自动对焦简介

af：Auto Focus 自动对焦

pdaf：Phase Detection af 相位对焦

caf：Contrast Detection  对比度对焦/反差对焦（按必定step连续拍摄，选取反差值对大的位置）

 

转自：http://www.jianshu.com/p/1ccbaf458354

自动对焦（Auto Focus）是一种于20世纪60年代发展起来的技术，主要在相机和其余光学设备上应用。其中须要许多技术，如半导体、光电子、微型马达等支持。

其自二十世纪70年代应用于民用相机以来，掀起了巨大浪潮；时至今日，从紧凑型数码相机，到单反或者是无反机型，几乎都遍及自动对焦。

今天拍照并不须要了解那么多原理，本篇笔记做为维基条目的副产品，大略介绍一下自动对焦的发展和现状，供有兴趣的朋友参考。

背景

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所谓对焦，就是驱动光学镜头中的一枚或多枚，而在对焦屏或成像元件上得到最清晰像的过程，其历史甚至早于照相机的诞生——早期画家们有“取景盒子”时就有对焦概念了。而照相机在达盖尔时代发明显影术后获得了高速发展，摄影师从湿版到胶片，从单一黑白摄影到得到色彩，手动测光到自动测光，终于，须要自动对焦的一天来到了。

自动对焦诞生以前，手动方式对焦有两种方法，一种是测距对焦（Scale Focus），一种是取景器联动对焦，这两种方法都会在后文说起；前者的精准度有限，后者的形态万千，诸如黄斑和裂像等，但对于使用者眼神和操做都有必定要求，也限制了照相机这个“魔法盒子”在普通大众之中的普及——人民大众有要求，工程师们天然会想办法来解决。

颇有意思的是，最先能够查询到的记录是徕兹公司提出的自动对焦相关的专利，提出时间差很少在60年代～1973年（我在搬运的时候发现英文维基的注释连接失效了，以前也感叹这个时代信息消逝得更快了。相关过往在这里有说起）。

徕卡是135相机的发明者，很长一段时间，甚至如今而言，也是无可争议的135王者；技术领先与制造精良是其王牌。这样的企业想掀起新的浪潮，也彻底能够理解。到了1976年的Photokina展，徕兹公司也推出了一款概念产品 Correfot ，稍后的78年展现了自动对焦彻底功能的单反……再而后，就没而后了。自动对焦的机器要等到21世纪和松下合做以后推出的几款贴牌DC；或许值得一提2006年的Digilux 3，43感光元件的可换镜头机型（然而实际上是奥林巴斯E-330的改型，松下L1的再贴牌）。再以后有试水不可换镜头的X1/X2，APS-C的T系，以及2015年的LeicaQ，然而这都是后话。

图文无关，我就是摆一台徕卡镇楼（Leica I）

百花齐放，日本相机工业在70～80年代有一种后来居上的势头。话说回来，人民群众要的是极致画质和平衡的功能，前者日本人追赶了，彷佛仍是会差点意思；后者却是在自动对焦的场地上扬名立万。77年柯尼卡(Konica)的C35 AF，是自动对焦的PS机；而81年的宾得(Pentax)ME-F将自动对焦扩展到单反领域。1985年美能达的MinoltaAF也是里程碑同样的登场，宣告着真正的完备自动对焦系统出现了。虽说α7000能够说平平无奇，甚至其上撤销拨轮而使用细长按键的设计也是局限于时代审美的标志，然而终究是各种技术集大成之做。宾得(Pentax)、尼康(Nikon)、佳能(Canon)也纷纷投入新的市场。

美国在这个时期也并不是没有做为，除了威达(Vivitar)热衷于计算机辅助设计以外，还有一家宝丽来(Polaroid)的公司一直对Instant(即时成像)抱有极大热情，72年～81年间出产的SX-70系列是其产品中的佼佼者，在78年生产的OneStep机型还带上了声纳自动对焦系统。一时，迪斯尼乐园、即时成像、傻瓜操做，无疑是美国梦的一种具体意象。

德国的另一位巨擘，蔡司，在90年代可能受到德国统一，万事可为的利好鼓舞，也联合日本京瓷推出了自动对焦的康泰时(CONTAX)品牌产品，不可换镜头的T系，可换镜头的G系以及稍迟的N系单反产品。

