自動(dòng)對(duì)焦了解一下
自動(dòng)對(duì)焦了解一下
了解自動(dòng)對(duì)焦,對(duì)你的攝影道路少走很多彎路
自動(dòng)對(duì)焦的定義與相關(guān)知識(shí)
在回答這個(gè)問(wèn)題之前,必須要先弄清楚什么是對(duì)焦。對(duì)焦指的是調(diào)整鏡頭獲得細(xì)節(jié)最豐富的高清圖像。能夠獲得最佳對(duì)焦的只有畫面中的一個(gè)對(duì)象。
相機(jī)良好的對(duì)焦系統(tǒng)可以為圖像帶來(lái)快速穩(wěn)定的成像。眼睛與相機(jī)往往會(huì)拿來(lái)作對(duì)比,但在自動(dòng)對(duì)焦這方面,除了近視遠(yuǎn)視的人,其實(shí)我們很難感覺(jué)到人眼是怎么對(duì)焦的?;疽谎劭慈ツ硞€(gè)方向,就能立馬完成對(duì)焦得到清晰的圖像。人的視覺(jué)注意力通常只能集中在一個(gè)小區(qū)域范圍內(nèi),而在相機(jī)對(duì)焦時(shí)也應(yīng)該遵守這個(gè)原則:選取一點(diǎn)進(jìn)行對(duì)焦。
自動(dòng)對(duì)焦就是相機(jī)調(diào)整鏡頭令畫面的一個(gè)點(diǎn)達(dá)到最清晰的狀態(tài)。
從中畫幅到手機(jī),大多數(shù)攝影器材都有自動(dòng)對(duì)焦功能。數(shù)碼單反的自動(dòng)對(duì)焦功能仿佛太過(guò)于死板,只能在固定點(diǎn)進(jìn)行對(duì)焦,而現(xiàn)代的智能手機(jī)能通過(guò)手指點(diǎn)擊確定對(duì)焦點(diǎn)位置,讓用戶可以自由直觀地在圖像的任意位置進(jìn)行對(duì)焦。
單反的對(duì)焦速度更快更精確,但對(duì)焦點(diǎn)數(shù)目少,會(huì)導(dǎo)致很多麻煩。并不是我們想要對(duì)焦的位置都在畫面中間或?qū)裹c(diǎn)覆蓋的其他地方。這樣的問(wèn)題要如何解決?
入門單反的對(duì)焦屏有11個(gè)對(duì)焦點(diǎn)。
中端單反對(duì)焦點(diǎn)也多。
拍攝模式對(duì)對(duì)焦功能的影響
首先在對(duì)焦前要決定拍攝模式,大致分為自動(dòng)的場(chǎng)景模式和手動(dòng)模式兩種。若是自動(dòng)場(chǎng)景模式,相機(jī)會(huì)預(yù)先決定對(duì)焦方式以適應(yīng)眼前的環(huán)境。若是使用手動(dòng)P、A、S、M模式,相機(jī)就會(huì)允許用戶改變對(duì)焦設(shè)定,甚至改變對(duì)焦點(diǎn)的位置。要完全控制對(duì)焦功能,就要使用這些操作范圍廣的手動(dòng)PASW模式。
單反的模式轉(zhuǎn)盤被劃分成高端模式與入門的自動(dòng)場(chǎng)景模式
掌握有關(guān)自動(dòng)對(duì)焦的拍攝技巧
重構(gòu)圖步驟教程
若相機(jī)提供多個(gè)對(duì)焦點(diǎn),用上這些對(duì)焦點(diǎn)會(huì)令創(chuàng)作更加靈活。有些人喜歡只用中央對(duì)焦點(diǎn),他們覺(jué)得中央對(duì)焦點(diǎn)對(duì)焦最準(zhǔn)確,也最常用。使用的重點(diǎn)在對(duì)好焦后的再次構(gòu)圖,具體步驟如下:
1.對(duì)焦點(diǎn)設(shè)置:將對(duì)焦設(shè)置為單次伺服對(duì)焦或單點(diǎn)對(duì)焦,對(duì)焦點(diǎn)選擇在中央點(diǎn)上。中央對(duì)焦點(diǎn)往往是技術(shù)含量最好的。
2.使用半按快門的技巧:在調(diào)整好相機(jī)設(shè)置之后,使用半按快門的技巧保持對(duì)焦距離不變。
3.再次構(gòu)圖:在半按快門的前提下移動(dòng)拍攝角度,運(yùn)用三分法等經(jīng)典構(gòu)圖法則,重新對(duì)畫面重新構(gòu)圖。
使用中央對(duì)焦點(diǎn)+AF鎖也是正確的用法,這就是預(yù)對(duì)焦。若不希望一直占用著快門鍵,AF鎖就能幫上大忙
使用非中央對(duì)焦點(diǎn),嘗試不同的對(duì)焦模式
即使有了51點(diǎn)對(duì)焦系統(tǒng),我們也常遇到主體跑出對(duì)焦區(qū)域的情況。其實(shí)我們掌握了中央單點(diǎn)對(duì)焦重構(gòu)圖的技巧,這些多余的對(duì)焦點(diǎn)有什么用呢?
