Quelle est la rapidité du PDAF par rapport à la détection de contraste pour les appareils photo à fort zoom ?

J'ai vu trop de caméras à zoom 40X ne pas réussir à verrouiller la mise au point sur une voiture en mouvement. L'image reste floue pendant quelques secondes. Ces images floues sont inutiles. Et cela coûte de l'argent lorsqu'un projet échoue à l'inspection.

L'autofocus à détection de phase (PDAF) est environ 5 à 10 fois plus rapide que l'autofocus à détection de contraste dans les appareils photo à zoom élevé. La détection de contraste nécessite généralement de 1 à 3 secondes pour trouver la mise au point à plein zoom. L'autofocus par détection de contraste fait le même travail en 0,1 à 0,3 seconde. Cet écart de vitesse est particulièrement important lorsque vous suivez des cibles en mouvement à longue distance.

Comparaison de la vitesse de l'autofocus PDAF et de l'autofocus à détection de contraste pour les caméras PTZ à zoom élevé

Ci-dessous, j'explique exactement pourquoi cette différence de vitesse existe, comment elle affecte vos résultats de surveillance dans le monde réel et ce qu'il faut demander à votre fournisseur avant de vous engager dans un achat. Si vous déployez des caméras PTZ avec un zoom de 30X ou plus, il s'agit de la décision la plus importante en matière d'autofocus que vous aurez à prendre cette année.

Le PDAF peut-il réduire l'effet de “ chasse ” lorsque je zoome sur une cible en mouvement ?

J'ai vu ce phénomène se produire sur des dizaines de chantiers. Vous zoomez sur un véhicule à 40X et l'objectif se met à pulser d'avant en arrière. L'image devient nette, puis floue, puis à nouveau nette. Ce flou pulsé est appelé “chasse”. Il rend vos images inutilisables pour la saisie des plaques d'immatriculation ou la reconnaissance faciale.

Oui, le PDAF élimine pratiquement l'effet de chasse. Il calcule la distance exacte de votre cible en une seule étape, de sorte que l'objectif se déplace directement vers la position correcte. La détection de contraste doit effectuer un balayage avant et arrière pour trouver le point le plus net, ce qui provoque ce flou pulsé visible à l'écran.

PDAF réduisant l'effet de chasse sur les cibles en mouvement à fort zoom

Pourquoi la chasse se pratique-t-elle en premier lieu ?

La chasse n'est pas un défaut. C'est la façon dont Détection de contraste AF ¹ fonctionne par conception. Le système déplace l'objectif vers l'avant, vérifie si l'image est plus nette, puis le déplace plus loin ou inverse la direction. Au grand angle, ce processus est rapide car la profondeur de champ est importante. L'objectif trouve rapidement la zone de netteté.

Mais avec un zoom 33X ou 40X, la profondeur de champ devient infime. La zone de netteté peut n'être que de quelques centimètres à 200 mètres de distance. Le système de détection de contraste doit donc effectuer des mouvements très petits et très précis. Chaque mouvement prend du temps. Et si la cible est en mouvement - une voiture qui traverse un carrefour, une personne qui marche dans un parking - le point de mise au point correct change constamment alors que l'objectif est toujours en train de chercher.

Cela crée une boucle de rétroaction. L'objectif bouge, la cible bouge, l'objectif doit recommencer. Ce phénomène est visible à l'écran sous la forme d'une pulsation constante entre la netteté et le flou.

Comment le PDAF rompt la boucle

La méthode PDAF est complètement différente. Des pixels spéciaux du capteur d'image sont divisés en paires. Chaque paire observe le même point sous un angle légèrement différent. En mesurant l'écart entre ces deux vues (la “différence de phase”), le processeur le sait instantanément :

• Quelle direction l'objectif doit être déplacé
• Jusqu'à quel point l'objectif doit être déplacé

Il n'y a pas de tâtonnement. L'objectif se dirige directement vers la position cible en un seul mouvement.

