自動對焦了解一下

　　了解自動對焦，對你的攝影道路少走很多彎路

　　自動對焦的定義與相關知識

　　在回答這個問題之前，必須要先弄清楚什么是對焦。對焦指的是調整鏡頭獲得細節(jié)最豐富的高清圖像。能夠獲得最佳對焦的只有畫面中的一個對象。

　　相機良好的對焦系統(tǒng)可以為圖像帶來快速穩(wěn)定的成像。眼睛與相機往往會拿來作對比，但在自動對焦這方面，除了近視遠視的人，其實我們很難感覺到人眼是怎么對焦的。基本一眼看去某個方向，就能立馬完成對焦得到清晰的圖像。人的視覺注意力通常只能集中在一個小區(qū)域范圍內，而在相機對焦時也應該遵守這個原則：選取一點進行對焦。

　　自動對焦就是相機調整鏡頭令畫面的一個點達到最清晰的狀態(tài)。

　　從中畫幅到手機，大多數攝影器材都有自動對焦功能。數碼單反的自動對焦功能仿佛太過于死板，只能在固定點進行對焦，而現代的智能手機能通過手指點擊確定對焦點位置，讓用戶可以自由直觀地在圖像的任意位置進行對焦。

　　單反的對焦速度更快更精確，但對焦點數目少，會導致很多麻煩。并不是我們想要對焦的位置都在畫面中間或對焦點覆蓋的其他地方。這樣的問題要如何解決?

　　入門單反的對焦屏有11個對焦點。

　　中端單反對焦點也多。

　　拍攝模式對對焦功能的影響

　　首先在對焦前要決定拍攝模式，大致分為自動的場景模式和手動模式兩種。若是自動場景模式，相機會預先決定對焦方式以適應眼前的環(huán)境。若是使用手動P、A、S、M模式，相機就會允許用戶改變對焦設定，甚至改變對焦點的位置。要完全控制對焦功能，就要使用這些操作范圍廣的手動PASW模式。

　　單反的模式轉盤被劃分成高端模式與入門的自動場景模式

　　掌握有關自動對焦的拍攝技巧

　　重構圖步驟教程

　　若相機提供多個對焦點，用上這些對焦點會令創(chuàng)作更加靈活。有些人喜歡只用中央對焦點，他們覺得中央對焦點對焦最準確，也最常用。使用的重點在對好焦后的再次構圖，具體步驟如下：

　　1.對焦點設置：將對焦設置為單次伺服對焦或單點對焦，對焦點選擇在中央點上。中央對焦點往往是技術含量最好的。

　　2.使用半按快門的技巧：在調整好相機設置之后，使用半按快門的技巧保持對焦距離不變。

　　3.再次構圖：在半按快門的前提下移動拍攝角度，運用三分法等經典構圖法則，重新對畫面重新構圖。

　　使用中央對焦點+AF鎖也是正確的用法，這就是預對焦。若不希望一直占用著快門鍵，AF鎖就能幫上大忙

　　使用非中央對焦點，嘗試不同的對焦模式

　　即使有了51點對焦系統(tǒng)，我們也常遇到主體跑出對焦區(qū)域的情況。其實我們掌握了中央單點對焦重構圖的技巧，這些多余的對焦點有什么用呢?

　　第一個原因：重構圖會導致對焦距離產生變化。當拍攝主體較遠時，移動拍攝角度產生的距離差可以被忽略，但若是近距離拍攝，這距離差就大了，就像微距拍攝時移動鏡頭造成的后果一樣。

　　第二個原因：事前精心準備的構圖會被破壞。若在拍攝前就決定好取景構圖，實在不適宜因對焦的問題就改變固定好的機位，此時使用對應位置的對焦點才是最好選擇，若再不行，寧愿手焦也不愿改變機位。

