【图像处理基石】什么是refocus？
1. Refocus 的定义
Refocus（重新对焦）是一种通过算法调整图像或视频焦点的技术，允许用户在拍摄后选择焦点，实现类似光场相机的“先拍照后对焦”效果。其核心是通过多视角信息或深度估计，生成不同焦平面的图像，并模拟浅景深（如背景虚化）。
2. 实现 Refocus 的算法
以下是主流的 Refocus 实现方法及其优缺点：
| 方法 | 原理 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| 光场摄影（Light Field） | 使用微透镜阵列捕捉光线的方向和强度信息，通过渲染不同视角的光线实现重对焦。 | 真正的先拍照后对焦，支持任意焦平面调整。 | 硬件成本高（需特殊传感器），分辨率较低（如 Lytro 相机仅 1080P）。 |
| 多摄像头视差 | 利用双/多摄像头拍摄的视差图计算深度，生成深度图后合成虚化效果。 | 硬件门槛较低（手机双摄普及），实时性较好。 | 依赖摄像头间距，低纹理/重复纹理区域深度估计误差大，动态场景易出现伪影。 |
| 单目深度估计（DL） | 基于深度学习（如 MiDaS、Depth Anything）从单张图像预测深度，再合成虚化。 | 无需多摄像头，适用于单摄设备。 | 深度预测精度受限，计算量大，需大量训练数据，边缘虚化可能不自然。 |
| 多帧合成（Focus Stacking） | 拍摄多张不同焦点的照片，融合清晰区域生成全焦图像或选择性虚化。 | 物理真实感强，适用于微距摄影。 | 需要静态场景，处理时间长，不适用于实时应用。 |
| 相位检测对焦（PDAF） | 利用传感器上的相位检测像素获取深度信息，辅助生成虚化效果。 | 硬件集成度高（手机传感器内置 PDAF），实时性强。 | 深度信息分辨率低，仅适用于近景，弱光性能差。 |
3. 手机上的 Refocus 部署
手机 Refocus 功能通常结合硬件与算法优化，典型流程如下：
- 数据采集：
- 多摄像头（如 iPhone 双摄/三摄）同步拍摄，获取视差信息。
- 单摄手机通过连续自动对焦（AF）拍摄多帧不同焦点的图像。
- 深度估计：
- 利用视差匹配（如 Semi-Global Matching, SGM）或深度学习模型（如 Portrait Mode 中的 DeepLab）生成深度图。
- 结合 PDAF 数据或 ToF 传感器提升深度精度。
- 虚化渲染：
- 根据深度图对背景应用高斯模糊或散景（Bokeh）效果，模拟大光圈镜头。
- 优化与加速：
- 模型轻量化：使用 MobileNet、EfficientNet 等轻量网络，或知识蒸馏压缩模型。
- 硬件加速：调用手机 NPU（如华为达芬奇架构）、GPU 或 DSP 进行并行计算。
- 后处理优化：边缘细化（如 GrabCut 算法）减少虚化溢出，动态范围调整提升观感。
实际案例：
- Google Pixel 系列：单摄+神经网络（MiDaS）实现人像模式，通过单帧深度估计生成虚化。
- iPhone 人像模式：双摄视差+语义分割（识别面部、头发等），结合 Metal 性能优化实时渲染。
- 华为 P 系列：ToF 传感器辅助深度计算，提升虚化精度。
4. 技术挑战与未来方向
- 挑战：动态场景伪影、低光环境深度估计不准、计算功耗平衡。
- 趋势：
- 端到端神经渲染（如 NeRF 变体）直接生成重对焦图像。
- 传感器融合（RGB+ToF+事件相机）提升深度鲁棒性。
- 实时视频 Refocus（如抖音“焦点跟随”功能）。
通过结合硬件创新与算法优化，手机 Refocus 技术正逐步逼近单反级虚化效果，成为移动端影像的核心竞争力之一。