Comparaison de la chasse : CDAF vs. PDAF à fort zoom

Facteur	Détection de contraste (CDAF)	Détection de phase (PDAF)
Méthode de mise au point	Balayer en avant et en arrière	Calcul en une étape
Cycles de chasse typiques à 40X	3-7 passes	0-1 passe
Il est temps de verrouiller la cible en mouvement	1,0-3,0 secondes	0,1-0,3 secondes
Flou visible pulsé	Fréquents et évidents	Rares ou inexistantes
Taux de réussite en cas de faible luminosité	Baisse significative	Reste relativement stable

Pour un intégrateur de systèmes déployant des caméras sur des bretelles d'autoroute ou à des intersections très fréquentées, cette différence n'a rien de théorique. C'est la différence entre la capture d'une plaque d'immatriculation lisible et la capture d'un flou.

Un test pratique que vous pouvez réaliser

Lorsque vous évaluez un échantillon PTZ, essayez ceci : zoomez au maximum, pointez la caméra sur une voiture située à environ 150 mètres, puis effectuez un panoramique rapide sur une autre voiture située à une distance différente. Comptez les secondes jusqu'à ce que la nouvelle voiture soit nette. Si vous voyez l'image pulser plus d'une fois avant de se verrouiller, c'est que l'appareil photo s'appuie sur la détection de contraste. Un véritable système PDAF effectue la mise au point avec peu ou pas de chasse visible.

Pourquoi la détection de phase (PDAF) est-elle essentielle pour le suivi en temps réel dans les carrefours très fréquentés ?

Je travaille avec des intégrateurs qui installent des caméras PTZ au-dessus d'intersections où quatre voies de circulation circulent dans des directions différentes. Lorsque la caméra suit un véhicule puis passe à un autre, chaque milliseconde de retard de mise au point signifie des images perdues. Dans un carrefour très fréquenté, les images perdues sont synonymes de preuves perdues.

La fonction PDAF est essentielle pour le suivi des intersections, car elle prédit la distance de mise au point en continu, et non de manière réactive. Alors que la détection de contraste recommence sa recherche chaque fois que la cible change de distance, le PDAF calcule instantanément la nouvelle position. L'image reste donc nette même lorsque la caméra passe d'une cible à l'autre à des vitesses et des distances différentes.

Suivi en temps réel du PDAF à un carrefour très fréquenté avec une caméra PTZ

Le problème de l'intersection : cibles multiples, distances multiples

Un carrefour très fréquenté est l'un des environnements les plus difficiles pour un système de mise au point automatique. Voici pourquoi :

• Les voitures se déplacent à une vitesse de 30 à 60 km/h dans le cadre
• Les distances changent rapidement au fur et à mesure que les véhicules s'approchent et se croisent
• La caméra peut avoir besoin de passer du suivi d'une voiture à 80 mètres à celui d'un piéton à 30 mètres.
• L'éclairage change constamment - phares, ombres, reflets sur la chaussée mouillée.

L'AF par détection de contraste se heurte à des difficultés car il a besoin d'une image stable pour mesurer le contraste. Lorsque l'appareil photo effectue un panoramique rapide vers une nouvelle cible, l'image est floue pendant le panoramique. Le système CDAF ne peut pas obtenir une lecture fiable du contraste tant que l'appareil photo ne s'arrête pas de bouger. Il y a donc un délai : la caméra s'arrête, l'objectif chasse, l'image se verrouille. Ce délai peut être de 1 à 3 secondes à fort zoom.

La fonction PDAF ne nécessite pas l'arrêt de l'appareil photo. Il lit la différence de phase à partir des données du capteur en temps réel, même pendant un panoramique. L'objectif s'ajuste alors que la caméra est toujours en mouvement. Lorsque la caméra atteint la nouvelle cible, l'image est déjà nette ou presque.

Comment la traque par l'IA et le PDAF fonctionnent-ils ensemble ?

Les caméras PTZ modernes dotées d'un système de suivi automatique utilisent des algorithmes de détection d'objets pour identifier et suivre les personnes ou les véhicules. Mais l'IA ne fonctionne bien que lorsque l'image est nette. Si l'objectif est en train de chasser, l'IA perd la cible car l'image floue perturbe l'algorithme de détection.

C'est pourquoi les caméras à double objectif de Loyalty-Secu associent un objectif fixe grand angle à un objectif PTZ. L'objectif grand angle repère la cible grâce à l'IA. Ensuite, l'objectif PTZ zoome et la suit. Si l'objectif PTZ utilise la fonction PDAF, le transfert se fait en douceur. S'il n'utilise que la détection de contraste, il y a un délai visible pendant lequel l'image zoomée est floue et le système de suivi AI peut perdre la cible.