　　第三個原因：多點對焦有利于跟焦拍攝移動物體。奔跑的小孩、飛馳的賽車，若是使用單點對焦拍攝這些移動物體，難以對準，容易脫焦，也沒時間重構圖;而相機若有多點對焦系統(tǒng)，可以用伺服對焦令拍攝成功率增加。

　　高階相機會提供強大實用的對焦模式，親自試試看是否對自己有幫助

　　若機身上有快捷鍵，可以快速更改對焦模式

　　改善自動對焦的效果

　　在有圖像反差的地方對焦

　　相機通過圖像的反差來認識世界，如果是面對白色的物體，沒有任何細節(jié)反差，相機無論怎么對焦都只能看到一大塊白色，根本不知道自己對準沒，對焦就會失敗。若在反差明顯的地方對焦，成功率可是相當高，對焦速度也超快!

　　左圖中央點對焦因為物體上的反差很快成功，而右圖因為中央對焦點內一片漆黑而對不上焦。

　　使用對焦輔助燈應付全黑環(huán)境

　　卡片機或微單常用紅光輔助對焦，單反大多都可以使用閃燈作為對焦輔助燈，在全黑的環(huán)境下，相機會遇到前文提到的情況：相機怎么對焦都只能得到一片黑色，根本不知道對沒對準。這時使用對焦輔助燈就能讓相機看到周圍的環(huán)境了!

　　在某些旅游景點或私人區(qū)域，閃光燈是不允許的，所以平時最好將這個功能關掉，需要用時再打開。

　　便攜相機常有的紅光，用于輔助對焦

　　購買大光圈鏡頭

　　聽起來像是“用錢可以解決所有問題”，但對比光圈較小的狗頭，較大口徑的鏡頭真的會令自動對焦更加快捷準確(對焦馬達和對焦外部條件一致時)。不是說能大幅度地提高對焦速度，而是降低鏡頭拉風箱的幾率。如果使用的鏡頭最大光圈太小，一些老的入門單反甚至只能用中央對焦點對焦，而其他對焦點會失效。

　　自動對焦的發(fā)展簡史

　　1960年，萊茨(現在的萊卡)開始申請自動對焦技術專利。1976年，萊卡在世界影像博覽會(Photokina)展示了一個自動對焦的相機(Correfot原型機)。1977年，柯尼卡發(fā)布了第一臺大規(guī)模生產的自動對焦相機C35。1981年，賓得發(fā)布了第一臺TTL自動對焦的35mm單反相機ME-F，1983年，尼康也發(fā)布了類似的自動對焦相機F3。

　　自動對焦模塊在下面突出。

　　這些早期能自動對焦的單反都帶有鏡頭馬達，尤其是你會看到小巧的標準鏡頭旁邊有一大塊馬達機構在旁。這一直持續(xù)到1985年，美能達MAXXUM7000隨著傳感器驅動電機在機身上。

　　這是第一臺成功打開自動對焦單反市場的相機。在此機以前的自動對焦相機對焦慢而且老出錯，制作成本也比手動機器高很多。

　　尼康緊跟美能達之后也有所發(fā)展，但在92年也重新用回機身馬達。佳能在1987年推出EOS系統(tǒng)，在擴大卡口的同時直接將對焦系統(tǒng)完全電子化，此舉等同于放棄原有的FD卡口。

　　歷史大概是如此了，讓我們看看里面具體的技術吧~。

　　FD和EF已經是完全不同的兩個卡口。

　　物理理論

　　相位檢測

　　大部分自動對焦的單反都用此原理進行對焦。光線通過副反光鏡射入下方的對焦用傳感器進行對焦。在相位檢測測距組件上的感光元件是排成一個陣列(一般是排成一行)在光線照射下，會產生一定的電信號。因此相位檢測只能檢測一個固定方向的對焦情況，而不能檢測圖像的整體形狀。高端單反相機往往用兩組相位檢測儀組成精確的十字對焦系統(tǒng)，或用四組檢測儀組成雙十字對焦系統(tǒng)。要注意的是，不同廠家對于雙十字對焦定義也不一樣，如中央8向雙十字對焦和井形雙十字對焦等。

