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 主题:技术男烦恼于一些问题不明白~~:片上对焦,对焦点分布  [ 主题管理员: iZaZaD ]
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iZaZaD
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技术男。
爱研究些技术原理层面的东西。
不知道怎么变成摄影器材着迷者。
非本人相关专业。
原理不懂,想不明白。
着迷了。
欲罢不能还不至于,念念不忘有一点儿。

不知道有没有同样毛病的?一起来聊聊吧。

上一个刚弄得半知半解技术男烦恼于总有一些问题想不太明白~~now:mtf 摩尔纹

又碰到事儿了。

还有个事儿一直没来得及总结,无反相机的片上相位对焦,是个什么原理?都说无反的相位对焦点都是一字布置,没有单反上的十字米字,需要吗?

手头有点儿资料,陆续发上来,希望有兴趣的朋友一起研讨。

链接:https://pan.baidu.com/s/1lK3AJhlHWVga6ZY2ERyN2g 密码:74jk

里边涉及佳能的、尼康的、索尼的片上对焦原理和一些算法,还有松下DFD对焦原理,顺便还有个堆栈式传感器的介绍。


独立对焦模块相位检测示意:






双核像素和遮挡一半像素相位对焦原理示意

双核像素相位示意图


嵌入式相位示意图
本帖最后由 iZaZaD 于 2018-9-18 11:15 编辑
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2018-08-31 16:50
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peterhong 发表于 2018-9-21 07:34
西山说的应该是单反对焦模块里面的棱镜吧


这个对焦模块里面也有自己的透镜系统。

你说的这个东西的内部构造:




我原以为这个光路上的东西不会有人产生啥疑问呢
2018-09-21 14:20
peterhong
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iZaZaD 发表于 2018-9-21 05:18
应该是有什么资料让您记住了单反对焦系统里有个棱镜这个事儿,或者让您记住了这个棱镜的功能,不妨说出来交流一下?

或者,麻烦指示一下您说的棱镜在这个实物图里是哪个位置?

西山说的应该是单反对焦模块里面的棱镜吧


这个对焦模块里面也有自己的透镜系统。

2018-09-21 07:34
西山邻语
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圆规大师 发表于 2018-9-20 22:33
五棱镜作用是把倒像变成正像
我说的是对焦系统里的分光棱镜!
2018-09-21 07:10
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西山邻语 发表于 2018-09-20 11:25
这帖子自始至终没提过单反对焦系统里棱镜的作用,真是缘木求鱼哈!...
应该是有什么资料让您记住了单反对焦系统里有个棱镜这个事儿,或者让您记住了这个棱镜的功能,不妨说出来交流一下?

或者,麻烦指示一下您说的棱镜在这个实物图里是哪个位置?
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2018-09-21 05:18
圆规大师
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西山邻语 发表于 2018-9-20 19:25
这帖子自始至终没提过单反对焦系统里棱镜的作用,真是缘木求鱼哈!
五棱镜作用是把倒像变成正像
2018-09-20 22:33
西山邻语
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这帖子自始至终没提过单反对焦系统里棱镜的作用,真是缘木求鱼哈!
2018-09-20 19:25
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peterhong 发表于 2018-9-20 15:32
按照楼上的图片,好像是前照式CMOS吧?前照式CMOS因为深井效应,所以可以实现片上相位对焦(参见之前的片上相位对焦原理),那背照式CMOS电路层都移到光电二极管后面去了,深井效应减少(井变浅了,光线能填满整个井底)这样片上相位对焦就很难或者无法实现了?
这个问题挺好,对片上相位对焦像素结构理解的很透彻。

前照式背照式的区别是电路层和感光层的相对位置不一样,背照式并不是感光层就放到了很浅的地方,实际上,还是有不小的深度的。





而且,遮挡的方案也有不同做法,有的是在微透镜滤色片位置遮挡,有的是在感光二极管表面遮挡,相当于有的是在井口遮挡,有的是在井底遮挡,效果肯定有不小区别。我想,这个问题SONY肯定会考虑的很好的。咱们只需了解它的大致原理就好了。
2018-09-20 15:54
peterhong
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iZaZaD 发表于 2018-9-20 10:15