Que se passe-t-il lorsque l'AF échoue à une intersection ?

Les conséquences sont réelles et coûteuses :

• Plaques d'immatriculation illisibles : La caméra filme la voiture, mais la plaque d'immatriculation est floue lors de la mise au point. Les images sont inutiles pour les forces de l'ordre.
• Le projet échoue aux tests d'acceptation : Votre client teste le système en traversant le carrefour. Si la caméra n'est pas en mesure de capturer une plaque claire dans le délai requis, le projet est rejeté. Vous en supportez le coût.
• Atteinte à la réputation : Le bruit court vite parmi les intégrateurs. Un projet d'intersection raté peut vous coûter les appels d'offres à venir.

J'ai vu des intégrateurs perdre des contrats d'une valeur de plusieurs dizaines de milliers de dollars parce que la caméra PTZ qu'ils avaient choisie ne pouvait pas assurer le suivi en temps réel. La cause première était presque toujours la vitesse de l'autofocus.

Votre appareil photo utilise-t-il la mise au point automatique hybride pour combiner la vitesse du PDAF et la précision du CDAF ?

Cette question m'est souvent posée par des ingénieurs qui savent que le PDAF est rapide mais qui s'inquiètent de sa précision à des niveaux de zoom extrêmes. Ils ont raison de poser cette question. Le PDAF pur est rapide, mais il n'est pas toujours parfait au pixel près à un zoom de 40X. Les meilleurs systèmes utilisent les deux.

Oui, les caméras PTZ haut de gamme utilisent l'AF hybride. Le système déclenche d'abord le PDAF pour déplacer l'objectif à peu près dans la bonne position en quelques millisecondes. Ensuite, la détection de contraste affine le dernier réglage pour une netteté maximale. Ce processus en deux étapes permet d'obtenir la vitesse du PDAF et la précision du CDAF en un seul cycle de mise au point.

AF hybride combinant la vitesse du PDAF et la précision du CDAF dans une caméra PTZ

Comment fonctionne la mise au point automatique hybride, étape par étape

C'est un peu comme garer une voiture. Le PDAF est la partie qui vous permet de vous garer rapidement. Le CDAF est la partie où vous faites de petits ajustements pour centrer parfaitement la voiture entre les lignes.

Voici la séquence :

1. Le PDAF tire en premier. Les pixels de détection de phase calculent la distance de la cible. Le moteur de l'objectif se déplace directement vers cette position. Cette opération couvre environ 95% de la course totale de l'objectif. Cela prend environ 50 à 150 millisecondes.
2. Le CDAF prend le relais. L'algorithme de détection de contraste vérifie la netteté de l'image dans une très petite plage autour de la position PDAF. Il effectue des micro-ajustements - parfois quelques microns de mouvement de l'objectif - pour atteindre la netteté maximale. Cette opération prend encore 30 à 80 millisecondes.
3. Mise au point verrouillée. Temps total du début à la fin : généralement moins de 200 millisecondes.

Sans l'étape PDAF, le système CDAF devrait balayer toute la portée de l'objectif. Avec un zoom 40X, cette plage est importante et le balayage prend de 1 à 3 secondes. Avec le PDAF qui fait le gros du travail, le CDAF n'a plus qu'à affiner le réglage d'une toute petite partie de la plage.

Quand le PDAF pur ne suffit pas

Le PDAF calcule la distance sur la base de la différence de phase. Mais à de très longues distances focales, même une petite erreur de calcul se traduit par une erreur de mise au point visible. Voici pourquoi :

• Avec un zoom 40X, la profondeur de champ à 200 mètres pourrait n'être que de 0,5 mètre.
• Une erreur de calcul PDAF de seulement 2% peut placer la zone de mise au point en dehors de cette fenêtre de 0,5 mètre.
• L'image semble “presque nette”, mais pas assez pour la reconnaissance faciale ou la lecture des plaques d'immatriculation.

C'est là que l'étape de réglage fin du CDAF est importante. Elle détecte la dernière erreur 2% et la corrige. Le résultat est une image qui est à la fois rapide à acquérir et suffisamment nette pour une utilisation médico-légale.

