自動(dòng)對(duì)焦

自動(dòng)對(duì)焦（Auto Focus）是利用物體光反射的原理,將反射的光被相機(jī)上的傳感器CCD接受，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理，帶動(dòng)電動(dòng)對(duì)焦裝置進(jìn)行對(duì)焦的方式叫自動(dòng)對(duì)焦。它多分為二類：一是主動(dòng)式，另一個(gè)則是被動(dòng)式。

自動(dòng)對(duì)焦分類

        1、主動(dòng)式：相機(jī)上的紅外線發(fā)生器、超聲波發(fā)生器發(fā)出紅外光或超聲波到被攝體。相機(jī)上的接受器接受反射回來(lái)的紅外光或超聲波進(jìn)行對(duì)焦，其光學(xué)原理類似三角測(cè)距對(duì)焦法.主動(dòng)式中又有能量法，用于低檔普及型相機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦，廣泛用于各種平視取景相機(jī).主動(dòng)式對(duì)焦對(duì)斜面,光滑面對(duì)焦困難.對(duì)亮度大,遠(yuǎn)距離的被攝體對(duì)焦困難.這是由于發(fā)出的光被反射到其它方向,或達(dá)不到被攝體所至.主動(dòng)式由于是相機(jī)主動(dòng)發(fā)出光或波,所以可以在低反差、弱光線下對(duì)焦.對(duì)細(xì)線條的被攝體，對(duì)動(dòng)體都能自動(dòng)對(duì)焦.缺點(diǎn)是當(dāng)被攝體能吸收光或波時(shí)對(duì)焦困難，還會(huì)被玻璃反射故透過(guò)玻璃對(duì)焦困難。

　　2、被動(dòng)式：即直接接收分析來(lái)自景物自身的反光,進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦的方式.這種自動(dòng)對(duì)焦方式的優(yōu)點(diǎn)是;自身不要發(fā)射系統(tǒng)，因而耗能少，有利于小型化.對(duì)具有一定亮度的被攝體能理想的自動(dòng)對(duì)焦，在逆光下也能良好的對(duì)焦.對(duì)遠(yuǎn)處亮度大的物體能自動(dòng)對(duì)焦。能透過(guò)玻璃對(duì)焦.但缺點(diǎn)是對(duì)細(xì)線條的被攝體自動(dòng)對(duì)焦較困難.在低反差，弱光下的對(duì)焦困難.對(duì)動(dòng)體自動(dòng)對(duì)焦能力差.對(duì)含偏光的被攝體自動(dòng)對(duì)焦能力差.黑色物體或鏡面的對(duì)焦能力差。

主動(dòng)、被動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦方式各有千秋，好在一般單反照相機(jī)上都有二種自動(dòng)對(duì)焦方式，可以互補(bǔ)使用，自動(dòng)切換,發(fā)揮其強(qiáng)項(xiàng)，克服其弱點(diǎn).單反相機(jī)上多使用被動(dòng)式對(duì)焦方式，所以其對(duì)焦受最大光圈數(shù)的限制.光圈小于F8時(shí)自動(dòng)對(duì)焦困難.為此，大多數(shù)單反相機(jī)都有自動(dòng)對(duì)焦輔助光(Autofocus aidlights)發(fā)射器發(fā)射帶紅外帶條紋的光束,幫助對(duì)不同質(zhì)地的被攝體自動(dòng)對(duì)焦。在光線足夠亮?xí)r這些輔助光是不工作的。使用時(shí)需要注意的是;由于主動(dòng)式的發(fā)射窗在相機(jī)的右邊,所以在握相機(jī)時(shí)不要讓手擋住發(fā)射窗.擋住發(fā)射窗時(shí)對(duì)不上焦.專業(yè)相機(jī)機(jī)身上沒(méi)有發(fā)射輔助光的發(fā)射窗,只有裝上閃光燈,利用燈上的發(fā)射窗發(fā)射輔助光進(jìn)行主動(dòng)對(duì)焦。

自動(dòng)對(duì)焦特點(diǎn)

