無(wú)論是捕捉轉(zhuǎn)瞬即逝的表情、快速移動(dòng)的野生動(dòng)物，還是電影級(jí)的視頻片段，自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)都旨在讓被攝體保持清晰、反應(yīng)靈敏且呈現(xiàn)準(zhǔn)確。但在這種便捷背后，是相機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)與鏡頭內(nèi)置馬達(dá)之間復(fù)雜的相互作用。
基于相機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)
自動(dòng)對(duì)焦過(guò)程的前半部分發(fā)生在相機(jī)機(jī)身內(nèi)部。在這里，系統(tǒng)通過(guò)各種檢測(cè)策略分析場(chǎng)景并測(cè)量清晰度，從而 “決定” 對(duì)焦位置。
對(duì)比度檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦
對(duì)比度檢測(cè)是最直觀且在數(shù)學(xué)上最簡(jiǎn)單的自動(dòng)對(duì)焦方法。它基于一個(gè)大家熟悉的原理：最清晰的圖像是局部對(duì)比度最高的圖像，就像人們瞇起眼睛對(duì)焦時(shí)的感受一樣。
在采用這種方法的數(shù)碼相機(jī)中，傳感器通過(guò)測(cè)量相鄰像素之間的亮度差異來(lái)評(píng)估對(duì)比度。隨著對(duì)焦變化，對(duì)比度會(huì)逐漸增加直至達(dá)到峰值。此時(shí)相機(jī)停止對(duì)焦，因?yàn)樗汛_定達(dá)到了最大清晰度。這個(gè)過(guò)程是迭代且非預(yù)測(cè)性的，鏡頭必須越過(guò)最佳對(duì)焦位置再返回，以確認(rèn)找到最清晰的對(duì)比度點(diǎn)。
雖然在靜態(tài)場(chǎng)景中精度很高，但對(duì)比度檢測(cè)在速度上存在不足。由于它無(wú)法預(yù)先知道鏡頭需要移動(dòng)的方向和距離，在低光環(huán)境或拍攝低對(duì)比度被攝體時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn) “對(duì)焦 hunting（反復(fù)搜索）” 現(xiàn)象。這可能導(dǎo)致在動(dòng)作攝影中出現(xiàn)延遲，錯(cuò)失對(duì)焦瞬間。不過(guò)，這種方法的精度使其在拍攝靜態(tài)被攝體、 studio 工作或視頻場(chǎng)景中很有價(jià)值，因?yàn)樵谶@些情況下，精度比速度更重要。
相位檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦
相位檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦將對(duì)焦轉(zhuǎn)化為一個(gè)幾何問(wèn)題。與對(duì)比度檢測(cè)在移動(dòng)鏡頭后評(píng)估清晰度不同，相位檢測(cè)在開始移動(dòng)鏡頭之前，就能估算出所需的移動(dòng)方向和幅度。這種預(yù)先計(jì)算使相位檢測(cè)的速度快得多。
在單反系統(tǒng)中，相位檢測(cè)通常涉及位于相機(jī)機(jī)身內(nèi)的一個(gè)獨(dú)立 AF 模塊，它利用反光鏡和分光鏡將部分入射光導(dǎo)向?qū)Ｓ脗鞲衅?。在無(wú)反系統(tǒng)中，相位檢測(cè)像素直接嵌入圖像傳感器中。這使得相機(jī)能夠同時(shí)捕捉圖像和分析對(duì)焦情況。
該系統(tǒng)的工作原理是比較從鏡頭兩側(cè)投射的兩個(gè)版本的圖像。當(dāng)這兩個(gè)投影同相時(shí)，圖像即處于對(duì)焦?fàn)顟B(tài)。如果它們不同相，系統(tǒng)能立即判斷鏡頭需要移近還是移遠(yuǎn)，以及大致的移動(dòng)量。這種速度和方向性使相位檢測(cè)非常適合拍攝快速移動(dòng)的被攝體和進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)對(duì)焦追蹤。