Comparaison des performances de l'AF hybride

Type d'AF	Vitesse vers 95% Focus	Précision finale	Durée totale du verrouillage	Meilleur cas d'utilisation
CDAF pur	1.0-3.0 s	Excellent	1.0-3.0 s	Scènes statiques, studio
PDAF pur	0.05-0.15 s	Bon	0.05-0.15 s	Action rapide, sports
Hybride AF	0,05-0,15 s (PDAF) + 0,03-0,08 s (CDAF)	Excellent	0.1-0.25 s	Surveillance à zoom élevé

Ce qu'il faut rechercher dans les spécifications des fournisseurs

Tous les fournisseurs qui revendiquent un “autofocus rapide” n'utilisent pas l'autofocus hybride. Certains utilisent un langage marketing qui semble similaire mais qui signifie quelque chose de différent. Voici ce qu'il faut vérifier :

• Mention claire de la “détection de phase” ou “PDAF”.” dans les spécifications du capteur ou de l'AF. Si les spécifications indiquent seulement “Auto Focus” ou “Fast AF”, il s'agit probablement d'un CDAF pur.
• Le modèle de capteur est important. Certains Sony STARVIS ² et STARVIS 2 sont dotés de pixels PDAF intégrés. Demandez à votre fournisseur quel est le capteur utilisé par l'appareil photo, puis vérifiez si ce capteur prend en charge la fonction PDAF.
• Demandez l'architecture de l'AF. S'agit-il d'un PDAF uniquement, d'un CDAF uniquement ou d'un hybride ? Un bon fabricant vous dira exactement comment fonctionne son pipeline de mise au point automatique.

Chez Loyalty-Secu, nous utilisons l'AF hybride dans nos modules de zoom 38X et 40X. Nous sommes heureux de partager l'architecture technique avec tout intégrateur qui le demande. Nous pensons que la transparence crée la confiance.

Combien de millisecondes faut-il à mon appareil photo 40X pour verrouiller la mise au point à l'aide du PDAF ?

Je sais que c'est la question à laquelle tous les ingénieurs veulent vraiment répondre. Pas de théorie. Pas de “ça dépend”. Un chiffre. Je respecte cela, alors laissez-moi vous donner la réponse la plus honnête possible.

Une caméra PTZ 40X bien conçue avec PDAF ou AF hybride verrouille généralement la mise au point en 100 à 300 millisecondes sous un éclairage normal (3 000 à 5 000 lux). En cas de faible luminosité (10-50 lux), il faut compter entre 200 et 500 millisecondes. Dans les mêmes conditions, les appareils photo à détection de contraste pure mettent de 1 000 à 3 000 millisecondes, soit 5 à 10 fois moins de temps.

Caméra PTZ 40X Verrouillage de la mise au point PDAF Mesure du temps

Pourquoi il n'existe pas de nombre universel unique

J'aimerais pouvoir dire “exactement 127 millisecondes”. Mais le temps de verrouillage de la mise au point dépend de plusieurs variables qui changent d'une prise de vue à l'autre :

• Position de départ de l'objectif : Si l'objectif est déjà proche de la distance de mise au point correcte, le temps de verrouillage est plus court. S'il doit passer de la distance minimale de mise au point à l'infini, le temps de verrouillage est plus long.
• Contraste cible : Une voiture blanche sur une route sombre est facile. Un mur gris contre un ciel gris est difficile. Les cibles à faible contraste ralentissent même les systèmes PDAF.
• Niveau d'éclairage : Plus de lumière signifie un signal plus fort pour les pixels de détection de phase. Moins de lumière signifie plus de bruit, ce qui oblige l'algorithme à faire la moyenne d'un plus grand nombre d'images avant de prendre une décision.
• Vitesse du moteur de l'objectif : L'algorithme de mise au point automatique peut calculer la position de la cible en quelques microsecondes, mais le moteur a encore besoin de temps pour déplacer physiquement les éléments de l'objectif. Un verre plus lourd (courant dans les objectifs à zoom 40X) nécessite des moteurs plus puissants et plus précis.