　　具備以下三點(diǎn)特性

　　1、以某種方式自動(dòng)判斷拍攝者所拍攝的主體；

　　2、以某種方式測(cè)量被攝主體與相機(jī)感光元件之間的距離；

3、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)將鏡頭的對(duì)焦裝置推到與之相應(yīng)的距離刻度。

自動(dòng)對(duì)焦原理

從基本原理來(lái)說(shuō)，自動(dòng)對(duì)焦可以分成兩大類：一類是基于鏡頭與被拍攝目標(biāo)之間距離測(cè)量的測(cè)距自動(dòng)對(duì)焦，另一類是基于對(duì)焦屏上成像清晰的聚焦檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦。

1.測(cè)距自動(dòng)對(duì)焦

　　測(cè)距自動(dòng)對(duì)焦主要有紅外線測(cè)距法和超聲波測(cè)距法。

　　紅外線測(cè)距法 該方法的原理是由照相機(jī)主動(dòng)發(fā)射紅外線作為測(cè)距光源，并由紅外發(fā)光二極管間構(gòu)成的幾何關(guān)系,然后計(jì)算出對(duì)焦距離。

　　超聲波測(cè)距法 該方法是根據(jù)超聲波在數(shù)碼相機(jī)和被攝物之間傳播的時(shí)間進(jìn)行測(cè)距的。數(shù)碼相機(jī)上分別裝有超聲波的發(fā)射和接收裝置，工作時(shí)由超聲振動(dòng)發(fā)生器發(fā)出持續(xù)超聲波，超聲波到達(dá)被攝體后，立即返回被接收器感知,然后由集成電路根據(jù)超聲波的往返時(shí)間來(lái)計(jì)算確定對(duì)焦距離。

　　紅外線式和超聲波式自動(dòng)對(duì)焦是利用主動(dòng)發(fā)射光波或聲波進(jìn)行測(cè)距的，稱之為主動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦。

2.聚焦檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦

　　聚焦檢測(cè)方法主要有對(duì)比度法和相位法

　　a、對(duì)比度法 該方法是通過(guò)檢測(cè)圖像的輪廓邊緣實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦的。圖像的輪廓邊緣越清晰，則它的亮度梯度就越大，或者說(shuō)邊緣處景物和背景之間的對(duì)比度就越大。反之，失焦的圖像,輪廓邊緣模糊不清，亮度梯度或?qū)Ρ榷认陆担皇Ы乖竭h(yuǎn)，對(duì)比度越低。利用這個(gè)原理，將兩個(gè)光電檢測(cè)器放在CCD前后相等距離處，被攝影物的圖像經(jīng)過(guò)分光同時(shí)成在這兩個(gè)檢測(cè)器上，分別輸出其成像的對(duì)比度。當(dāng)兩個(gè)檢測(cè)器所輸出的對(duì)比度相差的絕對(duì)值最小時(shí)，說(shuō)明對(duì)焦的像面剛好在兩個(gè)檢測(cè)器中間，即和CCD的成像表面接近，于是對(duì)焦完成。

　　b 、相位法 該方法是通過(guò)檢測(cè)像的偏移量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦的。

　　在感光CCD的位置放置一個(gè)由平行線條組成的網(wǎng)格板，

　　線條相繼為透光和不透光。網(wǎng)絡(luò)板后適當(dāng)位置上與光軸對(duì)稱地放置兩個(gè)受光元件。網(wǎng)絡(luò)板在與光軸垂直方向上往復(fù)振動(dòng)。當(dāng)聚焦面與網(wǎng)絡(luò)板重合時(shí)，通過(guò)網(wǎng)格板透光線條的光同時(shí)到達(dá)其后面的兩個(gè)受光元件。而當(dāng)離焦時(shí)，光束只能先后到達(dá)兩個(gè)受光元件，于是它們的輸出信號(hào)之間有相位差。有相位差的兩個(gè)信號(hào)經(jīng)電路處理后即可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)物鏡的位置，使聚焦面與網(wǎng)格板的平面重合。

3.各種自動(dòng)對(duì)焦的特點(diǎn)