随着时代推动，自动对焦技术也在发展，可是就不在『背景』章节里赘述了。最后一件要说的事情是，80年代末90年代初，美国企业honeywell(霍尼韦尔)起诉minolta(美能达)关于自动对焦专利侵权——这个时期恰好是日本泡沫经济末期，而美帝上下一股护犊情绪——总之最后美能达被美国法庭判败诉，赔偿约1.2亿美圆（嗯，90年代初的“亿美圆”）；财务上的危机致使了后来不少事，简直能够另外撰文。（有兴趣的朋友亦可移步自行阅读日文条目『ミノルタ・ハネウェル特許訴訟』）

原理与实现

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解构主义视点来看，自动对焦其实能够视做是手动对焦的自动化：转动对焦环（以驱动对焦镜片），观察取景器，观察到合焦则中止对焦。

而还存在另一种手动对焦方法，（使用测距仪或估算）测量出相机胶片到拍摄体的距离，而后根据镜头标尺旋转对焦环。这种方法被称做 Scale Focus (标尺对焦)，随着黄斑对焦和单反取景相机的普及而较少使用，偶尔在人文类摄影中配合超焦距以估焦方式露面。

这两种方法彷佛恰好能够对应自动对焦的两大类别，即『被动式』与『主动式』。

主动式

简单来讲，主动式的自动对焦就是拿一个测距仪，比划着差很少画面中心位置，测出来距离数据，传递给机身，机身根据标尺推着对焦镜片到那个位置，“咔嚓”，拍下对焦成功的照片。基于这一点，『主动式』叫作『测距式』也许更为具象一些。

Polaroid SX-70 Sonar OneStep，声纳比镜头还大

这样的好处很明显，就是机身内部用于成像的结构基本不要改，加装一个外部附件而后进行通信而且驱动镜片就是。因此，在自动对焦的早期，不少不少这样的设计；好比说宝丽来的SX-70系列中的SONAR OneStep款。

测距器的具体实现不少，超声波（声纳）、红外线，以及最近一段，从新在手机上被翻出来用作噱头的『激光对焦』，都是相似的。

CONTAX G，自动对焦的旁轴系统，额头小窗户是红外测距用。如下说法的例外之做

至于对上没对上，抱歉，通常机型取景器里看不出来；想要对画面中比较特别的点对焦，抱歉，也不太好选。这些问题，以及早期外部测距器的庞大致积，都影响了相机设计（上图中的红外窗测距，算是例外，小型化程度好，在20世纪末广泛装备于傻瓜相机上）。由于主动测距式的不足，也就有了下面的被动式。

被动式

其实仔细想来“被动”这个说法并不严谨，严格来讲这叫作 TTL式。所谓TTL，就是 Through The Lens 的缩写，字面直译“经过镜头”，意译“镜后”；在自动对焦以前，这主要用来区分称呼测光方式，如今则轮到了自动对焦。

以“镜后”方式作的行为，好处就是“所见即所得”，从消除视差，精确测光，到自动对焦，无一不是如此，而能以镜后方式来运做的相机系统，在当时就是单镜头反光取景机型，即所谓“单反”。

而这镜后被动式的自动对焦，又分做两种实现，即『相位对焦』与『对比度对焦』。而这两种实现，又与稍早发展起来的图像传感器技术有关。

相位对焦（Phase Detection Auto Focus，PDAF），可能又叫作“相位差对焦”，是将传感器布下“长蛇阵”，而后在这条线上捕捉经过镜头不一样边缘部分射入的光线进行检测的方式。说的比较复杂，看图简单。

相位对焦，不一样位置的状况

这图是我见过的诉说原理的图片中最简洁的，来自DP Review，作成了动图好插入文章。这里的传感器即为相位对焦传感器，为横向分布，红线与蓝线表明了镜头同一被摄体经过镜头两端投射的光线，重合即为合焦；而若不重合，还能够根据具体的分布位置，判断焦点偏移的方向，能够进行方便的反馈纠正。

聪明的读者这时候也会想到，若是这一字与物体的条纹方向恰好同向，岂不是抓瞎了？为了解决这样的问题，就把本来的一字长蛇阵改成十字或者X字阵就能够了；在美能达Dynax 7（也就是美能达A7）发布的时候（约2000年），还出现了“双十字”的说法，其实就是传感器排布以“十”叠加“X”，可是可能叫作“米字对焦”很差听（“双十字”比较酷炫有没有！）。无忌的Xitek西老当年还写过一篇《双十字交叉传感器原理》，欢迎移步阅读。

 

对比度对焦（Contrast Detection Auto Focus，CDAF），也被叫作“反差对焦”，是根据画面中的物体的反差来判断合焦状况的方法。因此考虑一下，这样的对焦是在以传感器为取景/成像条件下完成的。