第一個(gè)原因:重構(gòu)圖會(huì)導(dǎo)致對(duì)焦距離產(chǎn)生變化。當(dāng)拍攝主體較遠(yuǎn)時(shí),移動(dòng)拍攝角度產(chǎn)生的距離差可以被忽略,但若是近距離拍攝,這距離差就大了,就像微距拍攝時(shí)移動(dòng)鏡頭造成的后果一樣。
第二個(gè)原因:事前精心準(zhǔn)備的構(gòu)圖會(huì)被破壞。若在拍攝前就決定好取景構(gòu)圖,實(shí)在不適宜因?qū)沟膯?wèn)題就改變固定好的機(jī)位,此時(shí)使用對(duì)應(yīng)位置的對(duì)焦點(diǎn)才是最好選擇,若再不行,寧愿手焦也不愿改變機(jī)位。
第三個(gè)原因:多點(diǎn)對(duì)焦有利于跟焦拍攝移動(dòng)物體。奔跑的小孩、飛馳的賽車,若是使用單點(diǎn)對(duì)焦拍攝這些移動(dòng)物體,難以對(duì)準(zhǔn),容易脫焦,也沒(méi)時(shí)間重構(gòu)圖;而相機(jī)若有多點(diǎn)對(duì)焦系統(tǒng),可以用伺服對(duì)焦令拍攝成功率增加。
高階相機(jī)會(huì)提供強(qiáng)大實(shí)用的對(duì)焦模式,親自試試看是否對(duì)自己有幫助
若機(jī)身上有快捷鍵,可以快速更改對(duì)焦模式
改善自動(dòng)對(duì)焦的效果
在有圖像反差的地方對(duì)焦
相機(jī)通過(guò)圖像的反差來(lái)認(rèn)識(shí)世界,如果是面對(duì)白色的物體,沒(méi)有任何細(xì)節(jié)反差,相機(jī)無(wú)論怎么對(duì)焦都只能看到一大塊白色,根本不知道自己對(duì)準(zhǔn)沒(méi),對(duì)焦就會(huì)失敗。若在反差明顯的地方對(duì)焦,成功率可是相當(dāng)高,對(duì)焦速度也超快!
左圖中央點(diǎn)對(duì)焦因?yàn)槲矬w上的反差很快成功,而右圖因?yàn)橹醒雽?duì)焦點(diǎn)內(nèi)一片漆黑而對(duì)不上焦。
使用對(duì)焦輔助燈應(yīng)付全黑環(huán)境
卡片機(jī)或微單常用紅光輔助對(duì)焦,單反大多都可以使用閃燈作為對(duì)焦輔助燈,在全黑的環(huán)境下,相機(jī)會(huì)遇到前文提到的情況:相機(jī)怎么對(duì)焦都只能得到一片黑色,根本不知道對(duì)沒(méi)對(duì)準(zhǔn)。這時(shí)使用對(duì)焦輔助燈就能讓相機(jī)看到周圍的環(huán)境了!
