说到单反技术,相位检测自动对焦究竟是如何工作的,似乎有相当多的困惑。虽然对于大多数人来说,这可能不是一个非常感兴趣的话题,如果你想知道相机如何以及为什么会有自动对焦问题,这篇文章将揭示相机内部在拍摄照片时自动对焦的情况。佳能5D Mark III、尼康D800、宾得K-5和其他数码单反相机的自动对焦问题有大量的负面反馈,似乎大多数摄影师似乎不明白,潜在的问题并不一定与特定的型号或类型的相机有关,而是与这些相机获取对焦的特定方式有关。如果你在互联网上搜索,你会发现成千上万的关于10多年前各种单反的自动对焦报告。因此,我们在现代相机中看到的前对焦和后对焦问题并不是什么新鲜事——自从第一台带有相位检测传感器的单反诞生以来,它们就一直存在。
单反相机是如何工作的
为了更详细地理解这个问题,重要的是要了解如何单反相机能用第一。典型的单反图只显示了一个45度角的单面反射镜。他们没有展示的是,在反射镜后面有一个副镜,它将一部分光反射到相位检测传感器中。下面是我用尼康D800的图片做的简化图:
以下是上图中每个数字的描述:
- 光线
- 主要/反射镜
- 副镜,又称“子镜”
- 相机快门和图像传感器
- 调节主镜的偏心销(1.5mm六角)
- 用于调节副镜的偏心销(1.5mm六角)
- 相位检测传感器(AF传感器)
- 五棱镜
- 取景器
让我们来看看拍照时相机内部发生了什么。光线进入镜头,进入相机。部分透明的主镜(2)定位在一个45度角,这反映出大部分的光线垂直进入五棱镜(8),五棱镜神奇地垂直光转换回水平和恢复它,所以,你看到什么你得到当你透过取景器(9)。一小部分光穿过主镜和被二级反射镜(3)这也是倾斜一个角度(54度在许多现代尼康相机,如上所示)。接下来,光线到达相位检测/ AF传感器(7),它将其重定向到一组传感器(每个AF点两个传感器)。然后,相机分析和比较来自这些传感器的图像(类似于在测距仪上评估焦距的方式),如果它们看起来不一样,它会指示镜头进行适当的调整(详情见下文)。
虽然上面的过程看起来或多或少很简单,但这种方法有一个主要问题。相位检测传感器是指示镜头进行适当调整的传感器,而图像是由完全不同的设备捕获的——相机背面的传感器。为什么这是个问题?记住,当你拍照时,主镜和副镜都向上翻转,快门打开,镜头的光线直接照射到相机传感器(4)。为了使相位检测自动对焦正常工作,镜头架和相机传感器之间的距离,以及镜头架和相位检测传感器之间的距离必须完全相同.即使有一点点偏差,自动对焦也会不正确。最重要的是,如果副镜的角度不准确,也会导致自动对焦问题。
相位检测传感器如何工作
如上所述,相位检测系统的工作原理与测距相机类似。从副镜反射的光被两个或更多的小型图像传感器接收(取决于自动对焦系统有多少个焦点),它们上面有微透镜。在取景器中,对于每个焦点,都有两个微小的相位差传感器——分别位于镜头的两侧,如图7页上方的插图所示(插图通过显示两束独立的光束到达两个独立的传感器,过分夸大了这种行为。
事实上,在现代阶段检测设备的传感器比两个多,而且这些传感器彼此非常接近)。当光线到达这两个传感器时,如果一个物体处于对焦状态,来自透镜两端的光线就会汇聚到每个传感器的中心(就像在图像传感器上一样)。两个传感器上的图像完全相同,这表明物体确实处于完美聚焦状态。如果一个物体失焦,光线将不再汇聚,它将击中传感器的不同侧面,如下图所示(图片来自维基百科):
图1 - 4表示镜头被聚焦的情况(1)太近,(2)正确,(3)太远,(4)太远。从图中可以看出,两个轮廓之间的相位差不仅可以用来确定方向,还可以用来确定要改变多少焦点才能获得最佳焦点。注意,在现实中,移动的是镜头而不是传感器。
由于相位检测系统知道一个物体是前聚焦还是后聚焦,它可以向相机镜头发送精确的指令,将焦点转向哪个方向,以及转向多少。以下是当相机获得对焦时发生的情况(闭环对焦操作):
