反差式自動(dòng)對(duì)焦與相位檢測(cè)對(duì)焦原理

1、詳細(xì)講解（反差式自動(dòng)對(duì)焦與相位檢測(cè)對(duì)焦）原理近日富士推出一款F305EXR采用了獨(dú)特的相位檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)。與單反相機(jī)不同，該機(jī)將CCD中內(nèi)置相位偵測(cè)像素。這種傳感器上的成對(duì)相位檢測(cè)傳感器的工作方式與DSLR的傳感器相似。 富士對(duì)焦專(zhuān)用像素對(duì)比檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦在檢測(cè)到最大對(duì)比度之前不斷調(diào)整，因而速度較慢，相位檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦與其不同，它將入射光線分成成對(duì)的圖像，執(zhí)行一次相位差計(jì)算以確定對(duì)焦調(diào)整的精確方向和調(diào)整量，富士測(cè)試自動(dòng)對(duì)焦檢測(cè)速度最高達(dá)約0.158秒。從富士的介紹上我們對(duì)兩種自動(dòng)對(duì)焦的特點(diǎn)有了初步了解，那么我們看看他們的區(qū)別：對(duì)比檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦(反差式對(duì)焦)對(duì)比檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的原理是根據(jù)焦點(diǎn)處畫(huà)

2、面的對(duì)比度變化，尋找對(duì)比度最大時(shí)的鏡頭位置，也就是準(zhǔn)確對(duì)焦的位置。 對(duì)比自動(dòng)對(duì)焦原理(圖片源自新攝影)對(duì)焦過(guò)程：隨著對(duì)焦鏡片開(kāi)始移動(dòng)，畫(huà)面逐漸清晰，對(duì)比度開(kāi)始上升；當(dāng)畫(huà)面最清晰，對(duì)比度最高時(shí)，其實(shí)已經(jīng)處于合焦?fàn)顟B(tài)，但相機(jī)并不知道，所以會(huì)繼續(xù)移動(dòng)鏡頭，當(dāng)發(fā)現(xiàn)對(duì)比度開(kāi)始下降。進(jìn)一步移動(dòng)鏡片，發(fā)現(xiàn)對(duì)比度進(jìn)一步下降，相機(jī)知道已經(jīng)錯(cuò)過(guò)焦點(diǎn)；鏡片回退至對(duì)比度最高的位置，完成對(duì)焦。這個(gè)過(guò)程的重復(fù)“確認(rèn)”就是富士所說(shuō)的“測(cè)到最大對(duì)比度之前不斷調(diào)整”相位檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦：相位檢測(cè)對(duì)焦比反差對(duì)焦多出一些硬件部分。包括一個(gè)分離鏡頭(和線性傳感器圖像通過(guò)分離鏡頭分離出2個(gè)圖像，然后通過(guò)線性傳感器檢測(cè)出兩個(gè)圖像之間的距離。

3、 相位自動(dòng)對(duì)焦原理(圖片源自新攝影)現(xiàn)代相位檢測(cè)對(duì)焦系統(tǒng)中的傳感器部分比上面的要復(fù)雜很多，一般是組合多個(gè)不同方向的線性傳感器，形成多方向的反差檢測(cè)。這些多出硬件部分無(wú)疑增加成本，結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜。 鏡頭進(jìn)來(lái)的光線，大部份向上反射到五菱鏡，再送到觀景窗，一部份穿過(guò)反光鏡，再向下反射送給對(duì)焦模塊可以看到反光鏡后，向下分光反射給對(duì)焦模塊的鏡片由于對(duì)焦過(guò)程是在拍攝之前，而且會(huì)將原光束進(jìn)行分離。所以最終到達(dá)線性傳感器上的光線會(huì)變得很弱。所以這種對(duì)焦方式對(duì)原始光線的要求會(huì)比較高。光線不足會(huì)很大程度的減弱對(duì)焦的成功率和速度。這也是對(duì)焦系統(tǒng)有光圈要求以及一些單反相機(jī)具備對(duì)焦輔助燈的原因。相比反差式的需要來(lái)回多次“