在某些旅游景點(diǎn)或私人區(qū)域,閃光燈是不允許的,所以平時(shí)最好將這個(gè)功能關(guān)掉,需要用時(shí)再打開(kāi)。
便攜相機(jī)常有的紅光,用于輔助對(duì)焦
購(gòu)買大光圈鏡頭
聽(tīng)起來(lái)像是“用錢可以解決所有問(wèn)題”,但對(duì)比光圈較小的狗頭,較大口徑的鏡頭真的會(huì)令自動(dòng)對(duì)焦更加快捷準(zhǔn)確(對(duì)焦馬達(dá)和對(duì)焦外部條件一致時(shí))。不是說(shuō)能大幅度地提高對(duì)焦速度,而是降低鏡頭拉風(fēng)箱的幾率。如果使用的鏡頭最大光圈太小,一些老的入門單反甚至只能用中央對(duì)焦點(diǎn)對(duì)焦,而其他對(duì)焦點(diǎn)會(huì)失效。
自動(dòng)對(duì)焦的發(fā)展簡(jiǎn)史
1960年,萊茨(現(xiàn)在的萊卡)開(kāi)始申請(qǐng)自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)專利。1976年,萊卡在世界影像博覽會(huì)(Photokina)展示了一個(gè)自動(dòng)對(duì)焦的相機(jī)(Correfot原型機(jī))。1977年,柯尼卡發(fā)布了第一臺(tái)大規(guī)模生產(chǎn)的自動(dòng)對(duì)焦相機(jī)C35。1981年,賓得發(fā)布了第一臺(tái)TTL自動(dòng)對(duì)焦的35mm單反相機(jī)ME-F,1983年,尼康也發(fā)布了類似的自動(dòng)對(duì)焦相機(jī)F3。
自動(dòng)對(duì)焦模塊在下面突出。
這些早期能自動(dòng)對(duì)焦的單反都帶有鏡頭馬達(dá),尤其是你會(huì)看到小巧的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭旁邊有一大塊馬達(dá)機(jī)構(gòu)在旁。這一直持續(xù)到1985年,美能達(dá)MAXXUM7000隨著傳感器驅(qū)動(dòng)電機(jī)在機(jī)身上。
這是第一臺(tái)成功打開(kāi)自動(dòng)對(duì)焦單反市場(chǎng)的相機(jī)。在此機(jī)以前的自動(dòng)對(duì)焦相機(jī)對(duì)焦慢而且老出錯(cuò),制作成本也比手動(dòng)機(jī)器高很多。
尼康緊跟美能達(dá)之后也有所發(fā)展,但在92年也重新用回機(jī)身馬達(dá)。佳能在1987年推出EOS系統(tǒng),在擴(kuò)大卡口的同時(shí)直接將對(duì)焦系統(tǒng)完全電子化,此舉等同于放棄原有的FD卡口。
歷史大概是如此了,讓我們看看里面具體的技術(shù)吧~。
FD和EF已經(jīng)是完全不同的兩個(gè)卡口。
物理理論
相位檢測(cè)
大部分自動(dòng)對(duì)焦的單反都用此原理進(jìn)行對(duì)焦。光線通過(guò)副反光鏡射入下方的對(duì)焦用傳感器進(jìn)行對(duì)焦。在相位檢測(cè)測(cè)距組件上的感光元件是排成一個(gè)陣列(一般是排成一行)在光線照射下,會(huì)產(chǎn)生一定的電信號(hào)。因此相位檢測(cè)只能檢測(cè)一個(gè)固定方向的對(duì)焦情況,而不能檢測(cè)圖像的整體形狀。高端單反相機(jī)往往用兩組相位檢測(cè)儀組成精確的十字對(duì)焦系統(tǒng),或用四組檢測(cè)儀組成雙十字對(duì)焦系統(tǒng)。要注意的是,不同廠家對(duì)于雙十字對(duì)焦定義也不一樣,如中央8向雙十字對(duì)焦和井形雙十字對(duì)焦等。
可以看到內(nèi)部有防反光的幾何設(shè)計(jì),灰塵不少。
反差檢測(cè)
