自動對焦

自動對焦（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，通過計(jì)算機(jī)處理，帶動電動對焦裝置進(jìn)行對焦的方式叫自動對焦。它多分為二類：一是主動式，另一個(gè)則是被動式。

自動對焦分類

        1、主動式：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的紅外光或超聲波進(jìn)行對焦，其光學(xué)原理類似三角測距對焦法.主動式中又有能量法，用于低檔普及型相機(jī)的自動對焦，廣泛用于各種平視取景相機(jī).主動式對焦對斜面,光滑面對焦困難.對亮度大,遠(yuǎn)距離的被攝體對焦困難.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.主動式由于是相機(jī)主動發(fā)出光或波,所以可以在低反差、弱光線下對焦.對細(xì)線條的被攝體，對動體都能自動對焦.缺點(diǎn)是當(dāng)被攝體能吸收光或波時(shí)對焦困難，還會被玻璃反射故透過玻璃對焦困難。

　　2、被動式：即直接接收分析來自景物自身的反光,進(jìn)行自動對焦的方式.這種自動對焦方式的優(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.對具有一定亮度的被攝體能理想的自動對焦，在逆光下也能良好的對焦.對遠(yuǎn)處亮度大的物體能自動對焦。能透過玻璃對焦.但缺點(diǎn)是對細(xì)線條的被攝體自動對焦較困難.在低反差，弱光下的對焦困難.對動體自動對焦能力差.對含偏光的被攝體自動對焦能力差.黑色物體或鏡面的對焦能力差。

主動、被動式自動對焦方式各有千秋，好在一般單反照相機(jī)上都有二種自動對焦方式，可以互補(bǔ)使用，自動切換,發(fā)揮其強(qiáng)項(xiàng)，克服其弱點(diǎn).單反相機(jī)上多使用被動式對焦方式，所以其對焦受最大光圈數(shù)的限制.光圈小于F8時(shí)自動對焦困難.為此，大多數(shù)單反相機(jī)都有自動對焦輔助光(Autofocus aidlights)發(fā)射器發(fā)射帶紅外帶條紋的光束,幫助對不同質(zhì)地的被攝體自動對焦。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)對不上焦.專業(yè)相機(jī)機(jī)身上沒有發(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)行主動對焦。

自動對焦特點(diǎn)

　　具備以下三點(diǎn)特性

　　1、以某種方式自動判斷拍攝者所拍攝的主體；

　　2、以某種方式測量被攝主體與相機(jī)感光元件之間的距離；

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

自動對焦原理

從基本原理來說，自動對焦可以分成兩大類：一類是基于鏡頭與被拍攝目標(biāo)之間距離測量的測距自動對焦，另一類是基于對焦屏上成像清晰的聚焦檢測自動對焦。

1.測距自動對焦

　　測距自動對焦主要有紅外線測距法和超聲波測距法。

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

　　超聲波測距法 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)間來計(jì)算確定對焦距離。

　　紅外線式和超聲波式自動對焦是利用主動發(fā)射光波或聲波進(jìn)行測距的，稱之為主動式自動對焦。

2.聚焦檢測自動對焦

　　聚焦檢測方法主要有對比度法和相位法

　　a、對比度法 該方法是通過檢測圖像的輪廓邊緣實(shí)現(xiàn)自動對焦的。圖像的輪廓邊緣越清晰，則它的亮度梯度就越大，或者說邊緣處景物和背景之間的對比度就越大。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?；失焦越遠(yuǎn)，對比度越低。利用這個(gè)原理，將兩個(gè)光電檢測器放在CCD前后相等距離處，被攝影物的圖像經(jīng)過分光同時(shí)成在這兩個(gè)檢測器上，分別輸出其成像的對比度。當(dāng)兩個(gè)檢測器所輸出的對比度相差的絕對值最小時(shí)，說明對焦的像面剛好在兩個(gè)檢測器中間，即和CCD的成像表面接近，于是對焦完成。

　　b 、相位法 該方法是通過檢測像的偏移量實(shí)現(xiàn)自動對焦的。

　　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。當(dāng)聚焦面與網(wǎng)絡(luò)板重合時(shí)，通過網(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之間有相位差。有相位差的兩個(gè)信號經(jīng)電路處理后即可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)物鏡的位置，使聚焦面與網(wǎng)格板的平面重合。

3.各種自動對焦的特點(diǎn)