这样的判别方法，更接近人的判断过程，即观察图片变化制定下一步的决定。然而要模拟这样的过程，对于图像识别、驱动算法，以及做为支持的芯片等都有较高的要求；在民用紧凑型数码相机刚出现的时候，这样的对焦相比单反上发展多年的相位对焦是缓慢的；技术的发展让对比度对焦的速度不断提高，特别是在Micro 4/3系统推出后，随着奥林巴斯与松下为表明的企业努力下，对比度对焦速度甚至超过了一些单反相机。后面的『对焦速度』段落会说到。

实时取景带来的变更

自2006年，以奥林巴斯E-330为表明，将真正实用化的实时取景功能（Live View）引入大底传感器机型以来，其便利性已深刻人心（特别是新晋用户）。在新的时期，愈来愈多使用传感器取景拍摄的状况；但是，单反的结构（后文『跑焦』段落会说起）决定了，在抬起反光板时没法启用相位对焦。为了解决这个问题，这时候的厂家们，提出了两种方案：
1. 抬起反光板的时候，用对比度对焦；
2. 前一种太慢了，玩点别的花样吧。

前一种的方案，能够认为佳能的EOS 450D为表明，实时取景模式下，使用对比度对焦；固然，用过的人都了解是怎样一种缓慢的过程。后一种，则有奥林巴斯E-330和索尼的α300/α350为表明。

奥林巴斯的E-330，提供了两种模式可选；A模式快速实用，能够实现高速自动对焦

索尼α350的实时取景示意

后者的方案，在启动实时取景时，并非将反光镜彻底抬起，而是对光路稍做变更，将部分镜后光线投射到一块稍小的副传感器上；剩下的光线，仍是去往了原来的相位传感器上。

索尼公司在2010年更进一步，在其于该年发布的SLT机型上，设置了固定式的半透明反光镜，索尼称之为“Translucent Mirror Technology”，右上角还要带TM角标的那种。这样，取景和成像都使用主传感器，只是光线的利用效率会比单反机型稍微低一些。

这部分的内容，我稍早在中文维基创建了『奥林巴斯 E-330』『半透明反光鏡』『索尼SLT机型』条目，可供参考。

混合搭配，干活不累

本来成像用胶片，自动对焦用CCD，天然是要分开；如今成像和自动对焦都用CCD/CMOS，那么能够合在一块儿吗？

正是这样朴素的想法，诞生了“传感器内嵌相位对焦点”的设计。最先产出这样传感器的，是日本的富士胶片，其在2010年推出的机型『F300EXR』，配置了具有内嵌相位对焦点的EXR传感器。

EXR传感器是SuperCCD式的蜂巢排布，黄点为对焦点

其具体实如今于，选择片上相邻的一对像素点(此处为富士胶片特殊的六角形排布)，各遮蔽其上一半的感光，使其只能接受从镜头相对两侧进入的光线。由此，即在原理上达到了相位对焦模块的实现。来自东芝的一段视频简明说明了该问题。

相位对焦与内嵌式实现

理论上的缺点在于，用做相位对焦的点不能参与成像，须要机内处理以周边像素进行插值生成；然而在动辄上千万像素的今天，几个乃至几百个像素点的损失，相比由此获得的便利性，确实不算什么事。

佳能公司在650D时代推出的包含内嵌相位点对焦的能力乏善可陈，为了在这股技术浪潮中占领高地，也于70D的世代推出了全像素双核对焦（Dual Pixel CMOS AF），名字很复杂，其实就是在像素上布置了两组二极管，这样让像素既能够进行对焦，也能够进行成像。佳能本身有介绍，而“撞针”前辈也有一篇《草评Canon Dual Pixel CMOS AF》，虽自称草评，但其中专门介绍了其中的工做原理，感兴趣的朋友能够移步阅读。

以上述的设计，配合传感器取景本来就使用的对比度对焦，构成了时下各类商业宣传中常常听到的“混合对焦”；一般的作法是，相位传感器侦测大概的合焦位置，镜片在该位置附近，使用对比度方式进一步检测合焦——这样既发挥相位差方式的高速指向性特色，又能够得到对比度的高精度和相关的模式识别能力。富士胶片从本来自产的EXR传感器，到如今APS-C规格的X-TransII都已配备（听说，后者是定制版的索尼IMX071）；而尼康、索尼、佳能、松下等厂商也都在其无反产品中加入了“混合对焦”的行列。