反差檢測(cè)原理的對(duì)焦系統(tǒng),一般會(huì)整合到感光元件里面,在使用數(shù)碼單反的實(shí)時(shí)取景功能時(shí)你會(huì)用上它。小型相機(jī)和無(wú)反相機(jī)往往只能用反差檢測(cè)式的對(duì)焦系統(tǒng)。其實(shí)雖然說(shuō)是系統(tǒng),反差檢測(cè)只是用軟件就可以實(shí)現(xiàn),不需要特別的物理原件。最重要就是感光元件和圖像處理器。
混合型檢測(cè)
如名所示是上文兩種系統(tǒng)的結(jié)合。將相位傳感器集成到主感光元件上,以實(shí)現(xiàn)兩種檢測(cè)同時(shí)運(yùn)行的效果?;旌闲詸z測(cè)有助于提高對(duì)焦速度。
工作原理
我們了解了對(duì)焦的物理理論。接下來(lái)將試試將其變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
焦點(diǎn)和距離
相機(jī)的鏡頭是一套復(fù)雜的系統(tǒng),但我們可以將其看做只有一塊鏡片。要對(duì)焦,只要移動(dòng)這塊鏡片就好。拍攝對(duì)象的距離決定了移動(dòng)鏡片的程度。理想化的條件下,鏡片聚焦情況遵守以下公式:
這公式要求鏡片本身沒(méi)有厚度……這是不可能的事。不過(guò)我們現(xiàn)在只是借助這條公式作為參考。
非常簡(jiǎn)單的鏡頭,就像一個(gè)放大鏡。
非??鋸埖卦O(shè)定鏡頭焦距為1000mm,即使1m。所以1/f=1。當(dāng)S1、S2均為2m時(shí),公式成立,燈泡成功對(duì)焦。 若燈泡從2m處移動(dòng)到8m處,要想成功對(duì)焦根據(jù)上文公式,可解得S2=1.14m,感光元件應(yīng)該在1.14m處??上蠄D并沒(méi)有如此,因此對(duì)焦失敗,感光元件上只有一個(gè)模糊的光斑,成為了畫面的焦外。
神馬!?1000m的鏡頭,物體從2m移動(dòng)到8m,相機(jī)內(nèi)對(duì)焦,鏡片要移動(dòng)0.86m?這相機(jī)體型要多大……
若在第一片鏡片后加入第二組鏡片,就可以有效控制后焦距距離,就可以對(duì)上焦了。如下圖例子:
鏡片的復(fù)合系統(tǒng),這差不多成為真正的攝影鏡頭了。就算被攝物體大幅度移動(dòng),鏡頭內(nèi)鏡片也可以只移動(dòng)一點(diǎn)點(diǎn)。 理想化的數(shù)學(xué)模型未必是完美的,但是的確能幫助我們?nèi)ピO(shè)計(jì)鏡頭。了解鏡頭結(jié)構(gòu)之后,接下來(lái)是相位檢測(cè)和反差檢測(cè)在相機(jī)內(nèi)運(yùn)用的情況。
相位檢測(cè)
相機(jī)機(jī)身內(nèi),副反光鏡下,其實(shí)還有一些小型的鏡片組用以分離對(duì)焦用的光線。這些小鏡片組可以將主鏡頭光線重新分離成不同視覺(jué)方向的光線,再進(jìn)行相位檢測(cè)。這樣就相當(dāng)于旁軸相機(jī)的黃斑相位對(duì)焦。
假設(shè)我們有一張使用大光圈鏡頭拍攝的焦外虛化的圖片。其實(shí)這張圖片是由無(wú)線個(gè)無(wú)虛化圖片集合而成。而在現(xiàn)在的鏡頭技術(shù)水平條件下,這些無(wú)虛化圖片的一個(gè)共同點(diǎn)是在某一個(gè)固定平面它們記錄的信息相同。所以它們的集合,在這個(gè)平面上的信息是清晰的。
這就是大光圈虛化的真相,你所看見(jiàn)的光斑,其實(shí)每一點(diǎn)都是原來(lái)的點(diǎn)光源,只不過(guò)是亮度低,點(diǎn)數(shù)多,又剛好排成圓形,看起來(lái)才是光斑的樣子。
因此一般我們看到的照片,只要是由光圈結(jié)構(gòu)鏡頭拍出來(lái)的,都已經(jīng)包含多個(gè)角度的圖像。小鏡片組的作用是分離出其中的兩個(gè)角度,交給對(duì)焦傳感器將其進(jìn)行對(duì)比,確定那個(gè)平面的位置。
反光板下的鏡片組就像光圈F22的小鏡頭,在不同的角度提取出模糊畫面之中的細(xì)節(jié)。
原理簡(jiǎn)圖。其中沒(méi)有鏡頭和附加的鏡片。