        各種自動(dòng)對(duì)焦方式各有其局限性。例如紅外測(cè)距和超聲測(cè)距的對(duì)焦方法，當(dāng)被測(cè)目標(biāo)對(duì)紅外光或超聲波有較強(qiáng)的吸收作用時(shí)，將使測(cè)距系統(tǒng)失靈或?qū)共粶?zhǔn)確；而對(duì)比度法聚焦檢測(cè)受光照條件的制約，當(dāng)光線暗弱或被攝體與背景明暗差別很小時(shí)，對(duì)焦就會(huì)有困難，甚至失去作用。

自動(dòng)對(duì)焦方式

DSLR大致包括如下3種自動(dòng)對(duì)焦方式：

　　1. 單次自動(dòng)對(duì)焦

　　2. 連續(xù)自動(dòng)對(duì)焦

　　3. 自動(dòng)切換/人工智能伺服/最近主體先決的動(dòng)態(tài)自動(dòng)對(duì)焦

　　首先，我們先來(lái)看看最為常用的單次自動(dòng)對(duì)焦。其工作過(guò)程是通過(guò)半按快門來(lái)啟動(dòng)，在焦點(diǎn)未對(duì)準(zhǔn)確前對(duì)焦過(guò)程一直在繼續(xù)。一旦處理器認(rèn)為焦點(diǎn)準(zhǔn)確以后，只要將快門完全按下就完成了一次拍攝過(guò)程，同時(shí)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)停止工作。

　　如果在對(duì)焦完成提示音之后，全部按下快門之前，被攝物體移動(dòng)了。由于是“單次”自動(dòng)對(duì)焦所以在完全按下快門之后就可能看到一張模糊的圖片。當(dāng)然這是一種比較夸張的說(shuō)話，這么說(shuō)是為了更好為說(shuō)明連續(xù)自動(dòng)對(duì)焦做個(gè)鋪墊。

　　由于單次自動(dòng)對(duì)焦的特點(diǎn)所至，在拍攝靜止不動(dòng)的物體時(shí)（如風(fēng)景、微距攝影、人物合影等）是最為合適的選擇。這種對(duì)焦完畢后焦點(diǎn)自動(dòng)鎖定，只要半按快門不放，就可以重新構(gòu)圖拍攝的方式操作非常簡(jiǎn)便。

　　第二，我們?cè)賮?lái)看看最適合拍攝運(yùn)動(dòng)中物體的連續(xù)自動(dòng)對(duì)焦。由于上面說(shuō)到的單次自動(dòng)對(duì)焦方式不能很好的“跟蹤”運(yùn)動(dòng)中的物體，給一些拍攝帶來(lái)了很大的麻煩，因此也就產(chǎn)生了連續(xù)自動(dòng)對(duì)焦方式。

　　與單次自動(dòng)對(duì)焦不同的是，連續(xù)自動(dòng)對(duì)焦在處理器“認(rèn)為”對(duì)焦準(zhǔn)確后，自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)繼續(xù)工作，焦點(diǎn)也沒(méi)有被鎖定。其目的在于當(dāng)被攝體移動(dòng)時(shí)，自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)焦點(diǎn)的變化驅(qū)動(dòng)鏡頭調(diào)節(jié)，從而使被攝物一直保持清晰狀態(tài)。當(dāng)然，相機(jī)的對(duì)焦框也要實(shí)時(shí)的對(duì)準(zhǔn)被攝體，這樣在完全按下快門的時(shí)候就不用擔(dān)心被攝物對(duì)焦不準(zhǔn)確的問(wèn)題了。

　　連續(xù)自動(dòng)對(duì)焦多用在處于運(yùn)動(dòng)中的物體拍攝，比如體育比賽中拍攝運(yùn)動(dòng)員、新聞發(fā)布會(huì)中拍攝發(fā)言人以及撲捉運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)物的精彩瞬間等等。并且，針對(duì)于DSLR無(wú)須膠片的優(yōu)勢(shì)，只要結(jié)合高速的連拍功能就可以比較輕松的拍攝出一組精彩照片。

