεί η εστίαση της κάμερας.

Με άλλα λόγια, μπορούμε να πούμε εάν μια εικόνα είναι εστιασμένη επειδή ακόμη και το φως που προέρχεται από δύο διαφορετικά σημεία του φακού συγκλίνουν σε ένα μόνο σημείο. Οι κάμερες αυτόματης εστίασης DSLR και mirrorless με ανίχνευση φάσης χρησιμοποιούν δύο αποκλειστικούς αισθητήρες PDAF για τη λήψη ξεχωριστών εικόνων για σύγκριση. Οι συμπαγείς κάμερες και τα smartphone δεν έχουν αυτή την πολυτέλεια. Αντίθετα, το σύστημα δημιουργεί αυτή τη διπλή προοπτική χρησιμοποιώντας αποκλειστικές φωτοδίοδους ανίχνευσης φάσης στον ίδιο τον αισθητήρα εικόνας.

Αυτές οι φωτοδίοδοι είναι φυσικά καλυμμένες έτσι ώστε το φως μόνο από τη μία πλευρά του φακού να φτάνει σε αυτές. Αυτό παράγει εικονοστοιχεία με αριστερή και δεξιά εμφάνιση σε έναν μόνο αισθητήρα εικόνας, δίνοντάς μας τις δύο εικόνες μας να συγκρίνουμε την εστίαση. Η διαφορά φάσης μεταξύ των δύο εικόνων υπολογίζεται για τον προσδιορισμό του σημείου εστίασης. Το παρακάτω διάγραμμα της Samsung προσφέρει μια διαισθητική ματιά σε αυτό συγκρίνοντας αυτά τα αριστερά/δεξιά pixel με τα μάτια μας.

Εάν η εικόνα είναι εκτός εστίασης, τα δεδομένα διαφοράς φάσης μεταξύ των εικόνων χρησιμοποιούνται για να υπολογιστεί πόσο μακριά πρέπει να μετακινηθεί ο φακός για να εστιάσετε. Αυτό είναι που κάνει την εστίαση PDAF τόσο γρήγορη σε σύγκριση με την ανίχνευση αντίθεσης. Ωστόσο, με το μισό εικονοστοιχείο μπλοκαρισμένο, αυτές οι φωτοδίοδοι καταλήγουν με λιγότερο φως από ένα κανονικό pixel. Αυτό μπορεί να προκαλέσει προβλήματα εστίασης σε χαμηλό φωτισμό, όπου η παραδοσιακή ανίχνευση αντίθεσης εξακολουθεί να χρησιμοποιείται συχνά ως υβριδική λύση. Επιπλέον, οι κάθετες λωρίδες σημαίνουν ότι οι κάμερες μπορεί να έχουν προβλήματα εστίασης σε οριζόντιες γραμμές, επομένως οι καλύτεροι αισθητήρες χρησιμοποιούν μοτίβα διασταυρούμενης εστίασης.

Όπως μπορείτε επίσης να δείτε, δεν χρειάζεται να χρησιμοποιούμε κάθε pixel στην κάμερα για να καταλάβουμε την εστίαση. Αντίθετα, αρκετές λωρίδες pixel κατά μήκος του αισθητήρα θα κάνουν. Συνήθως, η κάμερα χρησιμοποιεί μόνο το 5% έως το 10% των εικονοστοιχείων αισθητήρα για αυτόματη εστίαση. Ωστόσο, ορισμένοι από τους σημερινούς αισθητήρες υψηλής τεχνολογίας με βελτιωμένο PDAF επιτρέπουν τη χρήση κάθε pixel για εστίαση, καθιστώντας τα ακόμα πιο γρήγορα και πιο ακριβή.