固然，混合对焦早期也能够指早期主动与被动方案的协同，这里篇幅限制，并未进行介绍。

相关概念

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原理说完，讲讲自动对焦的一些相关概念。

对焦速度

如下几样东西影响着对焦速度：
1. 对焦方式与具体执行方法
2. 灵敏度（传感器）
3. 马达（执行器）
4. 镜片安排

对焦方式与算法，对焦方式的选择，会对自动对焦的速度产生影响。相位式方案中，单一状态的传感器数值已经能够判断去往合焦须要的方向，而对比度对焦则要经过“尝试-观察（并分析）-再尝试”的方法来得到，受到传感器灵敏度因素的制约较大。

插入来讲说灵敏度，尼康公司会对本身的相位对焦传感器取名（Multi-CAM系列），而且在一段时间后将本来高阶的对焦模块“下放”到本来较低定位的新机型上，这一举措被粉丝们称为厚道；而另一方面，其余公司彷佛并不喜欢这种命名行为，自动对焦的模块升级相对显得不可知，但几乎也遵循新技术必然有提高的节奏。

尼康的高端模块，Multi-Cam 3500FX，51区

自动对焦单反发展的早期曾有一种说法，即开放光圈小于F5.6的镜头没法实现自动对焦，其实也与传感器的灵敏度有关；而做为例外，极限多是美能达的500R镜头，恒定的F8光圈仍然能够在机身的合理设计下实现自动对焦（仅中心点，详见条目『美能达500R』）。

而对比度对焦的算法影响较大。笔者去年曾经写过一篇关于佳能无反EOS M的介绍，不想引发了意外吐槽。人称“茼蒿”（@不辣的玛荔）的玩家，还在国内时，曾经对初代机型进行过深刻分析，据其说，EOS M上的对比度对焦算法如X通常——说这话时满心愤恨堪比吃了一台EOS M通常。

日经BP说起该第一版机型的对焦算法时说『EOS M的AF不是单纯的“慢”，而是让人“以为慢”』。佳能过后也放出了一版升级固件，2.0.2，有用户对比发现速度加快(Youtube视频为证)。以上这些只是想说明硬件条件不变，合理化的算法能够加快对比度对焦的速度。

若是能够掌握更多资源，对比度对焦能够作到何种程度？佳能公司在2012年的EOS M属于反面例子，而同一年奥林巴斯公司发布的旗舰机型OM-D E-M5，则是纯对比度对焦，却达到了很是高的速度。该公司在E-P3世代开始配置了称做『FAST AF』功能，全称为Frequency Acceleration Sensor Technology，工做机理在于以120FPS的刷新率分析图像，配合专用的图像处理芯片，镜片对焦移动过程当中在图像上的变化变得很是敏锐，结合后文说的技术而达到了高速自动对焦。在其诞生多年后的2014年，松下的DFD（Depth From Defocus，空间认识技术）与相似的索尼4D Focus才以更进一步的识别能力而推动算法发展。

索尼4D对焦展现

马达，镜头或者机身上的马达，虽然个头不大，却要驱动着镜片的运动，它们是否够强力每每决定了机身或者镜头的能力，也影响了市场中的定位。

在自动对焦系统开发之初，如美能达的系统，选择由机身提供动力推进镜头的方案，由于能够单机身多镜头复用这一系统，显得成本较为低廉；可是相比稍迟推出的，如佳能EOS系统所选择的，将马达置于镜头的作法，（以如今的眼光来看）有诸多不足。除了商业定位上的考虑，后者驱动力与小型化能够随时代而发展，而前者传动链长的劣势却一直存在。尼康、索尼和宾得公司也在单反领域从后者向前者进行转型；而无反系统则清一色地于一开始便采用的镜头配置马达的布局。

目前普遍应用在镜头中的马达，主要有超声波马达与步进式马达（步进电机）。

超声波马达是利用压电效应，也就是电能与机械能互换的效应而开发的一类微型化马达，有意思的是，它的第一个商业应用和最普遍应用就是出如今自动对焦领域。几乎全部相机厂家都有本身的超声波马达技术，而且都取了复杂的商用名称，而后又以为麻烦而使用三个字母做为缩写（约好的通常，竟然都是三个字母），十分有趣。

而步进电机在实时取景得到普及后，也获得了重视，这与对比度对焦的方式以及步进电机的工做方式有关。

佳能EF-M 22mm F2 STM镜头机械结构图

对比度对焦不断重复『分析采样-驱动-再分析-再采样』的过程，必然会跨越对比度峰值而进行对焦镜片的回归；步进式马达由于能够无需其余设备而得到本身的形态信息，因此在回归这一过程能够实现得较为迅速。佳能公司曾经很是推崇USM超声波马达，而且在高阶镜头中大规模装配，粉丝也对此趋之若鹜；然而在实时取景与视频大规模应用下，也不得不妥协，近年来不少装配STM马达的镜头问世，其实质就是步进式电机。