　　最后，我們要來(lái)看看自動(dòng)切換/人工智能伺服/最近主體先決的動(dòng)態(tài)自動(dòng)對(duì)焦是如何工作的（為了敘述方便，以下簡(jiǎn)稱智能對(duì)焦）。

　　從理論上說(shuō)有了單次自動(dòng)對(duì)焦和連續(xù)自動(dòng)對(duì)焦，就應(yīng)該能夠滿足各種不同拍攝場(chǎng)景的需要了。但是在長(zhǎng)期的實(shí)際拍攝過(guò)程中，還是會(huì)發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，比如說(shuō)長(zhǎng)期處于連續(xù)自動(dòng)對(duì)焦的DSLR的耗電量比較大的問(wèn)題。當(dāng)然，最主要的還是怕出現(xiàn)一個(gè)可能隨時(shí)移動(dòng)的被攝物從相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或者相反的情況。

　　而智能對(duì)焦的出現(xiàn)很好的折中解決了上面提到的問(wèn)題。這種將單次自動(dòng)對(duì)焦和連續(xù)自動(dòng)對(duì)焦結(jié)合起來(lái)的方式更加適合在被攝物動(dòng)靜不斷切換的場(chǎng)景下使用。DSLR根據(jù)被攝物的移動(dòng)速度自動(dòng)選擇對(duì)焦方式，內(nèi)部的測(cè)距組件一直不斷地測(cè)量自動(dòng)對(duì)焦區(qū)域內(nèi)的影像，并實(shí)時(shí)傳送到處理器中。當(dāng)被攝物靜止不動(dòng)時(shí)選擇單次自動(dòng)對(duì)焦，當(dāng)被攝物運(yùn)動(dòng)時(shí)，選擇連續(xù)自動(dòng)對(duì)焦。由于切換工作交由處理器來(lái)完成，因此您只需要按動(dòng)快門就可以了。

　　需要注意的是，前兩種提到的自動(dòng)對(duì)焦方式是最普遍、最常用的，無(wú)論是哪家DSLR廠商基本上都按照上述名稱命名。而第三種提到的方式無(wú)論各家起什么樣的名字，其工作原理基本上是相同的都是根據(jù)主體離哪個(gè)對(duì)焦點(diǎn)近選擇哪點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦，而自動(dòng)對(duì)焦點(diǎn)越多，相應(yīng)的被攝物被準(zhǔn)確對(duì)焦的概率也就大了。自動(dòng)切換對(duì)焦多為柯美使用、人工智能伺服對(duì)焦用于佳能的產(chǎn)品而最近主體先決的動(dòng)態(tài)自動(dòng)對(duì)焦是在尼康的高端DSLR配備的。

自動(dòng)對(duì)焦鏡頭類型

　　就光學(xué)結(jié)構(gòu)而言，AF鏡頭與手動(dòng)聚焦鏡頭沒(méi)有什么區(qū)別，但就其機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)看，兩者有所不同。AF鏡頭的設(shè)計(jì)的基本點(diǎn)在于自動(dòng)聚焦動(dòng)力的傳遞途徑。根據(jù)動(dòng)力源的位置，目前市場(chǎng)上的AF鏡頭分為兩大類：一類是機(jī)身驅(qū)動(dòng)型，鏡頭內(nèi)沒(méi)有驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，如美能達(dá)、尼康和賓得等鏡頭；另一類則是鏡頭驅(qū)動(dòng)型，鏡頭內(nèi)有AF馬達(dá)，如佳能EF系列鏡頭。

　　對(duì)于AF變焦鏡頭而言，根據(jù)變焦的動(dòng)力來(lái)源，又可分為手動(dòng)變焦鏡頭和電動(dòng)變焦鏡頭兩種。鏡頭的電動(dòng)變焦早就在AF袖珍相機(jī)上實(shí)現(xiàn)了，而可更換AF變焦鏡頭的變焦電動(dòng)化則是近幾年才實(shí)現(xiàn)的。