这个是SONY的一个另外方案,结构上是你说的那种,但是对焦算法还是大同小异。图上Fb像素是不参与成像的,一样得在猜色算法前用各种算法给补回来。

按照楼上的图片,好像是前照式CMOS吧?前照式CMOS因为深井效应,所以可以实现片上相位对焦(参见之前的片上相位对焦原理),那背照式CMOS电路层都移到光电二极管后面去了,深井效应减少(井变浅了,光线能填满整个井底)这样片上相位对焦就很难或者无法实现了? 本帖最后由 peterhong 于 2018-9-20 15:33 编辑
2018-09-20 15:32
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圆规大师 发表于 2018-9-19 18:36
单反对焦就是独立对焦,测光就是独立测光,成像就是独立成像,这是各司其职分工合作,什么叫做三个系统相加才能得出结果,你到底有没有逻辑可言?子系统和模块化,恰恰是现代化工业的典范之一,空客飞机全世界造零件,到法国图卢兹总装,难道工艺就不行,精度就不高了?

另外,索大微单,佳能尼康的无反,专利文档看的清清楚楚,也都是基于光学结构的对焦,相位点植入CMOS(索尼尼康)或直接集成在了CMOS上(佳能)而已。

所谓电子系统的对焦,反倒是被淘汰的反差对焦,就是最早数码相机来来回回拉风箱的那种方式,精度也只是拍静物下高,动态时候简直没法用。
圆规大师 发表于 2018-9-19 18:43
顺便,楼主发了那么多图和说明,显然你是一个字都没看。你的思维至今还停留在水军洗脑,停留在“微单不跑焦”,“单反都跑焦”的层次。
……
很荣幸能有人认真爬楼看

不知道大师看到335楼没有? 反差这东西,现在还没办法说全扔掉,用来确认合焦还真是挺简单的。

从我前边发的资料来看,在无反机身上做对焦计算,单次计算量,相位差的计算量并不比反差少,反差的最大问题是不能直接得到失焦方向但是合焦精度高些,相位差的优点是立刻知道失焦方向但是接近合焦时合焦精度就下降,两者结合起来用还是很好的方式。
2018-09-20 10:23
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peterhong 发表于 2018-9-20 01:10
刚才转到大法坛,有人说用于对焦的那个像素点只占了半个像素,那另外一半遮挡的话就太浪费片上资源了,索尼通过改变像素排列让邻近的一个像素移过来占据那半个被遮挡的像素,这样两个对焦点就能省出一个像素的空间,多造一个像素用来参与成像。




这个是SONY的一个另外方案,结构上是你说的那种,但是对焦算法还是大同小异。图上Fb像素是不参与成像的,一样得在猜色算法前用各种算法给补回来。
2018-09-20 10:15
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qumiq3 发表于 2018-9-5 16:46
很想听听楼主对这个5655可选对焦点的评价



我记得我们之前讨论的时候,基本上索尼的片上相位对焦点每一个对应N多个片上像素对,佳能这个可选对焦点一下扩大了差不多10倍的样子,且不说实际使用效果,这种玩法我估计一个对焦点可能就对应很少的像素了,甚至不排除一个对焦点就是一个像素对。

这种对焦点突然的放量,对消费者能否真正有意义?