　　可以看到內部有防反光的幾何設計，灰塵不少。

　　反差檢測

　　反差檢測原理的對焦系統(tǒng)，一般會整合到感光元件里面，在使用數碼單反的實時取景功能時你會用上它。小型相機和無反相機往往只能用反差檢測式的對焦系統(tǒng)。其實雖然說是系統(tǒng)，反差檢測只是用軟件就可以實現，不需要特別的物理原件。最重要就是感光元件和圖像處理器。

　　混合型檢測

　　如名所示是上文兩種系統(tǒng)的結合。將相位傳感器集成到主感光元件上，以實現兩種檢測同時運行的效果。混合性檢測有助于提高對焦速度。

　　工作原理

　　我們了解了對焦的物理理論。接下來將試試將其變?yōu)楝F實。

　　焦點和距離

　　相機的鏡頭是一套復雜的系統(tǒng)，但我們可以將其看做只有一塊鏡片。要對焦，只要移動這塊鏡片就好。拍攝對象的距離決定了移動鏡片的程度。理想化的條件下，鏡片聚焦情況遵守以下公式：

　　這公式要求鏡片本身沒有厚度……這是不可能的事。不過我們現在只是借助這條公式作為參考。

　　非常簡單的鏡頭，就像一個放大鏡。

　　非常夸張地設定鏡頭焦距為1000mm，即使1m。所以1/f=1。當S1、S2均為2m時，公式成立，燈泡成功對焦。 　　若燈泡從2m處移動到8m處，要想成功對焦根據上文公式，可解得S2=1.14m，感光元件應該在1.14m處?？上蠄D并沒有如此，因此對焦失敗，感光元件上只有一個模糊的光斑，成為了畫面的焦外。

　　神馬!?1000m的鏡頭，物體從2m移動到8m，相機內對焦，鏡片要移動0.86m?這相機體型要多大……

　　若在第一片鏡片后加入第二組鏡片，就可以有效控制后焦距距離，就可以對上焦了。如下圖例子：

　　鏡片的復合系統(tǒng)，這差不多成為真正的攝影鏡頭了。就算被攝物體大幅度移動，鏡頭內鏡片也可以只移動一點點。 　　理想化的數學模型未必是完美的，但是的確能幫助我們去設計鏡頭。了解鏡頭結構之后，接下來是相位檢測和反差檢測在相機內運用的情況。

　　相位檢測

　　相機機身內，副反光鏡下，其實還有一些小型的鏡片組用以分離對焦用的光線。這些小鏡片組可以將主鏡頭光線重新分離成不同視覺方向的光線，再進行相位檢測。這樣就相當于旁軸相機的黃斑相位對焦。

　　假設我們有一張使用大光圈鏡頭拍攝的焦外虛化的圖片。其實這張圖片是由無線個無虛化圖片集合而成。而在現在的鏡頭技術水平條件下，這些無虛化圖片的一個共同點是在某一個固定平面它們記錄的信息相同。所以它們的集合，在這個平面上的信息是清晰的。

　　這就是大光圈虛化的真相，你所看見的光斑，其實每一點都是原來的點光源，只不過是亮度低，點數多，又剛好排成圓形，看起來才是光斑的樣子。

　　因此一般我們看到的照片，只要是由光圈結構鏡頭拍出來的，都已經包含多個角度的圖像。小鏡片組的作用是分離出其中的兩個角度，交給對焦傳感器將其進行對比，確定那個平面的位置。

