数码相机入门 数码相机细分类·六[自动对焦]
刘恩惠 于 2013.03.27 22:11:40 | 源自:www.soomal.com | 版权:原创
平均/总评分:09.92/119
目前数码相机的自动化程度普遍较高,无论是卡片机、长焦机还是微单、单电、单反,绝大多数都能实现“傻瓜式”拍摄,支持包括自动对焦、自动测光、自动连拍等功能,其中自动对焦无疑是最受消费者关注的一部分,我们将在本篇与大家详细探讨。

●两大门类和四种形式

除徕卡等品牌的少数产品外,大部分数码相机均可实现自动对焦功能。目前自动对焦的实现方式有“相位检测”和“反差检测”两大门类,具体到不同产品则可分为四种形式:传统的透镜分离式相位检测自动对焦(传统相位)、反差检测自动对焦(也称为“对比度检测对焦”)、图像传感器相位检测(感光器相位、焦平面相位)、反差检测混合式自动对焦以及双重相位检测自动对焦。

传统相位对焦主要应用于数码单反相机(也包括索尼旗下使用固定式半透明反光板的SLT系列单电相机),机身须搭载专门的对焦传感器,此外副反光板(单电相机上不需要)、分离透镜、对焦屏等辅助配件也不可或缺,整个系统构造比较复杂。而反差检测自动对焦则广泛应用于各类便携式数码相机(包括卡片机、长焦机、拍照手机)上,大部分无反相机以及加入实时取景功能后的数码单反相机也多支持反差对焦。由于主要依靠相机的图像传感器(感光芯片)和数字图像处理器来实现,无需专用的AF子系统,因此反差式自动对焦更利于相机机身的轻便化。在本站此前发布的《单反微单PK季 相位差对焦与反差式对焦》[作者:夏昆冈 ] 一文中,已对传统相位对焦和反差对焦的基本工作原理进行了讲解,相关知识点此处不再复述,感兴趣的朋友可点击原文链接阅读了解。

上述两种自动对焦方式各有利弊。理论上,传统相位对焦系统技术成熟、对焦速度较快;但在弱光环境下的对焦能力薄弱且硬件结构复杂,实现高精度自动对焦需要付出相对较大的物料成本和工艺成本,其性能高低与预设对焦点的数量及精度有关(部分入门级相位检测系统存在对焦精度不高的问题)。反差对焦成本相对较低、对焦精度很高,且对焦区域更大更自由(理论上可以实现对焦点全覆盖);但在高光和复杂环境下工作效率会受到影响,在某些大幅面机型上对焦速度不够迅捷,且存在动态追踪对焦能力(对纵向运动物体实现快速连续自动对焦)不足的短板。虽然近几年在一些厂商的努力下,通过提高感光器刷新率,反差对焦的速度问题得到了显著改善,但在应对纵向动态追踪时仍会遇到困难。

随着无反光板可换镜头相机的兴起,部分厂商由于暂时无法提升大底感光器上反差对焦的工作效率,所以另辟蹊径开始尝试“图像传感器相位自动对焦(焦平面相位自动对焦)技术”,其基本原理与传统相位对焦类似,但它是利用集成在CMOS或CCD芯片上的微透镜进行聚光,在硬件构成上要比传统透镜分离式系统来得简单,故而也比较适合运用在便携式相机上。但其缺点也比较明显——它对拍摄环境的光线条件相对更为敏感,在对焦精度以及弱光环境下的对焦能力方面,还不如传统相位对焦;同时对焦区域也多靠近感光器的中央部分,实用性有限。厂商在运用这一技术时,均将其作为反差自动对焦系统的补充或辅助,两套系统互相协同、取长补短,形成所谓的“混合式对焦”。尼康1系列、索尼NEX-5R\NEX-6、佳能EOS-M等无反相机以及EOS 650D\EOS 700D数码单反(实时取景模式下)都使用了此类技术。不过从实际效果来看,“混合式”的应用只是小幅提升了对焦速度,动态追踪对焦能力并未得到明显改善。

