O que é PDAF? Saiba como funciona o foco automático na fotografia

A tecnologia de foco automático é um dos principais pilares da fotografia em smartphones, garantindo capturas nítidas e limpas até dos assuntos em movimento mais rápido. Mas você sabia que existem vários tipos de foco automático, dependendo do sensor dentro do seu smartphone ou câmera? Um dos mais comuns é o PDAF (Phase Detection AutoFocus).

O foco automático com detecção de fase é encontrado em muitas câmeras dos smartphones atuais, e a escolha por está tecnologia se dá devido a detecção rápida e precisa de contraste. Essa detecção de contraste é a forma mais simples e barata de foco automático, mas também a mais lenta e a menos precisa nos assuntos em movimento. Então, o que torna o PDAF melhor que os outros tipos de foco automático?

O que é PDAF?

Como todas as boas tecnologias de câmera, o PDAF tem suas raízes na DSLR. As câmeras DSLR usam espelhos para refletir cópias da luz do sensor principal em um sensor de detecção de fase dedicado. Os smartphones não têm o mesmo espaço para encaixar todas essas peças. Em vez disso, os sensores móveis dedicam pixels PDAF embutidos no sensor de imagem, uma abordagem emprestada de câmeras compactas.

A maneira mais simples de entender como o PDAF funciona é começar pensando na luz que passa pela lente da câmera, nas bordas muito extremas. Quando em foco perfeito, a luz desses extremos da lente se refrata de volta para encontrar o ponto exato no sensor da câmera. Uma imagem tremida é o resultado desse foco / ponto de encontro ser definido na frente ou atrás do sensor de imagem. Ajustar a lente para alterar esse ponto focal é exatamente como o foco da câmera funciona.

Em outras palavras, podemos dizer se uma imagem está em foco porque mesmo a luz proveniente de dois pontos diferentes da lente converge em um único ponto. As câmeras de foco automático com detecção de fase DSLR usam dois sensores PDAF dedicados para capturar imagens separadas para comparação. Câmeras e smartphones compactos não têm esse espaço. Em vez disso, essa perspectiva dupla deve ser criada usando fotodiodos de detecção de fase dedicados no sensor de imagem para si próprio.

Esses fotodiodos são fisicamente mascarados, de modo que a luz de apenas um lado da lente chegue até ela. Com isso são produzidos pixels à esquerda e à direita em um único sensor de imagem, oferecendo duas imagens para comparar o foco. A diferença de fase entre as duas imagens é calculada para determinar o ponto de foco. O diagrama da Samsung abaixo oferece uma visão intuitiva disso, comparando esses pixels esquerdo e direito aos nossos olhos.

Se a imagem estiver fora de foco, os dados de diferença de fase entre as imagens serão usados ​​para calcular até que ponto a lente precisa ser movida para focalizá-la. É isso que faz o PDAF focar tão rápido em comparação com a detecção de contraste. No entanto, com metade do pixel bloqueado, esses fotodiodos acabam com menos luz que um pixel comum. Isso pode causar problemas com o foco com pouca luz, onde a detecção tradicional de contraste ainda é frequentemente usada como uma solução híbrida.

Também não é necessário usar todos os pixels da câmera para descobrir o foco. Em vez disso, várias tiras de pixels no sensor serão suficientes. Normalmente, apenas 5 a 10% dos pixels do sensor são reservados para a focagem automática. Porém, as faixas verticais significam que as câmeras podem ter problemas para focar nas linhas horizontais; Sendo assim, melhores sensores usam padrões de foco cruzado.

O CDAF faz um bom trabalho ao focar passivamente uma imagem sem a necessidade de nenhum hardware adicional. Porém, como é necessário mover fisicamente a lente em busca da melhor posição em que tudo está em nítido contraste, o CDAF é o mais lento de todos os sistemas de foco automático. Sua dependência da luz e alto contraste significa que não é ideal para fotografar em condições de pouca luz, que naturalmente têm pouco contraste.

O foco automático com detecção de contraste funciona melhor para imagens estáticas. Se houver movimentos e ações na cena, as informações de contraste serão alteradas. O CDAF não pode dizer a direção na qual o assunto em que está se focando está se movendo; por isso, acaba procurando outro lugar para focar.