中性灰 发表于 2018-9-19 01:42

……
EOS R的可选对焦点的范围占到整个画面的88%×100%(水平×垂直搭配有些镜头时会变小为80%×80%),几乎实现了全画面覆盖。当然覆盖到这种程度是不是足够到有点儿过剩了(焦点靠这么边上构的啥图不是?)。

需要注意的是,EOS R有5655个可选自动对焦点位,可不是5655个对焦点啊!因为EOS R可通过触屏和前后拨轮直接选择和微调对焦点的位置,单纯增加对焦点的数量已不能应对随机的目标位置。EOS R在水平方向可选择87个点位,垂直方向可选择65个点位,因此得出87x65=5655个对焦点位置的说法
……
iZaZaD 发表于 2018-9-5 16:57 请数出图中有多少个六边形,我觉得这个图可能更能说明问题:

本帖最后由 iZaZaD 于 2018-9-20 09:03 编辑
2018-09-20 09:02
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圆规大师 发表于 2018-9-19 18:24
其实这和天文望远镜的寻星镜是一个道理,一个视野更大的取景设备便于追踪,要不鸟一下就出框了

单反一样可以装这个
原理一样,那个太大了,不好装,最好的是手枪上用的瞄准器,较轻便。奥林巴斯这款很好,专门为摄影人设计,光轴调整很方便。
2018-09-20 07:51
peterhong
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iZaZaD 发表于 2018-9-19 14:09
341楼重新编辑一下,为了防止误解,去掉颜色,图中图片可认为是CMOS读取上来的某一个色彩通道的数据(请脑补已经去掉了不需要的通道)

图片1上边的一个100*100像素的小区域放大如图2所示,如果相位对焦点布置按图3专利文件的方案,那么在这个小区域上对焦像素可假设是图4的布置.

如果相位对焦像素不参与成像也不进行处理,那么画面应该如图5所示。

图6是一个简单的图像处理过程,用旁边的几个像素的数值做运算插值猜测相位对焦点对应的信息。

这个过程可以看出,相位对焦像素的存在,并不会影响画面总输出像素数,这个区域还是100*100.




补充一个尼康的专利描述:




刚才转到大法坛,有人说用于对焦的那个像素点只占了半个像素,那另外一半遮挡的话就太浪费片上资源了,索尼通过改变像素排列让邻近的一个像素移过来占据那半个被遮挡的像素,这样两个对焦点就能省出一个像素的空间,多造一个像素用来参与成像。
2018-09-20 01:10
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alpha7 发表于 2018-9-19 18:20
单反粉的智商也就是这样了
没看懂我在说啥就开喷
当然也不能指望他们能看懂,能看懂也就不会说出这种无知的观点。
凭什么三个系统相加才能得出的一个结果,比一个系统就能得出的精度高???这还不违背统计学?这还不违背工程学?
凭什么机械结构的精度,竟然能高于电子系统??这还不违背机械原理??
劳力士精度跑得过卡西欧??
顺便,楼主发了那么多图和说明,显然你是一个字都没看。你的思维至今还停留在水军洗脑,停留在“微单不跑焦”,“单反都跑焦”的层次。

我上面说的D750取景器面部识别拍的动漫展图,F2.8光圈全开,准确对焦在眼睛上,你要说尼康的缺点,那就是不会吹,不善于把一个普通功能吹的天花乱坠。

制造商 : NIKON CORPORATION
型号 : NIKON D750
光圈 : f/2.8
焦距 : 200mm
曝光时间 : 1/200
ISO感光度 : 220
2018-09-19 18:43
圆规大师
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alpha7 发表于 2018-9-19 18:20
单反粉的智商也就是这样了
没看懂我在说啥就开喷
当然也不能指望他们能看懂,能看懂也就不会说出这种无知的观点。
凭什么三个系统相加才能得出的一个结果,比一个系统就能得出的精度高???这还不违背统计学?这还不违背工程学?
凭什么机械结构的精度,竟然能高于电子系统??这还不违背机械原理??
劳力士精度跑得过卡西欧??
单反对焦就是独立对焦,测光就是独立测光,成像就是独立成像,这是各司其职分工合作,什么叫做三个系统相加才能得出结果,你到底有没有逻辑可言?子系统和模块化,恰恰是现代化工业的典范之一,空客飞机全世界造零件,到法国图卢兹总装,难道工艺就不行,精度就不高了?

