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                李晖话器材|说说数码时代相机的对焦

                人民摄影2021-09-07 14:33:53


                进入数码相机时代,现在主流的自动对焦方式是相位差对焦和反差对焦,自动对焦单反相机基本上都是采用了相位差对焦模式无反相机以及不可换镜头的数码相机采用的是反差式对焦。



                01

                自动对焦发展历史


                照相机自动对焦系统可以追溯到上世纪60年代。1963年,佳能公司曾在科隆博览会(Photokina)上展出一架具有自动对焦能力的照相机原型,这个时期的 AF 技术仍相当原始。1974年,尼康公司也推出了一款具备自动对焦能力的原型机;但其设计ξ 仍十分依赖机械结构,体积大、反应慢是最大的缺点。


                一直到1975年,美国Honeywell公司才发表了具有实用价值的自动对焦组件 VISITRONIC AUTOMATIC FOCUSING SYSTEM,又称为 VAF系统。Honeywell公司生产的微型光电自动调焦组件,首先用于柯尼卡C35AF照相机。基本原理类似双影重合测距器,被摄对象通过照相机两个测距窗后的反光镜(一固定、一活动),将影子反射到机内的两个光电感应体上,当两个影子的反差完全一致时,输出的信号最强,即完成调焦,全过程约需80毫秒。



                Konica C35 AF 是第一架实用的AF 135传统照相机,属于第一代被动式自动对焦技术。Honeywell 公司的对焦技术原理影响深远,由于这一系统的成功,导致相机工业的革命,后期各个厂家开发的各类自动对焦相机基本上都基于相似的原理和技术。


                后来又有了红外线对焦、超声波对焦等主动对焦方式,但基本上都是用于便携式袖珍相机。


                基于Honeywell 公司的对焦技术原理一直延续到了数码相机时代。数码♀相机出现后,对焦技术又有了更多新的变化。


                02

                相位差对焦与反差对焦


                进入数码相机时代,主流的自动对焦方式是相位差对焦和反差对焦。


                现在的自动对焦单反相机基本上都是采用了相位差对焦模式。这种对焦方式,早在胶片单反相机就已经开始应用。自动对焦单反相机都拥有一个基于上述位置检测自动对焦原理的自动对焦模块。它是作为相机的子系统存在的,它的作用就是测距,并给机身传达微调镜头的指令并实现最终的合焦。在典型的单反光路设计中,入射光线通过副反光板反射部分光线到自动对焦模块。通过分离镜头和线性传感器将图像分离出两个图像,然后通过线性传感器检测出两个图像之间的距离,并且准确的告诉镜头驱动模块,应该将镜片向哪个方向移动。相位差对焦由于是被动式对焦,所以缺点是当光线弱、光线不足的情◆况下,对焦速度和性能会明显下降。因此很多单反相机都有自动对焦辅助灯来辅助对焦。


                为了提高精度,很多相机的中央对焦点︾采用十字形的设计,这样做的好处是增加了相位差校验的次数,对焦精度自然更有保障,更高级的设计是双十字,传感器单元交错排列,这对保证精度更有益。对焦精度是划分相机档次的重要性标志。低端机型的辅助对焦点对应的传感器只有一字型排列。高端相机,几乎所有的对焦点都是十字形对焦。


                光圈大小会影响光线入射角度,大光圈斜射角度大,它对应的传感单元位于边缘部分,如果此处传感单元覆盖不够,就会存在对焦精度不够的问题。一般来说,中央对焦点的覆盖面积是最大的,主要是为了满足大光圈的需求。


                传统相位对焦的最大问题是,它需要从光路从分光到自动对焦传感器,为了保证取景器的明亮程度,传感器分到的光量约为30%左右,这显然不如100%光量∴时的工作状态好。


                现在无反相机以及不可换镜头的数码相机,主流的对焦方式是反差式对焦,这种技术依赖的是感光器和图像处理器实现,这种对焦方式是在相机数字化后才开始产生的√,它的实现的先决条件之一就是感光器可以实时获取影像。


                反差对焦是相机驱动镜头,并通过感光器实时获取影像,并传递给图像处理器,然后计算反差量,对比筛选出反差最大的,并根据反差量最大的值确定是否合焦,这种判断能获得非常高的对焦精度,实际使用也是如此。这种对焦技术被称为反差式对焦。


                这种对焦方式彻底的终结了自动对焦子系统,简化了相机结构,也降低了成本和缩小体积。但反差式对焦普遍存在速度慢的缺点,因为对焦过程中非常依赖感光器,感光器传回图像的速度,对对焦速度的影响很大。在反差式对焦方面取得巨大突破的松下,其将感光器的刷新率提高到了60Hz-120Hz,这确保了图像处理器在短时间内可获得大量可对比的影像,算法也是相当重要〗的一环。奥林巴斯的E-P1相比同时期松下G1,对焦速度明显慢,两者差别不在感光器性能,而是图像处理器配合的算法。不过现在奥林巴斯也迈过了这道坎,其微单的对焦速度比起松下并不逊色了。



                反差式对焦不存在预设的对焦点,或者说,满屏任意部分都可用于对焦,它更适合于一些新的技术结合使用,例如配合触摸技术快速更改对焦区域。


                两者相结合的新技术就是直接在感光器中整合相位差自动对焦感光器,富士、索尼等一些无反相机开始采用这种设计,很好的平衡了两种对焦方式的利弊。但这种技术会占用感光元件中的〇一些感光单元,对图像有一些不利影响。





                编辑|王华

                ?人民摄影报新媒体中心

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