成像传感器相位对焦和混合对焦 相位对焦和反差对焦




历来小DC和微单采用反差自动对焦,单反采用相位自动对焦。2010年Fujifilm首先在F305EXR和Z808EXR上引入了成像传感器相位对焦。此后Nikon的J1/V1,Canon的EOS650D、EOSM以及Sony的NEX-5R、SLT-A99纷纷开始采用反差和成像元件相位混合对焦方案。十年前老机蠹才了解的对焦原理现下却被厂商广泛用于产品宣传,但只说个概念,不说细节,是不是有点可疑?成像传感器相位对焦到底如何?就撞针肤浅的了解侃侃。

相位对焦是三维对焦系统。目前的相位对焦系统大多是透镜分离相位检测系统,工作原理是检测镜头成像会聚光线中的某两束光线交汇在哪里判断脱焦的方向和距离。为此,相机必须有反光板/副反光板将成像光束反射到独立对焦系统,独立对焦系统需要分离透镜让两束光线分别在两个CCD线阵上成像。CCD线阵就是测量成像光束会聚情况的尺子。相位对焦原理的优点是可以控制镜头对焦一步到位,理论上更快。缺点是结构复杂成本高,独立对焦系统的安装和调制精度影响对焦精度。


成像传感器相位对焦的基本原理与透镜分离相位对焦类似,但更接近与上世纪80年代早期Honeywell公司研制的VISITRONICTCL相位对焦系统。它与透镜分离系统最主要的区别是检测分离光束的强度而非分离光束的成像。这是因为成像传感器没有足够的空间和厚度容纳大尺寸的分离/成像透镜,所以就借用成像元件表面的微透镜进一步会聚光线,并设置挡板遮住一半的的光线,让两个检测像素分别接受来自镜头两半的光线。如果成像光束正好会聚在成像元件上,那么来自镜头两半的光信号强度应该是一致的。如果成像光束会聚点偏前或偏后,两个半边强度信号就会发生偏差。根据相邻几个成像检测像素感知光信号的偏差量就能确定脱焦的位置和距离。





为什么小DC、微单以及实时取景/视频拍摄模式下的单反光有相位对焦还不够,还要特别改进成像传感器相位对焦呢?这里涉及相位对焦和反差对焦的优缺点。
反差对焦是二维对焦。其原理是根据镜头对焦时成像画面的对比度变化,寻找成像最清晰的合焦位置。反差对焦简单,不需要专用对焦组件;以最终成像为检测物,绝对准确。但是反差对焦采用不断摸索比较的方式,开始时要赌一把才知道往那边对焦,过程中只能摸着石头过河,结束前要错过合焦点才知道回去好好珍惜,所以一般认为反差对焦比相位对焦慢。

成像传感器相位对焦和混合对焦 相位对焦和反差对焦
事实上反差对焦并不必然代表着慢,目前某些微单的反差对焦速度超过某些单反的相位对焦。微单厂商将此归功于提高成像元件的刷新频率和优化了对焦算法,但单反同样可以提高对焦系统刷新频率、优化对焦算法。所以这个说法不能解释一切。很大一个因素应该在于小像场镜头对焦负担轻行程小、反应灵活、随动性好,同时景深相对小、严重脱焦情况少,更适应反差对焦模式。相比之下APS-C画幅的微单对焦速度明显比单反慢,这恐怕不应该完全归因于Sony、Fujifilm、Samsung在反差对焦研究上落后。


这些微单不知道方向和距离就能对焦这么快,如果它们知道呢?至少可以省略掉对焦开始和结束时的彷徨吧。
反差对焦还有几个缺点。反差对焦的连续自动对焦能力不足,对距离变化的动态物体难以保持持续合焦。相位对焦知道物体脱焦的方向和距离,也就知道了物体当前的运动速度,更要的是相位对焦系统实时知道镜头对焦位置、速度和物体位置、速度之间的差  

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