　　反光板下的鏡片組就像光圈F22的小鏡頭，在不同的角度提取出模糊畫面之中的細節(jié)。

　　原理簡圖。其中沒有鏡頭和附加的鏡片。

　　光線來自鏡頭的兩個方向，被兩組不同的相位檢測儀捕捉檢測，并進行對比。被捕捉的圖像其實在畫面中是相同的位置，是對焦點所在的位置。

　　原理簡圖。省略了鏡頭的存在。

　　相位檢測儀將輸出兩組數據到AF運算芯片中進行比較。雖然不同的廠家有不同算法，但這個過程一般會用到自相關和匹配函數。我們的最終目的是計算兩組圖像之間相距的距離，然后進行調整。最終結果越近越好。

　　對比圖像信息就可以完成對焦了。

　　前文有提到過相位檢測對焦有一字對焦、十字對焦等分別。其實一字對焦就是一對相位檢測儀組成的系統(tǒng)，十字對焦就是兩對，一橫一豎，或是斜向交叉排列。下圖是多組不同方向相位檢測的檢測情況。

　　十字對焦總是更有優(yōu)勢。

　　反差檢測

　　反差檢測會讀取對焦點位置附近的圖像，記錄圖像像素的亮度并求出它們的最大對比值。圖像獲得最大對比值，就是對焦成功時。

　　圖中的函數梯度反映了圖像的對比度。就可從數學方式判斷較銳利的圖像。

　　接下來鏡頭將前后移動對焦，相機補鑊圖像分級計算，令圖像往對比度高里變化。如果對比度降低，說明鏡頭走錯了方向，調整方向繼續(xù)對焦，直到對比度獲得最大值為止，就對好了焦。

　　上圖模擬了相機的對焦步驟：對焦，走錯回頭，經過最優(yōu)點，最后微調。

　　反差檢測自動對焦的結果可以非常精確，因為它直接以補鑊圖像為基礎進行運算，沒有其他可能出差錯的硬件系統(tǒng)，跑焦可能性就小了。但是這種結構也決定了相機必須要來來回回移動鏡頭才能完成對焦，所以從理論上分析，反差檢測對焦要比相位檢測對焦慢。或許現在一些新相機上，反差對焦表現也不錯，但是其中還有鏡頭小型化等原因，像單反鏡頭這樣的大體積鏡頭，使用反差檢測對焦會很吃虧。

　　可以預見的是這兩種對焦方式都有其自身的局限。有沒有什么辦法能兩全其美?

　　不同的主題、不同的光線效果，都對照片的對比度有影響。

　　混合式檢測

　　想要兩全其美，獲得相位對焦的速度，又有反差對焦的準確，要怎么辦呢?使用混合式檢測就可以達到這樣的效果!

　　無反相機或使用實時取景的單反相機對焦時，所有的光線將直接照射在感光元件上，所以混合式檢測對焦的辦法就是將相位檢測儀集成在感光元件中，不再另外設置硬件檢測對焦。

　　那么如何將相位檢測儀集成其中?考慮到現代感光元件的結構，最簡便的方法是選擇感光元件內的像素點，將其中的微透鏡覆蓋擋住一半。

　　原理

　　相位檢測要求先從虛化的大光圈鏡頭成像內抽取沒有虛化的小光圈鏡頭成像。

　　擋住一半微透鏡的意義是，讓這個像素只接收一個方向的光線。擋住左邊只接收右邊，擋住右邊只接收左邊。于是相機就可以分別獲得從左右兩邊而來的圖像，就可以進行相位檢測了~!

　　選擇綠色是因為綠色像素點比較多。

　　這項技術和舊時代的膠卷相機裂像對焦屏一樣原理，分離左右兩方向的光線成像，當它們重合時即可完成對焦。富士的X100s以此實現了電子裂像對焦屏，索尼、佳能、尼康也在它們的相機上實現了混合對焦系統(tǒng)。

　　融合在感光元件上的相位檢測儀低光檢測能力不是很強，檢測位置也往往被限制在畫面中心區(qū)域。這項技術現在在起步階段，未來的發(fā)展方向可能是進一步排擠像素點的位置，插入更多對焦專用傳感器，再植入高端的相位檢測技術，如“米”字和“井”字排練對焦。