　　AF鏡頭與手動(dòng)聚焦鏡頭的另一個(gè)區(qū)別點(diǎn)在于AF鏡頭都有電子觸點(diǎn)，用于與機(jī)身交換各種參數(shù)。鏡頭內(nèi)有用于存儲(chǔ)鏡頭焦距、最大最小光圈、最近聚焦距離等參數(shù)的ROM芯片， 相機(jī)根據(jù)這些參數(shù)來(lái)設(shè)定相應(yīng)的工作方式。如在程序自動(dòng)曝光方式下，根據(jù)鏡頭焦距來(lái)選擇相應(yīng)的程序線等。

各公司生產(chǎn)的AF鏡頭的觸點(diǎn)數(shù)不盡相同，大都在5至8點(diǎn)之間。從現(xiàn)有AF鏡頭來(lái)看，用于交換參數(shù)用的電子觸點(diǎn)數(shù)多數(shù)是在5點(diǎn)或6點(diǎn)，其他多增加的觸點(diǎn)是用來(lái)輸送電源動(dòng)力，為鏡頭內(nèi)的馬達(dá)(AF馬達(dá)、變焦馬達(dá)或光圈控制馬達(dá))提供動(dòng)力能源。

機(jī)身驅(qū)動(dòng)型AF鏡頭

　　機(jī)身驅(qū)動(dòng)型AF鏡頭的驅(qū)動(dòng)源來(lái)自AF單反機(jī)機(jī)身，鏡頭內(nèi)有一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與手動(dòng)調(diào)焦環(huán)相連接， 當(dāng)將機(jī)身上的"MF/AF"聚焦方式選擇撥桿撥至"AF"檔時(shí)，機(jī)身內(nèi)的AF馬達(dá)傳動(dòng)軸就伸出少許，與鏡頭上的傳動(dòng)軸相嵌合，由機(jī)身的AF馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)。在自動(dòng)聚焦時(shí)，鏡頭上的手動(dòng)調(diào)焦環(huán)是在轉(zhuǎn)動(dòng)的。 當(dāng)把機(jī)身上的"MF/AF"撥桿撥至"MF"檔時(shí)，機(jī)身上的傳動(dòng)軸收縮，與鏡頭上的齒輪裝置脫開，操作者就可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)焦環(huán)來(lái)調(diào)焦，使用方法同手動(dòng)聚焦鏡頭一樣。

　　機(jī)身驅(qū)動(dòng)型AF鏡頭內(nèi)部是由齒輪來(lái)帶動(dòng)調(diào)焦環(huán)的，在自動(dòng)聚焦時(shí)，手動(dòng)調(diào)焦環(huán)會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，所以在使用AF方式時(shí)，不能觸及鏡頭的調(diào)焦環(huán)。另外由于在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到傳動(dòng)的順暢性，調(diào)焦環(huán)的機(jī)械結(jié)構(gòu)顯得有些松散(與手動(dòng)聚焦鏡頭相比)。

鏡頭驅(qū)動(dòng)型AF鏡頭

鏡頭驅(qū)動(dòng)型AF鏡頭的工作原理就不同了，機(jī)身只向鏡頭傳送聚焦信號(hào)和電源動(dòng)力，全部機(jī)械運(yùn)動(dòng)均在鏡頭內(nèi)完成，鏡頭與機(jī)身沒(méi)有任何機(jī)械聯(lián)系。

工業(yè)用自動(dòng)對(duì)焦鏡頭

從上面的知識(shí)中了解到，自動(dòng)對(duì)焦，其實(shí)是需要靠圖像處理器進(jìn)行處理后得到焦點(diǎn)是否正確。民用相機(jī)自身帶有強(qiáng)大的圖像處理器，因此相機(jī)本身就可以完成自動(dòng)對(duì)焦過(guò)程。而工業(yè)相機(jī)不同，一般只是在鏡頭上集成了電機(jī)，如電動(dòng)三可變鏡頭（焦距可變、光圈可變、對(duì)焦可變），而要完成自動(dòng)對(duì)焦，還是得圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算后，再控制電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制才可以完成。因此工業(yè)鏡頭，一般的電動(dòng)三可變鏡頭，都具備了自動(dòng)對(duì)焦的能力，但是能不能自動(dòng)對(duì)焦，還得看軟件處理夠不夠強(qiáng)大。