索尼的SLT系列单电相机由于采用半透明反光板技术,在实时取景模式下也可以使用传统的相位对焦(因此不带反差对焦功能),在该系列目前的旗舰型号SLT-A99上,厂方提供了一个“双重相位自动对焦”系统,即在拥有传统相位对焦模块的同时,再额外搭载一套传感器相位自动对焦,用以提高相机的追踪连续对焦性能。不过与前面谈到的混合式对焦相类似,在实际工作中传感器相位对焦只是作为辅助系统存在,无法独立工作;在使用时相机必须切换到AF-D模式下,而且暂时只有为数不多的几支索尼/蔡司镜头可以支持该模式。此外,SLT-A99上还有一个独特的自动对焦范围控制(AF Range)调节按键,允许用户手动控制相机自动对焦的测距范围,从而提高工作效率;不过也只有部分指定型号镜头能够支持这一功能。

2013年7月佳能发布了EOS 70D,这款相机支持Dual Pixel CMOS AF(全像素双核CMOS AF),这一全新的图像传感器相差自动对焦与之前的技术有很大的区别——佳能在这款新型的传感器上为每个像素点安排了两个光电二极管,这就使得几乎所有的有效像素点既能用来进行相位测距又能用于成像,由此可以获得更大的有效对焦范围和更高的对焦效率,弱光环境下的AF能力也能得到显著改善。不同于此前的传感器相位对焦技术只能作为反差对焦或传统相位对焦的补充,佳能的Dual Pixel CMOS AF可以独立工作(但使用少数老旧型号的镜头时可能无效),显然是更加彻底的“双重相位自动对焦”。

●细说透镜分离式相位检测自动对焦

由于目前反差对焦和混合式对焦技术都还不够完美,在短期内数码单反相机内的透镜分离式相位检测系统还不至于被全面淘汰(尤其在野生动物、体育竞技等专业领域),所以有必要在这里加以展开。

不同市场定位的单反机身往往采用不同的相位对焦系统,区别主要体现在对焦点数量上。譬如在佳能目前销售的全画幅机身中,EOS 1D X和EOS 5D Mark III使用的是拥有61个自动对焦点的AF系统,而定位于入门级全幅机身的EOS 6D只有11个自动对焦点;在APS-C画幅产品线上,旗舰级的EOS 7D采用19点自动对焦系统,而较次一级的EOS 60D和入门级的EOS 100D\650D\700D都只有9个自动对焦点。对焦点显然是越多越好,尤其是那些拥有高密度网状对焦点的高端AF系统(如佳能的61点、尼康的51点),在追焦能力方面有较为明显的优势,也便于摄影师进行快速构图。

与此同时,对焦点所对应的传感器排列形式也会对AF精度产生一定影响。对焦传感器有单纵一字(仅对横向水平线条敏感)、单十字(对纵向垂直和横向水平线条均敏感)、双纵单横型十字(在单十字型的基础上增加一个横向的线型传感器)、双纵双横型十字(两套单十字型感应器交错并列成“井”字型,也被称为“双线十字”)和交叉型双十字(在单十字、双线十字的基础上增加一个X型传感器,形成“米”字型)等组合。理论上,一字型对焦传感器精度最低,交叉型双十字对焦传感器精度最高,但并不是每个单反品牌都会使用双线十字或交叉型双十字对焦传感器,譬如尼康就只用一字型和十字型传感器。问题是,没有数据表明使用十字型传感器的尼康单反在对焦精度上弱于使用双线十字或交叉型双十字传感器的其他产品,因此不同品牌之间,这方面不具备多少可比性。

出于工艺、成本、实用性等各方面的考虑,厂家不可能在一套自动对焦系统中全部配置高精度对焦点;即便是佳能EOS 1D X这样的高端机型,总共61个自动对焦点中仅有位于中心区域的一排5个使用了双十字型对焦传感器。所以对于精明的消费者而言,在关注对焦点数量的同时,也要明确具体的组合形式。譬如佳能的EOS 600D和EOS 650D/700D虽然均为9点自动对焦系统,但两者的含金量却有明显差距——EOS 650D/700D所有九个对焦点均为十字型,其中中央对焦点更是采用了双十字型传感器;而EOS 600D的九个对焦点中只有中央点是十字型,其他八个点均为一字型。