4、錯(cuò)過(guò)”準(zhǔn)確焦點(diǎn)的位置來(lái)對(duì)焦的方式，相位式對(duì)焦在一開(kāi)始的時(shí)候就可以通過(guò)相位檢測(cè)的信號(hào)來(lái)判斷當(dāng)前的焦點(diǎn)位置是靠前還是靠后。并且準(zhǔn)確的告訴鏡頭驅(qū)動(dòng)模塊，應(yīng)該將鏡片向哪個(gè)方向移動(dòng)。而且在準(zhǔn)確焦點(diǎn)位置的時(shí)候，相位檢測(cè)系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的知道當(dāng)前已經(jīng)處于合焦?fàn)顟B(tài)。不需要再重復(fù)來(lái)回移動(dòng)對(duì)焦鏡片組。所以在速度上會(huì)比反差式對(duì)焦快很多。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)相位偵測(cè)對(duì)焦更快但是對(duì)光線要求較高，對(duì)比偵測(cè)對(duì)焦結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、硬件少、光線要求低但會(huì)“猶豫”對(duì)焦慢。兩者各有其優(yōu)勢(shì)。由于富士Super CCD EXR采用內(nèi)置相位檢測(cè)像素，這就是相當(dāng)于將單反中獨(dú)立的線性傳感器(專(zhuān)用對(duì)焦)集成到用來(lái)成像的主傳感器上，傳感器同時(shí)具備對(duì)比檢測(cè)和相位檢測(cè)自動(dòng)

5、對(duì)焦功能。 富士對(duì)焦像素工作原理這兩種對(duì)焦方式之間智能選擇。在大多數(shù)場(chǎng)景，尤其是昏暗的場(chǎng)景下，傳統(tǒng)的對(duì)比檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦能夠拍攝出漂亮的效果，但在拍攝高對(duì)比度對(duì)象或使用長(zhǎng)變焦時(shí)較難對(duì)焦。該系統(tǒng)可以瞬間切換到相位檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦，快速精確地拍攝這些場(chǎng)景。富士抓住兩種對(duì)焦方式對(duì)光線要求的差異，擇優(yōu)使用，同時(shí)由于集成的原因，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、硬件也減少，可謂各展所長(zhǎng)。然而富士這一突破是具有深遠(yuǎn)意義的，就小編所知，這種在圖像傳感器上集成專(zhuān)用對(duì)焦像素的做法并非富士一家。(一)索尼專(zhuān)利據(jù)國(guó)外媒體爆料，索尼有一專(zhuān)利與富士思路相同，也是在主圖像傳感器上做相位偵測(cè)對(duì)焦。 索尼專(zhuān)利反光鏡抬起圖像傳感器直接對(duì)焦索尼對(duì)焦像素排布索尼

6、為了克服沒(méi)有分光器， 將感光組件上的"對(duì)焦點(diǎn)區(qū)域"設(shè)計(jì)一排專(zhuān)用的對(duì)焦像素，這排像素是由A，B兩組像素組成，交錯(cuò)排列， 如果我們單看A 與單看B， 可以將這條對(duì)焦像素視為兩條獨(dú)立的線性傳感器， 與單反中的AF線形傳感器一樣， A與B接收同來(lái)自一光源的光。要讓A，B兩組傳感器分別接收到來(lái)自鏡頭不同方向的光，索尼在對(duì)焦用像素上設(shè)計(jì)兩層交錯(cuò)的光柵遮光，讓所有A像素和B像素只能接受一個(gè)方向的光，這樣就起到單反相位對(duì)焦系統(tǒng)中分離鏡頭的作用。(二)尼康專(zhuān)利無(wú)獨(dú)有偶，國(guó)外媒體09年8月曝光尼康一個(gè)專(zhuān)利，與索尼相似，也是要在圖像傳感器上做文章，增加用于對(duì)焦的像素。 尼康第一種對(duì)焦像素排布專(zhuān)利

7、中對(duì)焦像素是在傳感器里面相關(guān)位置(對(duì)焦區(qū)域)插入一些專(zhuān)門(mén)用來(lái)對(duì)焦的像素。雖然這樣會(huì)導(dǎo)致一些馬賽克像素?cái)?shù)據(jù)合成錯(cuò)誤，但專(zhuān)利說(shuō)這些錯(cuò)誤不會(huì)容易被人眼容易觀察。 這是第一種對(duì)焦像素的結(jié)構(gòu)，表面沒(méi)有馬賽克彩色濾鏡，形狀為上下半圓形，這樣可以產(chǎn)生對(duì)焦誤差信號(hào)。實(shí)際上與單反相機(jī)的相位差傳感器結(jié)構(gòu)類(lèi)似，優(yōu)點(diǎn)是對(duì)焦速度大大提高。 另外一種結(jié)構(gòu)，兩個(gè)水平條，以及對(duì)焦像素結(jié)構(gòu)。(三)佳能專(zhuān)利索尼、尼康都有專(zhuān)利在手，佳能自然也不甘落后，今年7月國(guó)外媒體爆出佳能也有類(lèi)似專(zhuān)利技術(shù)。佳能專(zhuān)利相機(jī)信息(USPTO App. No.12/664，529 )中可能將會(huì)在主要圖像傳感器的單個(gè)像素感光點(diǎn)上，加入更快的相位差偵測(cè)式自