 

仍是佳能EF-M 22mm F2 STM镜头，对焦镜片由螺杆机构推进

关于步进电机的认识，我最先来自于中学时候玩机器人的经历。机器人的组装须要各式各样的执行器，普通的马达能够说是“忘我冲锋”，而后由其余传感器控制它的工做条件（启/停）；步进马达比较复杂，须要赋值来为形态作出一个定义，在组装机械手的时候，使用这样的马达能够不须要位置传感器来得到现有状态数据，直接读取变量值便可，印象颇为深入。我认识一位朋友，江湖人称“哥哥”，他有一句口头禅，『咱们来聊聊步进电机吧』，对此的痴狂可见一斑。鉴于步进电机的光明将来，在此我也不怕跑题，断言此人往后必成大器。

对焦镜片的组织

一颗镜头，能够使用总体镜组移动的方式来对焦，也能够设计其中一枚或几枚镜片移动而实现对焦；为了便利性，平常大多数镜头都是后者的方式。

下图的RZ67即为移动镜头总体进行对焦的例子。

Mamiya RZ67

历史上曾有那么惟一的一款 CONTAX AX ，利用了前述这一点，虽然安装的是Y/C口的手动对焦镜头，可是经过机身内移动胶片平面（相对来讲，就是移动镜头位置），来实现自动对焦。固然，这样的对焦速度并不高，倒是那个时代不得了的创举。

CONTAX AX，让手动的YC口镜头也能够自动对焦

（以致于如今一直有声音说，大法应该用传感器先后抽插对焦来让旁轴老镜头们“自动化”……姨夫一直没有表态）

抛开这枚奇葩不说，镜组中，负责对焦镜片的组织安排也影响对焦速度。曾经有一个说法，讲徕卡的镜头都是较为厚重的玻璃材质而非日厂爱用的树脂镜片，若是由自动对焦的微型化马达推进起来，『不如手动』。且不说徕卡是否由此放弃了多年的梦想（『背景』说了，徕卡是最先想搞事的），单论镜片的重量，确实会影响对焦速度。瘾科技曾经测试过FE 35mm F1.4镜头，在其余镜头对焦速度差距明显的A7R与A7S两台机身上，该镜头均表现缓慢，撰文小编倾向认为是镜片重量影响。

做为一个极端例子，适马曾经在2008年推出过一款怪兽级产品，200-500mm F2.8，该镜头须要内置电池，否则由卡口端提供的电力不足以推进该镜头对焦。

一些厂商在镜头设计中，特别是一些大型镜头中注重对焦镜片的轻量化设计，例如奥林巴斯的M.Zuiko 40-150mm F2.8，对焦由两枚轻型镜片联合控制，使用VCM马达推进，这样本来由一枚镜片行走的距离，合理地分散到两枚镜片同时完成。Youtube上有厂家的介绍视频，或可窥一斑。

辅助对焦灯

无论主动或者被动，相位或者反差，总会发生对焦对不上的状况，这通常是如下状况：
1. 照度过低    -  就是几乎无光的环境
2. 无图案纯色    -  好比无云蓝天，好比白墙
3. 低识别度远景    -  好比雾气笼罩的湖面

因此辅助对焦，从这几处下手便可。例如各厂闪光灯上的设计，由于这样光线暗淡的状况会使用闪光灯，或者反过来讲也可，即——使用闪光灯的时候很多都是本来光线并不太强烈的时候；很天然地，厂家们也在本身的闪光灯上配置了辅助对焦灯（Assist lamp或AF illuminator）。

一般是一块红色的塑料片，后面隐藏着LED，能够打出具备纹样的图案。缺乏对比度和照度的被摄体由此能够被精确对焦。

纹样，来自下图的美能达闪光灯

德语维基用户Montauk的设备

固然，这种方式并非万能的，对于远景的蓝天和雾气，以及夜晚的星空，现实中仍是切换手动方式对焦比较快捷。不过已经够好了，不是么？

中低档的机身每每不带专门的辅助灯，可是也有办法，就是用内置闪光灯以低照度闪烁照亮，帮助AF传感器找准。而高档的机身每每会带有一个辅助对焦灯，可是彼此差异大了。好比尼康和索尼（不，并非要黑，只是第一反应想到，对比也要按照基本法），请看图。