然而，在單反結(jié)構(gòu)中，相位檢測(cè)容易出現(xiàn)校準(zhǔn)誤差。由于 AF 傳感器和圖像傳感器在物理上是分離的，可能會(huì)出現(xiàn)輕微的對(duì)齊偏差，即所謂的前對(duì)焦或后對(duì)焦。帶有傳感器上相位檢測(cè)的無(wú)反系統(tǒng)在很大程度上解決了這個(gè)問(wèn)題，將精度與速度結(jié)合起來(lái)。
混合自動(dòng)對(duì)焦
認(rèn)識(shí)到對(duì)比度檢測(cè)和相位檢測(cè)的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)后，許多制造商現(xiàn)在將這兩種技術(shù)結(jié)合成混合系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，相位檢測(cè)提供快速的粗略對(duì)焦估計(jì)，而對(duì)比度檢測(cè)則對(duì)結(jié)果進(jìn)行細(xì)化，以實(shí)現(xiàn)精確的清晰度。
這種協(xié)同作用減少了對(duì)焦搜索，同時(shí)保持了精度，已成為大多數(shù)現(xiàn)代無(wú)反相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)方法?；旌舷到y(tǒng)在視頻自動(dòng)對(duì)焦中尤其有效，因?yàn)槠交倪^(guò)渡和準(zhǔn)確的追蹤至關(guān)重要。這些技術(shù)的融合還能在更廣泛的拍攝場(chǎng)景中提供更好的性能，從高速運(yùn)動(dòng)到安靜的采訪都適用。
雙像素自動(dòng)對(duì)焦
雙像素 CMOS 自動(dòng)對(duì)焦（DPAF）是一種獨(dú)特的（且專有的）相位檢測(cè)實(shí)現(xiàn)方式，完全依賴于圖像傳感器。
由于幾乎每個(gè)像素都同時(shí)參與圖像創(chuàng)建和對(duì)焦檢測(cè)，DPAF 實(shí)現(xiàn)了近乎 100% 的 AF 覆蓋范圍和非常流暢的被攝體追蹤。該系統(tǒng)在視頻領(lǐng)域特別有價(jià)值，它能夠跟隨被攝體進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)而不會(huì)出現(xiàn)對(duì)焦搜索或跳動(dòng)，因此廣受贊譽(yù)。
基于 AI 的自動(dòng)對(duì)焦和被攝體識(shí)別
越來(lái)越多的現(xiàn)代自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)與人工智能相結(jié)合。這些系統(tǒng)不僅能基于對(duì)焦指標(biāo)，還能通過(guò)模式識(shí)別和預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)來(lái)檢測(cè)并優(yōu)先處理特定被攝體 —— 人臉、眼睛、動(dòng)物、車輛等。這些算法分析視覺(jué)數(shù)據(jù)，并對(duì)場(chǎng)景中哪個(gè)部分應(yīng)該保持清晰做出具有上下文感知的決策，即使被攝體部分被遮擋或運(yùn)動(dòng)不可預(yù)測(cè)。
AI 自動(dòng)對(duì)焦不僅使追蹤更準(zhǔn)確，還更直觀。它讓攝影師可以專注于時(shí)機(jī)和構(gòu)圖，相信相機(jī)將處理技術(shù)精度方面的問(wèn)題。
基于鏡頭的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)
雖然相機(jī)決定對(duì)焦位置，但鏡頭負(fù)責(zé)執(zhí)行這一決定。鏡頭內(nèi)的自動(dòng)對(duì)焦馬達(dá)物理移動(dòng)內(nèi)部元件以調(diào)整焦平面。這些馬達(dá)在性能、噪音和視頻兼容性方面差異很大。
結(jié)論
自動(dòng)對(duì)焦不再僅僅是一種便利，而是攝影師與被攝體互動(dòng)方式的基本方面。從相位檢測(cè)的快速計(jì)算到對(duì)比度檢測(cè)的刻意細(xì)化，自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)多種多樣。
隨著相機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展，自動(dòng)對(duì)焦仍然是激烈創(chuàng)新的領(lǐng)域。