8、動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)。對(duì)焦偵測(cè)識(shí)別感光像素用于圖像傳感器上后，針對(duì)視頻拍攝能力將有所提高。 佳能專(zhuān)利將用于AF傳感器塞進(jìn)圖像傳感器里的思路，幾家公司想到一處絕非偶然，這種更高集成化的想法，符合未來(lái)趨勢(shì)，尼康和索尼把水平感應(yīng)點(diǎn)和垂直感應(yīng)點(diǎn)排列成線狀，而佳能是把水平和垂直感應(yīng)點(diǎn)各一個(gè)為一組，平均分散在感光組件上，雖然辦法稍有差異，但殊途同歸。前文為何說(shuō)富士改突破時(shí)具有深遠(yuǎn)意義的呢？四家公司中，僅有富士將專(zhuān)利變成實(shí)物產(chǎn)品，而其他三家還處于紙面上。但這說(shuō)明相機(jī)廠商尤其幾位巨頭已經(jīng)看到這種設(shè)計(jì)的發(fā)展前景。尼康和佳能目前都有研發(fā)單電相機(jī)(EVIL)的風(fēng)聲，而AF系統(tǒng)恰恰是單電一大軟肋，目前的單電相機(jī)都是對(duì)比檢測(cè)自動(dòng)

9、對(duì)焦系統(tǒng)，前文已經(jīng)介紹過(guò)這種對(duì)焦的問(wèn)題，那么要想讓單電在對(duì)焦上突破，還不必效仿單反復(fù)雜結(jié)構(gòu)，辦法只能在圖像傳感器上做做文章，二合一的做法也就成了必然。這種創(chuàng)新不僅僅對(duì)主要使用對(duì)比檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的便攜DC、單電相機(jī)有好處，而且現(xiàn)在不少單反相機(jī)具備了實(shí)時(shí)取景和視頻拍攝能力，在拍攝視頻(或?qū)崟r(shí)取景)時(shí)，單反同樣使用對(duì)比偵測(cè)對(duì)焦，對(duì)焦慢，成為目前單反實(shí)時(shí)取景、視頻拍攝一大詬病。索尼曾設(shè)計(jì)用另一塊傳感器來(lái)替代主圖像傳感器完成實(shí)時(shí)取景，該傳感器設(shè)計(jì)到五面鏡當(dāng)中，這樣就不在用主圖像傳感器反光鏡會(huì)礙事的問(wèn)題，這樣通過(guò)反光鏡反射，有這塊專(zhuān)用傳感器實(shí)時(shí)取景，對(duì)焦上仍然使用單反原有的相位對(duì)焦系統(tǒng)，這也就是為何索尼

10、這種設(shè)計(jì)的相機(jī)實(shí)時(shí)取景情況下對(duì)焦速度快的原因。 不過(guò)，這種方式并不是真正最終成像的傳感器來(lái)實(shí)時(shí)取景。所見(jiàn)并非百分百所得，兩者不能完全劃等號(hào)。由于這種設(shè)計(jì)依仗五面鏡中活動(dòng)鏡片改變光路，也就是說(shuō)只能使用空腔五面鏡，而不能使用實(shí)心的五棱鏡。五棱鏡的反射率高，光路中光線損失少，取景視野更為明亮清晰等好處就要舍棄，也就是說(shuō)為了實(shí)時(shí)取景快速AF，只能忍受光學(xué)取景器素質(zhì)下降。所以富士該做法是治根的，單反的圖像傳感器可以相位偵測(cè)對(duì)焦，那么實(shí)時(shí)取景對(duì)焦拍攝、視頻短片AF都迎刃而解。因?yàn)槭菆D像傳感器的一次變革，對(duì)整個(gè)數(shù)碼相機(jī)家族都是有大大的好處，尤其對(duì)正在興起的單電相機(jī)，無(wú)疑是一劑強(qiáng)心劑。對(duì)于這種集成設(shè)計(jì)還存在一些問(wèn)題。成像時(shí)這些“插班生”并不參與成像，