Plages de temps de mise au point dans le monde réel

Sur la base de tests effectués sur plusieurs modules PTZ, voici les plages auxquelles vous pouvez raisonnablement vous attendre :

Condition	PDAF / AF hybride	CDAF pur
Lumière du jour, cible à fort contraste	80-150 ms	500-1 200 ms
Lumière du jour, cible à faible contraste	150-300 ms	1 000-2 000 ms
Faible luminosité (50 lux), cible à fort contraste	200-400 ms	1 500-3 000 ms
Faible luminosité (10 lux), cible à faible contraste	300-600 ms	2 000-5 000 ms ou échec
Obscurité totale grâce à l'éclairage IR	250-500 ms	Ne se verrouille souvent pas

Ces chiffres sont issus de tests sur banc d'essai où l'appareil photo commence à un point extrême de mise au point et doit se verrouiller sur une cible à une distance connue. Vos résultats réels varieront, mais le rapport entre PDAF et CDAF reste à peu près constant : Le PDAF est de 3 à 10 fois plus rapide selon les conditions.

Comment le tester soi-même

Lorsque vous recevez un échantillon d'appareil photo, voici un protocole de test simple :

1. Fixer l'appareil photo sur une surface stable
2. Régler le zoom au maximum (40X)
3. Pointez l'appareil photo vers une cible située à environ 100-200 mètres (un panneau avec du texte fonctionne bien).
4. Défocalisation manuelle complète de l'objectif
5. Déclencher l'autofocus et démarrer un chronomètre (ou enregistrer l'écran et compter les images plus tard)
6. Notez le temps nécessaire pour que le texte du panneau devienne lisible.

Effectuez ce test cinq fois et faites la moyenne des résultats. Puis refaites-le de nuit avec l'éclairage des seuls lampadaires. Comparez vos résultats au tableau ci-dessus. Si l'appareil photo met plus d'une seconde à se verrouiller en plein zoom à la lumière du jour, il est presque certain qu'il utilise la détection de contraste pure, quoi qu'en disent les documents commerciaux.

Pourquoi les millisecondes sont importantes pour votre entreprise

Pour un intégrateur comme David, la vitesse de mise au point n'est pas un chiffre de la fiche technique. C'est un facteur de risque commercial.

Si votre caméra met 2 secondes à verrouiller la mise au point à l'entrée d'un portail et qu'une voiture passe en 3 secondes, vous n'aurez qu'une seconde d'images nettes. Ce n'est peut-être pas assez d'images pour des prises de vue fiables. Logiciel ANPR ³. Votre logiciel de RPM a besoin d'au moins 2 ou 3 images nettes pour confirmer un numéro de plaque. Une caméra PDAF qui se verrouille en 200 millisecondes vous donne 2,8 secondes d'images nettes, ce qui est suffisant pour confirmer plusieurs lectures.

C'est pourquoi je dis toujours à nos partenaires : testez la vitesse de focalisation avant de vous engager dans une commande en volume. Les quelques heures que vous passerez à tester vous éviteront des mois de maux de tête dus à des déploiements ratés.

Conclusion

La fonction PDAF est 5 à 10 fois plus rapide que la détection de contraste en cas de zoom élevé. Pour toute caméra PTZ de plus de 30X, ce n'est pas optionnel, c'est essentiel. Testez-la vous-même avant de l'acheter.

---

1. Explication de l'algorithme de balayage autofocus à détection de contraste. ︎ 2. Détails de l'implémentation des pixels PDAF du capteur Sony STARVIS. ︎ 3. Exigences de qualité de la trame ANPR pour la reconnaissance des plaques. ︎ 4. Calcul de la profondeur de champ avec un zoom 40X et une longue portée. ︎ 5. Optique autofocus à détection de phase et conception à pixels séparés. ︎ 6. Dégradation des performances de la mise au point automatique en conditions de faible luminosité dans les systèmes CDAF. ︎ 7. Optimisation de la latence du transfert de suivi de l'IA à deux lentilles. ︎ 8. Technique hybride de mise au point automatique pour les caméras de surveillance à zoom élevé. ︎ 9. Vitesse du moteur de l'objectif et réponse au téléobjectif. ︎ 10. Méthodologie de mesure du temps de verrouillage de la mise au point pour les essais PTZ. ︎