另外,索大微单,佳能尼康的无反,专利文档看的清清楚楚,也都是基于光学结构的对焦,相位点植入CMOS(索尼尼康)或直接集成在了CMOS上(佳能)而已。

所谓电子系统的对焦,反倒是被淘汰的反差对焦,就是最早数码相机来来回回拉风箱的那种方式,精度也只是拍静物下高,动态时候简直没法用。
2018-09-19 18:36
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happy666 发表于 2018-9-11 08:16
用激光瞄准器,只是方便瞄准、跟踪快速目标。这种激光瞄准器就是一个内部红外反射,并不向外发射任何“激光”,更伤不倒人和鸟。
其实这和天文望远镜的寻星镜是一个道理,一个视野更大的取景设备便于追踪,要不鸟一下就出框了

单反一样可以装这个
2018-09-19 18:24
alpha7
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圆规大师 发表于 2018-9-19 18:15
你这么说,因为你完全不了解单反的设计。

事实上,人家还少说了一个,单反不但对焦模块是一个单独的CMOS,连测光元件也是单独的,D750取景器对焦也能面部识别,自动对焦眼睛(索尼吹嘘的眼控对焦),就是因为它这块测光元件像素有9万多,像素多到足以进行面部识别。
单反粉的智商也就是这样了
没看懂我在说啥就开喷
当然也不能指望他们能看懂,能看懂也就不会说出这种无知的观点。
凭什么三个系统相加才能得出的一个结果,比一个系统就能得出的精度高???这还不违背统计学?这还不违背工程学?
凭什么机械结构的精度,竟然能高于电子系统??这还不违背机械原理??
劳力士精度跑得过卡西欧?? 本帖最后由 alpha7 于 2018-9-19 18:21 编辑
2018-09-19 18:20
圆规大师
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alpha7 发表于 2018-9-1 02:07
第一次看见这种完全违背工程原理、机械原理、乃至统计学原理的扯淡...
你这么说,因为你完全不了解单反的设计。

事实上,人家还少说了一个,单反不但对焦模块是一个单独的CMOS,连测光元件也是单独的,D750取景器对焦也能面部识别,自动对焦眼睛(索尼吹嘘的眼控对焦),就是因为它这块测光元件像素有9万多,像素多到足以进行面部识别。
2018-09-19 18:15
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peterhong 发表于 2018-9-19 14:53
你这段话和我前面说的其实是一样的,我说的RGB数据,翻译过来就是RXB(X代表对焦点)数据,总之先把X给补上,然后再解马赛克。而这个X,只需要根据相邻像素的近似值补一个就行了,插值也好,猜色也好,总之表达的是同一个意思(把数据补上),关键在于最后对焦点不影响总像素输出。
对焦点不影响总像素输出 。 这个总算是说清楚了。
2018-09-19 15:18
peterhong
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iZaZaD 发表于 2018-9-19 13:46
建议你去看看反马赛克算法相关的资料。

做猜色计算的前提是得到一个正常的RGGB排列的信号。带有相位对焦像素的传感器初始读上来可以认为有异常的数据RG(P)B ,第一步是要把(P)变换成正常的RGGB排列数据,然后才去做猜色运算。

SONY的专利文件在这个问题上写的非常清楚:





你这段话和我前面说的其实是一样的,我说的RGB数据,翻译过来就是RXB(X代表对焦点)数据,总之先把X给补上,然后再解马赛克。而这个X,只需要根据相邻像素的近似值补一个就行了,插值也好,猜色也好,总之表达的是同一个意思(把数据补上),关键在于最后对焦点不影响总像素输出。
2018-09-19 14:53
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iZaZaD 发表于 2018-9-19 13:59
可能文件太多了,没办法看的太仔细。 专利文件就这样,都是蜻蜓点水说个大概。