尼康D90，风靡且长盛的机型；红裤衩右上那个就是辅助灯

尼康的D90大概颇具表明性，图中在手柄与卡口中那个反射着白色光芒的就是辅助灯。这个灯其实就是一个LED，亮起来仅做照明用途，若是拿来拍摄人像，每每会晃得睁不开眼。

索尼α700，几乎相同位置，红色塑料块遮蔽的就是辅助灯

索尼的α700，其实更像是柯尼卡美能达α7 Digital的索尼版续做，其上的对焦辅助灯，则与原厂闪光灯上一致，向外投射红色斑纹，即使是白墙也能够对焦。（图片来源）

这种细节很容易被忽视，可是潜移默化地改变了用户的使用灵活度。只是通常用户不会有多台机器对比，而一些媒体的快餐化评测每每也不会重视到其中差别。

这种方法成本至关低廉，而又能够有效提高必定条件下的自动对焦能力。让我想起一句话“若是你没做弊，说明你还没用尽全力”。然而并非这样的手法就必定适用，街拍和人文摄影中为了避免打扰被摄人，摄影师可能会选择关闭该功能。

富士S9600对焦辅助灯，绿色的图案

 

跑焦

跑焦是一种常见状况，特别是你混用多厂牌机身与镜头时，案发在单反类机身上较为多见。

这要从单反的构造提及。

奥林巴斯E-3侧剖，反光镜箱奥妙多

仍是来自维基媒体的图，是奥林巴斯E-3的侧剖，可说是末代单反的常见构造。反光镜并非单一的一枚镜片，而是由“人”字状的主反光镜和副反光镜（Sub Mirror）构成。

主反光镜也与单反初现世时大为不一样，初代的手动对焦单反，所有光线反射到取景器总成中便可；后来出现的TTL镜后测光功能，须要进行分光，佳能为表明的厂家提出了固定式半透明反光镜设计（Pellix，1965），随后这样的设计反过来影响了可动反光镜设计，如今的反光镜皆为半透明材质构成。这段内容能够参考『半透明反光镜』。

单反相机取景时反光镜天然放下，镜后的光线部分经过反光镜的反射，向上经过对焦屏进入光学取景器总成；现时的对焦屏，也比手动时代复杂，不只有可换的类型，还经过液晶在其上刻画了对焦点的模样，你激活的对焦点还能够于取景器内亮起提示。因此一些现代的单反，你取下电池时，再看取景器，会变得昏暗不堪，也是因为这其中不通电的液晶下降通光率所致。

光线照射在主反光镜上，除了反射到取景器，还有剩下一部分光线透射过，于副反光镜上发射到反光镜箱下部的传感器模块。以为实物图复杂的读者不要怕，我从佳能的公开资料那边改了一张图过来。

简化的单反构成图

在理论设计的时候，镜后光线到胶片/传感器平面的光程，与到自动对焦传感器的光程应当一致。这样在自动对焦传感器上合焦，也意味着抬起反光镜拍摄也为合焦。而实际的生产装配过程当中，却很难保证这两个项目一致，这就形成了跑焦偏移。

如何解决呢？这就要说可编程的好了。厂家在出厂时进行检测，对于偏移量在必定范围内的状况，将偏移量记录下来，以一种固件化的形式写入机身，在不一样镜头的使用过程当中，对马达的推进进行必定的补偿操做。仅仅对于偏移特别大的机器进行个别的机械重校订，这样下降了大规模生产的成本。

这其实也解释了，为何在一些自动对焦设计的机身上，使用手动对焦，明明在取景器中看着合焦，释放快门却仍是获得跑焦的照片。还有另一个小故事，笔者大学时有一位好友人称“安妮大炮”，收过一台价格极低的问题单反，索尼的α100。这台机器的自动对焦功能都是正常可靠的，惟有取景器模糊；自行拆开并从新安装对焦屏后，无缺如新。对照上述结构图，这也说明取景与AF必定程度的无关性。

随着日复一日的使用，可能会形成反光镜的移位，而引入新的偏移；厂家近年来也在一些中高阶机型中，开启了对焦微调功能，用户能够借此本身调校镜头补偿。一些玩家也经过特别的渠道，从维修人员那里获得了厂家的工具，对固件化的误差数值进行修改，这里有个D90的例子已经失效。

