PDAF (Messa a fuoco automatica a rilevamento di fase): cos’è, come funziona e a cosa serve

Il PDAF (Phase Detection Auto Focus, messa a fuoco automatica a rilevamento di fase) è un metodo di messa a fuoco automatica utilizzato nei sistemi di imaging digitale che calcola la distanza di fuoco a partire dalla differenza di fase tra due segnali ottici spostati. A differenza della messa a fuoco a contrasto, che cerca iterativamente il punto di massima nitidezza, il PDAF determina direttamente la direzione e l'entità dello spostamento necessario, consentendo un aggiustamento più rapido e a minor consumo energetico.

Principio di funzionamento

Il principio si basa sull'interferometria a due fasci: una porzione della luce che raggiunge il sensore viene deviata verso due fotodetettori (o regioni di pixel) separati da una distanza nota. Lo spostamento posizionale dell'immagine sui due detettori — lo sfasamento — è proporzionale all'errore di messa a fuoco. Il processore d'immagine risolve questa differenza e invia un segnale di correzione all'attuatore dell'obiettivo, spostando gli elementi ottici fino all'allineamento delle fasi.

Architettura: variante a doppio pixel

L'implementazione PDAF a doppio pixel integra il rilevamento di fase nella matrice del sensore d'immagine stessa. Ogni pixel è suddiviso in due fotodiodi adiacenti: uno riceve la luce deviata da un prisma o microspecchio interno, l'altro da quello opposto. In questo modo, l'intera superficie del sensore partecipa simultaneamente alla misurazione di fase, senza necessità di una striscia di pixel dedicata esclusivamente alla messa a fuoco.

• Ampia copertura: il rilevamento di fase è distribuito sull'intera area sensibile, facilitando il tracciamento di soggetti in movimento.
• Coesistenza con OIS: nei sistemi in cui compare, il PDAF a doppio pixel opera in modo complementare alla stabilizzazione ottica dell'immagine (OIS), che corregge il movimento della fotocamera, mentre il PDAF corregge l'errore di distanza focale.

Applicazioni documentate

Le specifiche di prodotto disponibili indicano la presenza del PDAF a doppio pixel sia sulla fotocamera posteriore che sulla fotocamera frontale di dispositivi mobili:

• Fotocamera principale (posteriore): sensore da 50 MP, apertura f/1.8, focale equivalente a 24 mm, dimensione sensore 1/1,56", passo pixel 1,0 µm, con PDAF a doppio pixel e OIS.
• Fotocamera frontale: sensore da 12 MP, apertura f/2.2, focale equivalente a 26 mm, con PDAF a doppio pixel.

La presenza del PDAF sulla fotocamera frontale è notevole, poiché molti dispositivi limitano la messa a fuoco per selfie a metodi a contrasto o a fuoco fisso; l'inserimento del rilevamento di fase in quella posizione accelera il blocco di messa a fuoco in condizioni di scarsa illuminazione o con soggetti vicini.

Portata e limitazioni

• Portata: il PDAF è efficace in un intervallo di distanze determinato dalla separazione dei due fasci e dalla focale dell'obiettivo. Fuori da tale intervallo, il sistema può ricorrere a un metodo di riserva (contrasto) o perdere la capacità di blocco.
• Dipendenza dal contrasto locale: in scene a bassissima texture o con illuminazione uniforme, il segnale di fase può essere debole, riducendo la precisione del calcolo.
• Integrazione nel sensore: la divisione del pixel in due fotodiodi implica una leggera riduzione della sensibilità luminosa per pixel rispetto a un singolo fotodiodo, sebbene in sensori da 1/1,56" e 1,0 µm questo effetto sia compensabile con l'elaborazione del segnale.

Interpretazione della sua presenza in un prodotto

Quando le specifiche di un dispositivo elencano PDAF a doppio pixel, indica che il produttore ha scelto un'architettura di messa a fuoco a rilevamento di fase distribuita su tutta la matrice del sensore, anziché una striscia di pixel dedicata o una messa a fuoco esclusivamente a contrasto. La sua coesistenza con l'OIS segnala un sistema ridondante di stabilizzazione e messa a fuoco: l'OIS compensa il movimento meccanico della mano e il PDAF corregge la distanza focale. La menzione esplicita sulla fotocamera frontale suggerisce inoltre che il produttore privilegia la velocità di messa a fuoco per i selfie, un differenziatore rispetto a soluzioni a fuoco fisso o a contrasto in quella posizione.

In sintesi, il PDAF a doppio pixel è una strategia di messa a fuoco che trasforma la misurazione di fase in un'operazione distribuita sull'intero sensore, offrendo velocità e copertura che la rilevazione a contrasto da sola non consente, e la cui presenza nelle schede tecniche di un prodotto è un indicatore dell'architettura opto-elettronica scelta dal produttore.