- 通过透镜两端的光由两个图像传感器进行评估
- 根据光线到达图像传感器的方式,自动对焦系统可以确定物体是正面还是背面聚焦,以及聚焦的程度
- 然后自动对焦系统指示镜头调整焦距
- 根据需要重复以上步骤,直到达到完美的对焦。如果无法对焦,镜头就会重置并开始重新获得对焦,导致对焦“狩猎”。
- 一旦达到完美的对焦,自动对焦系统会发送一个物体对焦的确认(取景器内的一个绿点,一声哔哔声等)
所有这些都在很短的时间内发生,这就是为什么相位检测系统比对比度检测系统快得多(对比度检测系统依赖于来回改变焦点,直到实现焦点,大量图像数据分析发生在图像传感器级别)。
相位检测/自动对焦系统是一个非常复杂的系统,当高端相机线每次刷新时,都会看到很大的改进。多年来,自动对焦点的数量一直在增加,以及更可靠的交叉型自动对焦点的数量。例如,佳能1D X和佳能5D Mark III拥有惊人的61个对焦点,其中41个是交叉型。看看相机上自动对焦传感器的复杂矩阵:
不仅增加了对焦点的数量,而且提高了其可靠性。当今大多数现代专业相机都配有极快且高度可配置的自动对焦系统,可以连续跟踪被摄对象并获取对焦。
单反自动对焦问题
如上所示,相位检测自动对焦系统非常复杂,需要很高的精度才能得到准确的结果。最重要的是,相位检测/对焦系统必须在制造过程中正确安装和对准。即使有一点点偏差,这在制造业中确实经常发生,自动对焦就会关闭。这就是为什么相位检测自从第一个带有相位检测传感器的单反问世以来一直是问题的根源的主要原因。了解这些可能的偏差,所有单反制造商都开发了高精度校准系统,考虑到这一点,并允许在检查和质量保证(QA)过程中对单个相机进行校准。
如果检测到相位检测传感器对齐问题,系统将自动执行计算机化测试,检查每个焦点,并在相机中手动调整它。对偏离的点进行重新校准和调整,然后将补偿值写入相机固件。这可以看作是发生在相位检测水平上的AF微调/ AF微调整类似的过程,除了它是分别对每个AF焦点进行的。
由于主镜允许光线通过,因此会有光线损失,可能与传感器形成对比。你可以看到它的走向....我昨天产生的另一个想法是,当你在APS-C传感器上使用全画幅镜头时,一些图像被裁剪了。但由于大多数镜头都有边缘锐度下降的问题,所以传感器上剩下的就是边缘锐度。想象一个镜头被审查,它没有损失锐度在ir的投掷。人们会疯狂购买的。那么,为什么相机公司不把这个设计到他们的系统中,或者,他们已经这样做了,我们仍然得到边缘柔软,因为他们只做了一部分?
有趣的文章,但它没有解释为什么每个镜头都需要单独校准。你能解释一下为什么有些镜头会在没有校准的情况下聚焦,而另一些镜头则会关闭,除非经过微调吗?
那么每个镜头的对焦校准呢?!尼康如何为每个单独生产的镜头校准自动对焦?在A工厂制造的机身和B工厂的尼克尔镜头必须耦合和校准在一起,以获得准确的对焦性能。如何解决这个问题?
这是一篇非常好的文章,特别感谢!!
谢谢,
桑德尔
真的很棒的文章。非常感谢。
这是通过图像传感器的“对比度检测”来完成的。这将在下面的文章中进行解释。
bobsports官网www.9resident.com/autofocus-modes
亲爱的Nasim,
你的另一篇精彩文章。不只是谢谢你。与你文章中的主题无关,我想知道根据你展示的单反图,Liveview模式是如何工作的(我的意思是当副镜和快门挡住了图像传感器的光线时,LV模式是如何工作的)?
这是通过图像传感器的“对比度检测”来完成的。这将在下面的文章中进行解释。
bobsports官网www.9resident.com/autofocus-modes
谢谢,我说得很清楚,也很有帮助。
有人说,把事情弄复杂容易,而把复杂的事情弄简单却很难。你在用普通人的语言解释相位检测方面做得很好。万分感谢。
普拉卡什