[CIS] AF (Auto Focus)

최근 들어 저조도에서 이미지 센서의 Auto Focus 성능이 매우 중요해지고 있다.

이 특성을 평가하는 방법을 알아보자.

 

#1 Angular Response 

고정된 직광을 사용해서, 센서를 회전 시키면서 나오는 출력값을 측정하는 방법이다.

보통 Green Channel 의 왼쪽, 오른쪽 포토다이오는에서 각각 측정된 값을 센서 Angle 에 따라 표시 할 수 있는데, 보통 ±10도 정도에서 왼쪽 시그널/오른쪽 시그널 비율로 이 값이 평가된다.

 

Chief Ray Angle (CRA) 는 모듈 렌즈에서 들어오는 빛의 주요 Incident Angle 을 의미한다. 실험 상으로 직광이 센서에 들어왔을때 (즉, CRA = 0도), 빛의 Power Intensity는 Incident Angle 10도에서 가장 높은 값을 갖는다. (물론 이것은 F-Number에 따라 달라진다.)

 

CRA가 10도로 빛이 입사하게 되면, 이때는 Incident Angle이 대략 13도 정도에서 가장 높은 Power Intensity를 갖게된다. 

일반 Mobile Phone에서 이미지센서 Chip의 가장자리(0.7 Field)에 들어오는 CRA 는 대략 35도 정도된다.

 

#2 Channel Difference 에 따른 Auto Focus Cross-point

이상적인 경우 Color Channel 에 따라서 AF 에 의해 발생하는 Left PD 와 Right PD 의 시그널이 교차하는 지점이 같아야 하지만, 실제로는 같은 Field 라도 동일 Color Channel 에서 나오는 신호가 다르기 때문에, 이에 따라 AF Cross-point 역시 달라질 수 있다. 일반저긍로 Channel Difference 효과는 AF 성능을 저해하는 방향으로 나타난다.

 

#3 Parallax

서로 다른 위치에서 물체를 바라 볼 때 나타나는 영상의 차이를 Parallax 라고 부른다. 보통 하나의 픽셀의 좌우 포토다이오드를 갖는 Dual Pixel 은 모듈 렌즈의 일부를 가렸을때의 Point Spread Function (PSF) 차이에 의해 시차가 발생한다.

즉, Focus, Defocus 정도에 따라 Disparity 현상이 발생한다.

 

#4 Disparity 계산 방법

Left PD 와 Right PD 에서 얻어지는 Signal 차이를 얻기 위한 방법으로 Sum of Absolute Difference (SAD) 와 Sum of Squared Differences (SSD), Normalized Cross Correlation (NCC) 세가지 정도가 있다.

이렇게 Pixel 배열에 따라 SAD(n), SSD(n) Interpolation 함수를 얻고, 이를 통해 Minimum Position을 찾는 방식이다.

이 방법을 통해 센서 Chip 위치에 따른 defocus 정도를 얻을 수 있다.

 

Focus Position = Current Lens Position - k * disparity 

 

최근의 Dual Pixel 을 갖는 센서의 경우에는 Sub-Pixel 에서 얻어진 신호를 Merge 한 시그널 값을 바탕으로 Phase Detection 을 수행한다. 현재는 50M 이미지의 경우 3 M 로 Binning 된 이미지를 바탕으로 진행한다.