要理解自動(dòng)對(duì)焦的工作原理，以及為何有些系統(tǒng)在特定場(chǎng)景中表現(xiàn)出色而另一些則不盡如人意，我們必須探究相機(jī)如何確定對(duì)焦位置，以及鏡頭如何實(shí)際執(zhí)行這一指令。這兩個(gè)組件協(xié)同工作，其中一個(gè)的有效性往往取決于另一個(gè)的精度。自動(dòng)對(duì)焦并非單一的系統(tǒng)，而是由光學(xué)、電子和機(jī)械過(guò)程構(gòu)成的分層架構(gòu)，不同品牌、甚至不同鏡頭之間都存在差異。
基于相機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)
自動(dòng)對(duì)焦過(guò)程的前半部分發(fā)生在相機(jī)機(jī)身內(nèi)部。在這里，系統(tǒng)通過(guò)各種檢測(cè)策略分析場(chǎng)景并測(cè)量清晰度，從而 “決定” 對(duì)焦位置。
對(duì)比度檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦
對(duì)比度檢測(cè)是最直觀且在數(shù)學(xué)上最簡(jiǎn)單的自動(dòng)對(duì)焦方法。它基于一個(gè)大家熟悉的原理：最清晰的圖像是局部對(duì)比度最高的圖像，就像人們瞇起眼睛對(duì)焦時(shí)的感受一樣。
在采用這種方法的數(shù)碼相機(jī)中，傳感器通過(guò)測(cè)量相鄰像素之間的亮度差異來(lái)評(píng)估對(duì)比度。隨著對(duì)焦變化，對(duì)比度會(huì)逐漸增加直至達(dá)到峰值。此時(shí)相機(jī)停止對(duì)焦，因?yàn)樗汛_定達(dá)到了最大清晰度。這個(gè)過(guò)程是迭代且非預(yù)測(cè)性的，鏡頭必須越過(guò)最佳對(duì)焦位置再返回，以確認(rèn)找到最清晰的對(duì)比度點(diǎn)。
雖然在靜態(tài)場(chǎng)景中精度很高，但對(duì)比度檢測(cè)在速度上存在不足。由于它無(wú)法預(yù)先知道鏡頭需要移動(dòng)的方向和距離，在低光環(huán)境或拍攝低對(duì)比度被攝體時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn) “對(duì)焦 hunting（反復(fù)搜索）” 現(xiàn)象。這可能導(dǎo)致在動(dòng)作攝影中出現(xiàn)延遲，錯(cuò)失對(duì)焦瞬間。不過(guò)，這種方法的精度使其在拍攝靜態(tài)被攝體、 studio 工作或視頻場(chǎng)景中很有價(jià)值，因?yàn)樵谶@些情況下，精度比速度更重要。
相位檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦
相位檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦將對(duì)焦轉(zhuǎn)化為一個(gè)幾何問(wèn)題。與對(duì)比度檢測(cè)在移動(dòng)鏡頭后評(píng)估清晰度不同，相位檢測(cè)在開始移動(dòng)鏡頭之前，就能估算出所需的移動(dòng)方向和幅度。這種預(yù)先計(jì)算使相位檢測(cè)的速度快得多。
在單反系統(tǒng)中，相位檢測(cè)通常涉及位于相機(jī)機(jī)身內(nèi)的一個(gè)獨(dú)立 AF 模塊，它利用反光鏡和分光鏡將部分入射光導(dǎo)向?qū)Ｓ脗鞲衅?。在無(wú)反系統(tǒng)中，相位檢測(cè)像素直接嵌入圖像傳感器中。這使得相機(jī)能夠同時(shí)捕捉圖像和分析對(duì)焦情況。
該系統(tǒng)的工作原理是比較從鏡頭兩側(cè)投射的兩個(gè)版本的圖像。當(dāng)這兩個(gè)投影同相時(shí)，圖像即處于對(duì)焦?fàn)顟B(tài)。如果它們不同相，系統(tǒng)能立即判斷鏡頭需要移近還是移遠(yuǎn)，以及大致的移動(dòng)量。這種速度和方向性使相位檢測(cè)非常適合拍攝快速移動(dòng)的被攝體和進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)對(duì)焦追蹤。