需要补充的是,对焦传感器按自身所对应的光束有“f/2.8”、“f/4”、“f/5.6”、“f/8”之分。这是什么意思?我们以“f/5.6传感器”为例,其实是指当相机使用最大光圈大于或等于f/5.6的镜头时,该传感器能处于敏感状态,可以实现正常的自动对焦功能。由于目前市售的入门级数码单反的套机镜头长焦端最大光圈多为f/5.6,为了获得较好的通用性,所以“f/5.6传感器”和“f/8传感器”出现得比较多。那么通用性较差但精度略高的“f/2.8传感器”用在哪里?为了兼容大多数镜头,厂方在设计时显然不会单独安排使用“f/2.8传感器”的对焦点,常见的做法是将之与一个十字型“f/5.6传感器”叠加,以增加相机安装大光圈镜头时的工作精度——当使用f/2.8以上大光圈镜头时,两个传感器会一起工作,AF效能得到进一步提升;而若换用一支最大光圈为f/4的镜头时,则只有“f/5.6传感器”参与工作,“f/2.8传感器”将进入待工状态。这就意味着,消费者想要最大限度地发挥这类高精度对焦点的作用,必须购买f/2.8以上级的大光圈镜头(但并非所有f/2.8镜头都能“有效激活”f/2.8传感器,有部分f/2.8传感器存在“挑镜头”的问题)。有意思是,市售的所有尼康数码单反相机不仅没有使用双十字对焦传感器,也都没有“f/2.8传感器”,尼康高端单反产品的自动对焦综合能力却并未因此落到下风;由此可见各家的技术侧重各有不同,指标、参数未必代表一切。

传统相位对焦系统还有一个不大不小的弱点——自动对焦有效工作范围会受制于预设对焦点的位置,即便是对焦点非常密集的高端的AF模块,也无法实现对成像范围内外围区域的自动对焦。在尼康新近推出的D7100数码单反上出现了一个创新的“1.3倍裁切”功能,在这个裁切模式下,相机的所有51个自动对焦点“几乎覆盖整个画幅”(引号内为官方原话,如下图所示,其实上下两端仍留有空隙,但从实用角度来看无伤大雅),以牺牲像素、提高等效焦距的方式,变相克服了对焦系统存在的先天不足。

到了尼康最新一代的APS-C画幅旗舰D500上,这一问题已经得到较好解决——得益于Multi-CAM 20K自动对焦模块,这款机型的自动对焦点覆盖范围达到了全新高度。

对于数码单反相机使用的对焦系统而言,AF亮度检测范围也是比较重要的一个指标,尤其是该指标的下限值决定了相机在弱光环境下的自动对焦效率。不同档次的机型在这方面存在一定的性能差异,某些低端单反的检测范围仅为0EV至+18 EV,而高端型号则可达到-4EV至+20EV。

相关阅读:

转发到新浪微博 转发到腾讯微博 RSS订阅 收藏本文 本文代码
请您评分 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
发表于2013.03.29 19:48:38
30
116.021.084.***
116.021.084.***
发表于2013.03.29 08:10:24
29
058.254.***.***
058.254.***.***
相位对焦发展了几十年了。可惜随着像素越来越高,显示器和分辨率越来越厉害, 跑焦问题日益严重
发表于2013.03.29 01:27:04
28
114.229.098.***
114.229.098.***
发表于2013.03.28 19:12:43
26
183.005.***.***
183.005.***.***
相位对焦目前还是处于优势地位,就算是入门单反的对焦系统,也明显比反差对焦更迅速果断,特别是追焦性能,反差对焦尚需努力,另外,反差对焦对于景深很浅的地方,容易出现焦点偏差。
发表于2013.03.28 19:09:47
25
110.072.064.***
110.072.064.***
发表于2013.03.28 18:59:12
24
222.066.114.***
222.066.114.***
发表于2013.03.28 14:05:10
22
210.073.113.***
210.073.113.***
发表于2013.03.28 13:40:34
21
发表于2013.03.28 12:49:27
20
发表于2013.03.28 12:08:46
18
058.033.***.***
058.033.***.***
这话片面了。奥运会上可没有记者用卡片机,触控对焦来拍摄比赛的。就现在而言,真正需要高速对焦和拍摄的体育赛事领域,还是传统的高端单反最可靠。
此帖使用iPad提交
发表于2013.03.28 11:09:25
16
反差对焦的前途应该会比较光明!
发表于2013.03.28 10:09:01
15
发表于2013.03.28 08:11:51
14
发表于2013.03.28 08:05:42
13
其实最常见的就是x型f/2.8+十字型f5.6的组合
发表于2013.03.28 06:05:16
12
发表于2013.03.28 01:22:35
11
提示本贴不可匿名回复,回复等级为:0 ,您现在正处在潜水状态
回复
验证码
6294 为防止广告机贴垃圾,不得已而为之
表情
正文