关于算法介绍比较多的文件(需要翻墙):
https://patents.google.com/patent/JP6061655B2/en?oq=JP2014109760A
https://patents.google.com/paten ... oq=US20180183984A1+
再补充一个:https://patents.google.com/paten ... ?oq=US20100157094A1
2018-09-19 14:39
darkegg
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iZaZaD 发表于 2018-9-19 13:59
可能文件太多了,没办法看的太仔细。 专利文件就这样,都是蜻蜓点水说个大概。

关于算法介绍比较多的文件(需要翻墙):
https://patents.google.com/patent/JP6061655B2/en?oq=JP2014109760A
https://patents.google.com/paten ... oq=US20180183984A1+
暂时翻不了墙,以前用的亚马逊免费云很稳定,但是一年到期了,还在找其他的。
有什么好介绍吗?
2018-09-19 14:19
iZaZaD
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341楼重新编辑一下,为了防止误解,去掉颜色,图中图片可认为是CMOS读取上来的某一个色彩通道的数据(请脑补已经去掉了不需要的通道)

图片1上边的一个100*100像素的小区域放大如图2所示,如果相位对焦点布置按图3专利文件的方案,那么在这个小区域上对焦像素可假设是图4的布置.

如果相位对焦像素不参与成像也不进行处理,那么画面应该如图5所示。

图6是一个简单的图像处理过程,用旁边的几个像素的数值做运算插值猜测相位对焦点对应的信息。

这个过程可以看出,相位对焦像素的存在,并不会影响画面总输出像素数,这个区域还是100*100.




补充一个尼康的专利描述:



本帖最后由 iZaZaD 于 2018-9-19 14:22 编辑
2018-09-19 14:09
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darkegg 发表于 2018-9-19 13:06
你找的专利文档粗略看了下,并没有双核对焦核心算法的,基本都是处理一些周边问题,比如两个图像合成后的溢出问题。以及如何处理两个图像不均匀的问题(这在边缘很严重),其中有提到另一个专利是试图用卷积算法,但是计算量太大,更新的替代专利改成了更简单的方法。 实际是看看摘要这一小段就可以筛选要看的东西,专利文档太多了,很多是已经过时被新专利替代掉的。
可能文件太多了,没办法看的太仔细。 专利文件就这样,都是蜻蜓点水说个大概。

关于算法介绍比较多的文件(需要翻墙):
https://patents.google.com/patent/JP6061655B2/en?oq=JP2014109760A
https://patents.google.com/paten ... oq=US20180183984A1+ 本帖最后由 iZaZaD 于 2018-9-19 13:59 编辑
2018-09-19 13:59
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peterhong 发表于 2018-9-19 13:15
并非去掉?这个对焦点像素。而是从一开始的算法上就忽略掉对焦点像素,按照普通的RGB来读取,等读到对焦点没数据的时候就根据相邻像素补一个,因为一个像素有RGB三个值,而对焦点只占其中三分之一,补其中一个值(比如R值),就行了。
建议你去看看反马赛克算法相关的资料。

做猜色计算的前提是得到一个正常的RGGB排列的信号。带有相位对焦像素的传感器初始读上来可以认为有异常的数据RG(P)B ,第一步是要把(P)变换成正常的RGGB排列数据,然后才去做猜色运算。

SONY的专利文件在这个问题上写的非常清楚:



2018-09-19 13:46
peterhong
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iZaZaD 发表于 2018-9-19 13:06
你没说到重点上。对焦像素它不论是R 或者G 或者B ,它都占据了一个像素的位置,不管是插值还是猜色处理,占据的位置不能的丢,你不能在一个□□□□□□□?□□□□□□□(?代表相位对焦像素)排列的像素中按□□□□□□□□□□□□□□这样的方式去掉一个?去输出图像,任何一个厂家都不会这么干。只能是□□□□□□□■□□□□□□□ 或者□□□□□□□◇□□□□□□□ (◇表示被替代)。
并非去掉?这个对焦点像素。而是从一开始的算法上就忽略掉对焦点像素,按照普通的RGB来读取,等读到对焦点没数据的时候就根据相邻像素补一个,因为一个像素有RGB三个值,而对焦点只占其中三分之一,补其中一个值(比如R值),就行了。
2018-09-19 13:15
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peterhong 发表于 2018-9-19 12:55
楼上你犯了一个错误!像素点是按照RGB分别的,一个像素一共有R、G、B三个像素点,而对焦用的只占R、G、B之中的一个。无反对于不参与成像的对焦点并非用插值解决问题,而是用猜色来解决问题。因为R、G、B当中两个有数据,一个没有数据,只需要根据相邻像素补上一个数据就行了。