然而，在單反結(jié)構(gòu)中，相位檢測(cè)容易出現(xiàn)校準(zhǔn)誤差。由于 AF 傳感器和圖像傳感器在物理上是分離的，可能會(huì)出現(xiàn)輕微的對(duì)齊偏差，即所謂的前對(duì)焦或后對(duì)焦。帶有傳感器上相位檢測(cè)的無(wú)反系統(tǒng)在很大程度上解決了這個(gè)問(wèn)題，將精度與速度結(jié)合起來(lái)。
混合自動(dòng)對(duì)焦
認(rèn)識(shí)到對(duì)比度檢測(cè)和相位檢測(cè)的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)后，許多制造商現(xiàn)在將這兩種技術(shù)結(jié)合成混合系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，相位檢測(cè)提供快速的粗略對(duì)焦估計(jì)，而對(duì)比度檢測(cè)則對(duì)結(jié)果進(jìn)行細(xì)化，以實(shí)現(xiàn)精確的清晰度。
這種協(xié)同作用減少了對(duì)焦搜索，同時(shí)保持了精度，已成為大多數(shù)現(xiàn)代無(wú)反相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)方法?；旌舷到y(tǒng)在視頻自動(dòng)對(duì)焦中尤其有效，因?yàn)槠交倪^(guò)渡和準(zhǔn)確的追蹤至關(guān)重要。這些技術(shù)的融合還能在更廣泛的拍攝場(chǎng)景中提供更好的性能，從高速運(yùn)動(dòng)到安靜的采訪都適用。
雙像素自動(dòng)對(duì)焦
雙像素 CMOS 自動(dòng)對(duì)焦（DPAF）是一種獨(dú)特的（且專有的）相位檢測(cè)實(shí)現(xiàn)方式，完全依賴于圖像傳感器。
由于幾乎每個(gè)像素都同時(shí)參與圖像創(chuàng)建和對(duì)焦檢測(cè)，DPAF 實(shí)現(xiàn)了近乎 100% 的 AF 覆蓋范圍和非常流暢的被攝體追蹤。該系統(tǒng)在視頻領(lǐng)域特別有價(jià)值，它能夠跟隨被攝體進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)而不會(huì)出現(xiàn)對(duì)焦搜索或跳動(dòng)，因此廣受贊譽(yù)。
基于 AI 的自動(dòng)對(duì)焦和被攝體識(shí)別
越來(lái)越多的現(xiàn)代自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)與人工智能相結(jié)合。這些系統(tǒng)不僅能基于對(duì)焦指標(biāo)，還能通過(guò)模式識(shí)別和預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)來(lái)檢測(cè)并優(yōu)先處理特定被攝體 —— 人臉、眼睛、動(dòng)物、車輛等。這些算法分析視覺(jué)數(shù)據(jù)，并對(duì)場(chǎng)景中哪個(gè)部分應(yīng)該保持清晰做出具有上下文感知的決策，即使被攝體部分被遮擋或運(yùn)動(dòng)不可預(yù)測(cè)。
AI 自動(dòng)對(duì)焦不僅使追蹤更準(zhǔn)確，還更直觀。它讓攝影師可以專注于時(shí)機(jī)和構(gòu)圖，相信相機(jī)將處理技術(shù)精度方面的問(wèn)題。
基于鏡頭的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)
雖然相機(jī)決定對(duì)焦位置，但鏡頭負(fù)責(zé)執(zhí)行這一決定。鏡頭內(nèi)的自動(dòng)對(duì)焦馬達(dá)物理移動(dòng)內(nèi)部元件以調(diào)整焦平面。這些馬達(dá)在性能、噪音和視頻兼容性方面差異很大。
結(jié)論
自動(dòng)對(duì)焦不再僅僅是一種便利，而是攝影師與被攝體互動(dòng)方式的基本方面。從相位檢測(cè)的快速計(jì)算到對(duì)比度檢測(cè)的刻意細(xì)化，自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)多種多樣。
隨著相機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展，自動(dòng)對(duì)焦仍然是激烈創(chuàng)新的領(lǐng)域。