而若是使用副厂镜头，可能在读取该偏移补偿量时产生问题，也就形成了老是不合焦的状况，特别是具有大光圈的镜头，这样的问题尤为明显。适马公司（SIGMA）为此背了多年的锅——以至于，长期以来，适马都提供了一项服务，即用户将搭配起来有跑焦问题的机身与适马镜头寄回客户服务中心，就能够由工程师进行校订并寄回。然而这样的服务仍然有麻烦，好比用户的机身升级和往来的耗时；终于有一天，适马痛定思痛，“不能再这么活”——推出了适配本身镜头的调焦座，用户能够经过接上电脑的USB口，利用软件『SIGMA Optimization Pro』自行对镜头进行调校。

使用数据线链接电脑的SIGMA USB DOCK

因此，从原理上来讲，跑焦的数码单反若是能够使用抬起反光板的实时取景方式对焦，也能够作到精确对焦。而新一代的内嵌相位点的传感器，由于AF检测原生就在传感器平面上，也从理论上消除了跑焦的可能。

分支

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自动对焦兴起，成为了避免可阻挡的一股势头，不能否认今天还有一些系统保持着手动对焦而且具有独特魅力，却并不影响关于自动对焦愈来愈多的讨论造。

陷阱对焦

陷阱对焦（Trap Focus、Focus Trap或catch-in-focus）说的是在机身设定好对焦距离，当检测到有物体进入该焦点平面时，自动释放快门捕捉画面的拍摄方式。特定的场合，如运动或者野生动物、宠物摄影能够用得上。如今宾得的机器功能多，通常会有；还有诸如佳能机的魔灯固件也有提供。

峰值对焦

峰值对焦（Focus Peak）不是完整的自动对焦技术，是在传感器实时取景基础上，进行边缘检测，而且在屏幕或电子取景器上描绘斑纹（Zebra）来展示物体对比度；用户根据这些提示，进行合焦判断并释放快门。

简单来讲，本来的对比度自动对焦过程，由人来作最终合焦判断。该技术仅在传感器实时取景下实现。这类技术对于转接手动老镜头的用户较为合适。可是在大逆光、高对比环境下也会有边缘检测失效的状况。

峰值对焦功能最先在2011年，于索尼的NEX机身上经过固件升级方式提供。以后几乎各大厂家的无反机型都纷纷效仿；2012年初发布的E-M5机型虽然有快速的自动对焦，但由于没有配置峰值对焦功能而受到部分用户批评（固然，聪明的用户们后来发展出了线框小技巧）。

数码裂像

裂像（Split Image focus）是一种在手动对焦时代经常使用的辅助手段，在反射镜系统上安装裂像对焦屏便可实现（也有同原理可是对焦区规格不一样的，称做“微棱”的对焦屏）。而数码裂像则是在传感器内嵌相位点的基础上，以可视化实现裂像对焦这一过程。该功能最先在2013年，于富士的X100S型机身上提供。Fujifilm UK曾提供视频说明。

面部对焦

面部优先对焦实际上是一种模式识别（Pattern recognition），在传感器取景条件下，对采得的画面经过面部识别（Face perception）进行对焦。一些厂家的机器还更进一步，能够登记机主与家人的面孔，在茫茫人海中优先对上；以及还有一些针对肖像摄影群体的功能，识别人脸上眼睛的位置，对眼睛精确合焦；如索尼，奥林巴斯的新机型，均有该功能。

个人E-P5，还能够选择找哪一只眼睛哦

 

眼控对焦

眼控对焦（Eye-controlled focusing, ECF），是一种曾经出如今佳能EOS系列胶片单反上的技术。其实并不关自动对焦什么事，它的本质是在取景器内安装了眼球追踪装置，侦测使用者的眼球注视位置，启动画面中最接近区域的对焦点。

佳能 EOS 3，正脸角上标注 EYE CONTROL

这样的操做设计自觉性比较强，可是没有密集的对焦点排布支持仍是会不够精确。今日的对比度对焦或者双模式混合对焦均可以实现更大的覆盖自由度。佳能公司在数码时代，也并无复刻该功能；固然，当年谁又会想到，如今能够简简单单经过触摸屏的操做来选择几乎无限的对焦点呢？

未能自动对焦的那些镜头

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这是写完本篇以后，朋友们一同讨论提及的话题（不多或者没有自动对焦的镜头类型）。之前没有想过或者想明白的，彷佛都有了一些道理，在此列出，共同探讨。