Foco automático com detecção de contraste (CDAF)

Esse é o método mais antigo e popular de foco automático encontrado nas câmeras dos smartphones. O CDAF utiliza o contraste entre as áreas claras e escuras de uma cena para focar a imagem. Uma imagem digital é composta de pixels que correspondem aos photosites no sensor de imagem da câmera. Se a imagem estiver focada, os pixels serão nítidos e bem definidos.

Se uma foto digital estiver desfocada, ela ficará embaçada. Isso ocorre porque os pixels da imagem não estão em foco nítido, portanto, eles têm baixo contraste de pixels. O foco automático com detecção de contraste usa essas informações para descobrir o ponto de foco correto. Esse método dependente da luz alcança o foco por tentativa e erro.

A câmera não sabe quando alcançou o contraste máximo; por isso, move o motor de foco para frente e para trás, mesmo além do ponto focal, em busca do maior contraste entre os pixels. A idéia por trás do CDAF é que, à medida que o nível de contraste entre os pixels aumenta, mais a imagem fica em foco. Ao fazer isso, ele compara amostras de contraste até voltar ao ponto em que o contraste entre os pixels era mais alto.

Você pode realmente verá isso em ação quando tira fotos em uma câmera de smartphone que usa o foco automático de detecção de contraste. A imagem muda de desfoque na interface do usuário do aplicativo da câmera, até ficar totalmente focado, antes de finalmente capturar uma foto.

Foco automático de pixel duplo

Introduzido pelas câmeras do Samsung no Galaxy S7, o foco automático de dois pixels aprimorou o PDAF. Este foco automático é extremamente rápido, impressionante mesmo para os padrões de câmera dedicados de onde essa tecnologia se origina.

Em vez de ter apenas um fotodíodo de detecção de fase incorporado em alguns pixels que não capturam imagens, o DPAF possui dois fotodiodos em cada pixel do sensor. Isso significa que cada pixel serve a dois propósitos: capturar a imagem e fornecer dados de foco.

Foco automático a laser

O foco automático a laser é provavelmente o sistema mais simples e direto de foco automático a ser entendido. Popular há alguns anos atrás, com fabricantes de smartphones como a LG, o foco automático a laser é um sistema AF ativo que usa infravermelho para determinar o foco.

Enquanto outros métodos de foco automático dependem da luz recebida para calcular e determinar o foco, o foco automático a laser dispara um feixe de laser infravermelho invisível que examina a cena. Isso não é diferente de como uma câmera ToF faz em smartphones para criar um mapa de profundidade.

Quando o laser disparado pelo smartphone atinge um objeto, ele é refletido de volta no sensor. A câmera calcula a distância que a luz teve que percorrer e usa essas informações para mover a lente de foco da câmera para uma posição em que a imagem estará no foco mais nítido.

Como a velocidade na qual o laser viaja é constante, a distância pode ser determinada calculando o tempo que leva para o laser alcançar o objeto e, em seguida, retornando ao sensor. A LG afirmou que todo o processo de AF de laser leva apenas 0,276 segundo para focar uma imagem. Isso torna o foco automático a laser marginalmente mais rápido que o foco automático com detecção de fase. Não só isso, mas também funciona bem em condições de pouca luz!

A desvantagem é que o foco automático a laser é bastante caro e requer hardware extra na forma de um transmissor e receptor de infravermelho. Esse é um dos principais motivos pelos quais a tecnologia não se popularizou mais.

AF híbrido

O foco automático híbrido é um sistema que alguns fabricantes de smartphones adotaram para superar certos problemas que um método AF específico pode ter. Isso ocorre porque o foco automático híbrido é uma combinação de duas ou mais tecnologias AF.

A Sony, por exemplo, é conhecida por fabricar câmeras de smartphone que combinam sistemas PDAF e CDAF, enquanto o Google já usou o PDAF e o laser no Google Pixel. Essas combinações tiram proveito dos pontos fortes de cada sistema, e podem resultar em um desempenho de AF muito mais rápido e preciso.

O AF híbrido pode ser classificado como foco automático passivo, foco automático ativo ou uma combinação dos dois, dependendo dos sistemas utilizados.