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

自動對焦方式

DSLR大致包括如下3種自動對焦方式：

　　1. 單次自動對焦

　　2. 連續(xù)自動對焦

　　3. 自動切換/人工智能伺服/最近主體先決的動態(tài)自動對焦

　　首先，我們先來看看最為常用的單次自動對焦。其工作過程是通過半按快門來啟動，在焦點(diǎn)未對準(zhǔn)確前對焦過程一直在繼續(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程，同時(shí)自動對焦系統(tǒng)停止工作。

　　如果在對焦完成提示音之后，全部按下快門之前，被攝物體移動了。由于是“單次”自動對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話，這么說是為了更好為說明連續(xù)自動對焦做個(gè)鋪墊。

　　由于單次自動對焦的特點(diǎn)所至，在拍攝靜止不動的物體時(shí)（如風(fēng)景、微距攝影、人物合影等）是最為合適的選擇。這種對焦完畢后焦點(diǎn)自動鎖定，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便。

　　第二，我們再來看看最適合拍攝運(yùn)動中物體的連續(xù)自動對焦。由于上面說到的單次自動對焦方式不能很好的“跟蹤”運(yùn)動中的物體，給一些拍攝帶來了很大的麻煩，因此也就產(chǎn)生了連續(xù)自動對焦方式。

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

　　連續(xù)自動對焦多用在處于運(yùn)動中的物體拍攝，比如體育比賽中拍攝運(yùn)動員、新聞發(fā)布會中拍攝發(fā)言人以及撲捉運(yùn)動中的動物的精彩瞬間等等。并且，針對于DSLR無須膠片的優(yōu)勢，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，我們要來看看自動切換/人工智能伺服/最近主體先決的動態(tài)自動對焦是如何工作的（為了敘述方便，以下簡稱智能對焦）。

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

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

　　需要注意的是，前兩種提到的自動對焦方式是最普遍、最常用的，無論是哪家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)對焦點(diǎn)近選擇哪點(diǎn)進(jìn)行自動對焦，而自動對焦點(diǎn)越多，相應(yīng)的被攝物被準(zhǔn)確對焦的概率也就大了。自動切換對焦多為柯美使用、人工智能伺服對焦用于佳能的產(chǎn)品而最近主體先決的動態(tài)自動對焦是在尼康的高端DSLR配備的。

自動對焦鏡頭類型

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

　　對于AF變焦鏡頭而言，根據(jù)變焦的動力來源，又可分為手動變焦鏡頭和電動變焦鏡頭兩種。鏡頭的電動變焦早就在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化則是近幾年才實(shí)現(xiàn)的。

　　AF鏡頭與手動聚焦鏡頭的另一個(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)來設(shè)定相應(yīng)的工作方式。如在程序自動曝光方式下，根據(jù)鏡頭焦距來選擇相應(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)是用來輸送電源動力，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))提供動力能源。

機(jī)身驅(qū)動型AF鏡頭

　　機(jī)身驅(qū)動型AF鏡頭的驅(qū)動源來自AF單反機(jī)機(jī)身，鏡頭內(nèi)有一傳動機(jī)構(gòu)與手動調(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)傳動軸就伸出少許，與鏡頭上的傳動軸相嵌合，由機(jī)身的AF馬達(dá)來驅(qū)動。在自動聚焦時(shí)，鏡頭上的手動調(diào)焦環(huán)是在轉(zhuǎn)動的。 當(dāng)把機(jī)身上的"MF/AF"撥桿撥至"MF"檔時(shí)，機(jī)身上的傳動軸收縮，與鏡頭上的齒輪裝置脫開，操作者就可以通過旋轉(zhuǎn)調(diào)焦環(huán)來調(diào)焦，使用方法同手動聚焦鏡頭一樣。

　　機(jī)身驅(qū)動型AF鏡頭內(nèi)部是由齒輪來帶動調(diào)焦環(huán)的，在自動聚焦時(shí)，手動調(diào)焦環(huán)會隨之轉(zhuǎn)動，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(與手動聚焦鏡頭相比)。

鏡頭驅(qū)動型AF鏡頭

鏡頭驅(qū)動型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和電源動力，全部機(jī)械運(yùn)動均在鏡頭內(nèi)完成，鏡頭與機(jī)身沒有任何機(jī)械聯(lián)系。

工業(yè)用自動對焦鏡頭

從上面的知識中了解到，自動對焦，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對焦過程。而工業(yè)相機(jī)不同，一般只是在鏡頭上集成了電機(jī)，如電動三可變鏡頭（焦距可變、光圈可變、對焦可變），而要完成自動對焦，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，一般的電動三可變鏡頭，都具備了自動對焦的能力，但是能不能自動對焦，還得看軟件處理夠不夠強(qiáng)大。