相机光学（四十四）——ALL-PD和PDAF

1.PDAF（Phase Detection Auto Focus）

  PDAF是相位检测自动对焦技术的缩写，它是一种在数码相机和智能手机摄像头中使用的自动对焦技术。
  PDAF的原理是根据CIS（CMOS图像传感器）不同像素的相位差信息，判断出当前镜头位置相对于焦清晰状态的位置，从而得到镜头应该移动的向量。
  PDAF技术通过在感光芯片上预留一些规律性对称的遮蔽像素点来进行相位检测，通过像素之间的距离及变化来决定对焦的偏移量即相位差（PD值），从而实现快速对焦。
  PDAF系统框图和分类包括单PD（shielded pixel）和双PD（Dual Pixel）技术。单PD技术中，屏蔽掉像素一半的感光区域以获得一半信号，需要另外的像素屏蔽掉另一半信号，得到完整的相位差信息。双PD技术使用两个光电二极管放在一个像素井内，分别读取两个二极管内的信息，从而实现对焦。
  PDAF的优点包括对焦速度快，暗光对焦能力强，不需要额外相位对焦像素，画质表现接近反差对焦传感器，并且可以生成深度图供景深处理。
  PDAF的缺点包括在全像素采样视频模式下不能相位对焦。

2.ALL-PD

  索尼的ALL-PD技术是指索尼半导体解决方案公司开发的全像素自动对焦（AF）技术。这项技术允许图像传感器上的所有成像像素同时也用作相位差检测像素，从而大幅提升了对焦的密度和稳定性，即使在难以对焦的场景下也能实现稳定的自动对焦。以下是ALL-PD技术的几个关键特点：
  全像素双核对焦（Dual PD）：这是ALL-PD技术的基础方式，通过将两个相邻的光电二极管（PD）组成一个像素，共享一个片上镜头（OCL），从而能够检测相位差。这种技术允许全像素参与成像和对焦，同时消除相位差检测对图像质量的影响。
  2x2 OCL方法：这种方法基于Quad Bayer传感器，其中四个同色像素共享一个OCL。这种方法结合了Quad Bayer的功能和全像素AF的优点，而且不需要将两个PD的信号合并用于图像信号，因此更容易实现高分辨率，适合于中型传感器。
  Octa PD方法：这是一种结合了Quad Bayer排列和Dual PD的技术。它保留了Quad Bayer排列的特点，如高感光度和HDR兼容性，同时通过全像素AF功能实现了出色的自动对焦性能，特别适合大型传感器。Octa PD的一个独特特点是在HDR模式下，所有像素在三个曝光级别（长、中、短）上都能检测相位差，从而实现即使在低亮度目标上也能快速自动对焦。
  ALL-PD技术通过这些方法提供了多种实现全像素自动对焦的方式，适用于不同类型的图像传感器，从而满足不同场景下的对焦需求。这种技术的发展和应用，使得索尼在图像传感器领域保持了领先地位，并为用户提供了更快速、更准确的对焦体验。

3.主要区别

  ALL-PD技术允许图像传感器上的所有成像像素同时也用作相位差检测像素，这意味着整个传感器表面都能用于自动对焦，从而大幅提升了对焦的密度和稳定性；PDAF技术通常只使用图像传感器上的一部分像素作为相位差检测像素，因此对焦性能受到相位差检测像素分布密度的限制。
  ALL-PD技术通过增加相位差信息的获取密度，实现了在以往难以对焦的场景中的稳定自动对焦，包括在暗环境中也能稳定对焦，因为收集了大量的相位差信息。PDAF技术虽然也能实现快速对焦，但在暗光环境下的表现可能不如ALL-PD技术，因为它依赖于有限的相位差检测像素。
  ALL-PD技术在使用图像信号时不需要插补处理，因此不会导致画质下降。PDAF技术在拍摄时需要对相位差检测像素的位置进行图像信息插补，如果相位差检测像素过多，可能会导致插补困难和画质下降。
  索尼半导体解决方案公司开发并提供了多种实现ALL-PD的方式，包括Dual PD方式、2 x 2 OCL方式和Octa PD方式，以适应不同类型和尺寸的图像传感器。PDAF技术通常采用特定的相位差检测像素，这些像素是一些特殊的像素，它们只允许特定方向的光通过，通过比较左右PD pixel形成的两张图像，PDAF算法会估算出当前镜头的离焦位置。
emsp; 总结来说，ALL-PD技术是索尼开发的一种全像素自动对焦技术，它通过使用所有成像像素作为相位差检测像素，提供了更高的对焦密度和稳定性，尤其在暗光环境下表现更优，并且不会因相位差检测而降低图像质量。而PDAF技术则是一种更传统的相位差检测自动对焦技术，它使用部分像素进行相位差检测，虽然也能实现快速对焦，但在某些方面如暗光环境和图像质量上可能不如ALL-PD技术。