今天來講一講PDAF（相位對焦）的基本原理。
在自動對焦的時候總是有一個困惑，知道圖像是不清楚的，但是lens應該向前還是向后移動呢？總是要前后移動lens一下才知道，普通的反差法對焦就是這么做的，爬山嘛。PDAF的出現就是為了解決這個lens移動的問題，可以根據圖像，預判lens運動的方向。
PDAF最早運用在單反上，已經是非常成熟的技術了，原理如下圖。
左圖為CCD在焦后的情況，右圖為焦前。當CCD在焦后時，在線陣CCD1和CCD2上會發現聚焦點CCD1的在左，反之，則聚焦點CCD2的在左（圖中紅色標記的光線）。
這種方法需要加額外的一個半透半反鏡，還需要加兩個透鏡，兩個線陣CCD，結構復雜，不適用於手機等便攜式設備中。所以pdaf sensor應運而生。
PDAF sensor的原理和單反中的略有不同。
以軸上點為例，紫色光線代表經過上半部分透鏡的光線，而藍色代表經過下半部分透鏡的光線，可以看到，當CCD在焦前的時候，上半部分的CCD接收到的是上半部分的光線，而下半部分的CCD則接收到的是下半部分的光線，反之，在焦后的時候恰好相反。那么如果我們可以區分光線是來自透鏡的上半部分還是下半部分，我們就可以知道是焦前還是焦后了。不難發現，CCD越接近理想成像面，兩色光線在CCD上所成像越接近，當恰好成像清晰時，兩色光線是重合成一點的。
PDAF sensor的一種實現如下圖所示，在CMOS上面一半的位置加了金屬遮蓋，這樣，被遮住左邊一半的像素點就只能接受左邊來的光，同理，pair的被遮住右邊一般的像素點就只能接受右邊來的光。一般在CMOS中，遮住左邊和遮住右邊的像素點是在相鄰位置會成對出現。
按照這種原理，我們就可以知道，上圖的軸上點發出的光在位於焦前的CCD上所成像應如下圖所示。橫坐標為pixel的x軸坐標，以光軸中心為0，縱坐標是像素接收到的光強。可以看到，左邊遮擋的像素（L）和右邊遮擋的像素（R）所得到的圖像是關於光軸對稱的。所以，我們可以通過求自相關得到兩個圖像的shift，進而求得sensor需要移動的距離（當然要通過tunning獲得這樣的對應關系）。
講到這里，應該是沒毛病的，對於軸上一點，pdaf是可以有效的得到相位信息的。
那么對於軸外一點呢？如下圖所示，當然也是可以的。
細心的可能會發現這里有個問題，軸上點和軸外點在CCD上面的成像會彼此交疊，這樣，應該會對pdaf的效果產生影響的。好在我們平常的場景中，一般都有一些中低頻物體，那么對這些物體的話應該是影響很小的。
PDAF的最終效果還和什么有關系呢？
1. 相機的F數，F數越小，PDAF的效果越精確。F數越小，景深越小，那么在物體離焦時，得到的彌散斑越大，L和R的shift越大
2. 相機的曝光時間理論上不影響PDAF的效果，但是如果曝光時間過短，圖像噪點過大，是會造成pdaf的L和R shift不准確的
3. 物體距離相機越近，pdaf的效果越精確。物體距離相機越近，物體移動相同距離的shift比在物距遠時要大，這個跟景深是吻合的
4. 物體的pattern，當物體的pattern呈某種特定形狀，會使得pdaf的像素檢測不到shift，比如純色或重復的pattern
5. 軸外點的精度低於軸上點。同樣的離焦情況下，軸上點的shift比軸外點要大。
6.物體本身的顏色。當pdaf的像素都是G時，如果物體本身的顏色為R或者B，則會導致pdaf接收到的光能過小，從而影響pdaf的准確性