超微距镜头

放大率实现1:1的镜头被称做微距镜头，若是能够实现更大的放大率（Magnification，像与物体的比），通常叫作超微距镜头。这类镜头用于拍摄的题材特殊，若是说普通的微距镜头可能还涉及普通的静物乃至人像，最多作作底片翻拍，那超微距可能可能是用于各种标本的重现；天然其使用环境相对也比较严苛，多为室内案台明亮的环境。进行这类拍摄时，景深极浅，每每一张不够，须要屡次拍摄，后期进行景深合成（或称焦点叠加，Focus Stacking）。综上，单纯的自动对焦彷佛麻烦并且意义不大，并且超微距时的小光圈也不足以支持相位对焦。

景深合成的例子

然而美能达曾经作过1x~3x的自动对焦超微距镜头，也算是业界奇葩；佳能公司生产的MP-E 65mm具有更大的1x~5x放大能力，虽没有自动对焦能力，也是世所罕有的明珠级镜头。

MP-E 65mm 1-5x Macro

 

移轴镜头

移轴镜头的英文原名实际上是 Perspective Control Lens ，即透视控制镜头，移轴只是具体的操做名称。这类操做其实很早在更大幅面的View Camera上出现，有长长的皮腔能够任意摇摆移动镜头而控制透视与焦点；而这类功能的专属镜头则是在135上发展兴盛的。

而移轴镜头直接的英文名，shift lens，也是一个过往的名称，由于如今的移轴镜头其实都会具有『移轴』（shift）和『摇摆』（tilt）两种功能，而合称 tilt-shift lenses。

佳能的17mm移轴镜头

移轴功能应该并不影响成像平面与感光平面的关系，出问题的应该是摇摆功能，一旦摇摆起来，系统没法精确判断用户想要的合焦点是什么，而没法检测（无标准，不检测）；考虑到用这类镜头的都是高杆玩家，人数也并很少，彷佛也不必作上自动对焦功能？

21世纪初，忽然兴盛Tilt-shift Miniature Faking的玩法，须要利用移轴镜头

折返镜头

折返镜头（Catadioptric Lens）实际上是由天文观测中使用的望远镜设计演变而来，经过利用镜身屡次反射，能够在紧凑体积内实现长焦乃至超长焦的焦距。并且因为构造的缘由，焦外的光点还会呈现出圈圈状的形态，被一些玩家昵称为“甜甜圈”。

这类镜头由于照顾体积，每每光圈都不大。常见F5.六、F8甚至F11，以这样的通光量，应该也是很难驱动相位传感器的。不过前文其实提过，美能达的500mm Reflex F8即实现了自动对焦，另外美能达本身Vectis系统（APS系统）上的400mm F8也一样能够自动对焦。

对折返镜头有兴趣的朋友还能够移步阅读无忌网友“babycashew”的《我所收藏的上百个折返镜头----兼一些不严谨的对比》。

STF焦外控制镜头

MinoltaAF系统里有一枚例外，虽说美能达把超微距以及折返都作成了自动对焦，可是STF 135mm镜头却竟然只能手动对焦（详见条目『美能达STF135』）。

美能达 STF 135mm F2.5[T4.5]镜头

推敲了一下，仅仅只是我的猜想：APD元件是中心透、四边暗的构造，而相位对焦恰好须要的就是从离开中心的侧边来的光线，这样的条件极可能没法驱动，或者说即使驱动，也很难快速工做。

2014年，富士公司推出了一枚具有APD元件的56mm F1.2镜头，就能够在本身混合对焦的X系统上工做，或许就是得益于对比度对焦的帮助？开发采访在此。

富士XF 56mm F1.2的APD元件，单片染色构成

不晓得新时代的混合对焦环境下，会不会反过来推进前述几类镜头有更好的表现？

其余的话

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自动对焦是涉及学科至关普遍的系统性问题，虽说本篇介绍看上去很简单（我尽力了），可是实际组建起来，会发现不少『小问题都是大问题』的状况。

我国一直没有自主的可换镜头自动对焦系统。为人津津乐道的国产双鸟，凤凰和海鸥，很长时间内知足于引进的PK与MD兼容生产线；老师傅们不可谓技艺不精，却在自动对焦席卷大潮中消逝了曾经的辉煌。这样的例子也在一些日本厂家身上发生，并不是个例。

到了数码时代，国内也出现了『爱国者打造数码单反』的传闻，一时间热热闹闹，最后不了了之。反却是数码无反横行的2014和2015年，有了消息，永诺制做了佳能口的自动对焦镜头，大疆作出了MFT规格的自动对焦视频机。虽说细究起来并非彻底自主的技术，但技术发展与交流环境的变迁，也可见一斑。