当去除掉这些对焦点以后,能多出像素空间,三个对焦点多出一个像素空间,整体像素自然就多了。

这个问题我之前反反复复重复多次,你还是不理解。
你没说到重点上。对焦像素它不论是R 或者G 或者B ,它都占据了一个像素的位置,不管是插值还是猜色处理,占据的位置不能的丢,你不能在一个□□□□□□□?□□□□□□□(?代表相位对焦像素)排列的像素中按□□□□□□□□□□□□□□这样的方式去掉一个?去输出图像,任何一个厂家都不会这么干。只能是□□□□□□□■□□□□□□□ 或者□□□□□□□◇□□□□□□□ (◇表示被替代)。
2018-09-19 13:06
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iZaZaD 发表于 2018-9-18 09:44
相位对焦点分布话题
综合几家情况看,貌似无反边缘对焦还是挺有难度的,那么 ...
你找的专利文档粗略看了下,并没有双核对焦核心算法的,基本都是处理一些周边问题,比如两个图像合成后的溢出问题。以及如何处理两个图像不均匀的问题(这在边缘很严重),其中有提到另一个专利是试图用卷积算法,但是计算量太大,更新的替代专利改成了更简单的方法。 实际是看看摘要这一小段就可以筛选要看的东西,专利文档太多了,很多是已经过时被新专利替代掉的。 本帖最后由 darkegg 于 2018-9-19 13:06 编辑
2018-09-19 13:06
peterhong
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iZaZaD 发表于 2018-9-19 12:45
关于相位对焦像素所占据位置输出图像的处理:



图1的一个100*100像素的小区域如图2所示,如果相位对焦点布置按图3专利文件的方案,那么可看做是图4. 如果相位对焦像素不参与成像也不进行处理,那么画面应该如图5所示。  图6是一个简单的图像处理过程,用旁边的几个像素的数值做运算得到相位对焦点的信息。

这个过程可以看出,相位对焦像素的存在,并不会影响画面总输出像素数,这个区域还是100*100.

至于厂家公布的那些有效像素和最大像素数字差值,应该是另有其他原因。
楼上你犯了一个错误!像素点是按照RGB分别的,一个像素一共有R、G、B三个像素点,而对焦用的只占R、G、B之中的一个。无反对于不参与成像的对焦点并非用插值解决问题,而是用猜色来解决问题。因为R、G、B当中两个有数据,一个没有数据,只需要根据相邻像素补上一个数据就行了,这也是索尼无反处理不好色彩的根本原因,尼康Z7估计用的不是索尼这种对焦技术。

当去除掉这些对焦点以后,能多出像素空间,三个对焦点多出一个像素空间,整体像素自然就多了。

这个问题我之前反反复复重复多次,你还是不理解。 本帖最后由 peterhong 于 2018-9-19 13:04 编辑
2018-09-19 12:55
iZaZaD
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关于相位对焦像素所占据位置输出图像的处理:



图1的一个100*100像素的小区域如图2所示,如果相位对焦点布置按图3专利文件的方案,那么可看做是图4. 如果相位对焦像素不参与成像也不进行处理,那么画面应该如图5所示。  图6是一个简单的图像处理过程,用旁边的几个像素的数值做运算得到相位对焦点的信息。

这个过程可以看出,相位对焦像素的存在,并不会影响画面总输出像素数,这个区域还是100*100.

至于厂家公布的那些有效像素和最大像素数字差值,应该是另有其他原因。
2018-09-19 12:45
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