光線來(lái)自鏡頭的兩個(gè)方向,被兩組不同的相位檢測(cè)儀捕捉檢測(cè),并進(jìn)行對(duì)比。被捕捉的圖像其實(shí)在畫面中是相同的位置,是對(duì)焦點(diǎn)所在的位置。
原理簡(jiǎn)圖。省略了鏡頭的存在。
相位檢測(cè)儀將輸出兩組數(shù)據(jù)到AF運(yùn)算芯片中進(jìn)行比較。雖然不同的廠家有不同算法,但這個(gè)過(guò)程一般會(huì)用到自相關(guān)和匹配函數(shù)。我們的最終目的是計(jì)算兩組圖像之間相距的距離,然后進(jìn)行調(diào)整。最終結(jié)果越近越好。
對(duì)比圖像信息就可以完成對(duì)焦了。
前文有提到過(guò)相位檢測(cè)對(duì)焦有一字對(duì)焦、十字對(duì)焦等分別。其實(shí)一字對(duì)焦就是一對(duì)相位檢測(cè)儀組成的系統(tǒng),十字對(duì)焦就是兩對(duì),一橫一豎,或是斜向交叉排列。下圖是多組不同方向相位檢測(cè)的檢測(cè)情況。
十字對(duì)焦總是更有優(yōu)勢(shì)。
反差檢測(cè)
反差檢測(cè)會(huì)讀取對(duì)焦點(diǎn)位置附近的圖像,記錄圖像像素的亮度并求出它們的最大對(duì)比值。圖像獲得最大對(duì)比值,就是對(duì)焦成功時(shí)。
圖中的函數(shù)梯度反映了圖像的對(duì)比度。就可從數(shù)學(xué)方式判斷較銳利的圖像。
接下來(lái)鏡頭將前后移動(dòng)對(duì)焦,相機(jī)補(bǔ)鑊圖像分級(jí)計(jì)算,令圖像往對(duì)比度高里變化。如果對(duì)比度降低,說(shuō)明鏡頭走錯(cuò)了方向,調(diào)整方向繼續(xù)對(duì)焦,直到對(duì)比度獲得最大值為止,就對(duì)好了焦。
上圖模擬了相機(jī)的對(duì)焦步驟:對(duì)焦,走錯(cuò)回頭,經(jīng)過(guò)最優(yōu)點(diǎn),最后微調(diào)。
反差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦的結(jié)果可以非常精確,因?yàn)樗苯右匝a(bǔ)鑊圖像為基礎(chǔ)進(jìn)行運(yùn)算,沒(méi)有其他可能出差錯(cuò)的硬件系統(tǒng),跑焦可能性就小了。但是這種結(jié)構(gòu)也決定了相機(jī)必須要來(lái)來(lái)回回移動(dòng)鏡頭才能完成對(duì)焦,所以從理論上分析,反差檢測(cè)對(duì)焦要比相位檢測(cè)對(duì)焦慢?;蛟S現(xiàn)在一些新相機(jī)上,反差對(duì)焦表現(xiàn)也不錯(cuò),但是其中還有鏡頭小型化等原因,像單反鏡頭這樣的大體積鏡頭,使用反差檢測(cè)對(duì)焦會(huì)很吃虧。
可以預(yù)見(jiàn)的是這兩種對(duì)焦方式都有其自身的局限。有沒(méi)有什么辦法能兩全其美?
不同的主題、不同的光線效果,都對(duì)照片的對(duì)比度有影響。
混合式檢測(cè)
想要兩全其美,獲得相位對(duì)焦的速度,又有反差對(duì)焦的準(zhǔn)確,要怎么辦呢?使用混合式檢測(cè)就可以達(dá)到這樣的效果!
無(wú)反相機(jī)或使用實(shí)時(shí)取景的單反相機(jī)對(duì)焦時(shí),所有的光線將直接照射在感光元件上,所以混合式檢測(cè)對(duì)焦的辦法就是將相位檢測(cè)儀集成在感光元件中,不再另外設(shè)置硬件檢測(cè)對(duì)焦。
那么如何將相位檢測(cè)儀集成其中?考慮到現(xiàn)代感光元件的結(jié)構(gòu),最簡(jiǎn)便的方法是選擇感光元件內(nèi)的像素點(diǎn),將其中的微透鏡覆蓋擋住一半。
原理
相位檢測(cè)要求先從虛化的大光圈鏡頭成像內(nèi)抽取沒(méi)有虛化的小光圈鏡頭成像。
擋住一半微透鏡的意義是,讓這個(gè)像素只接收一個(gè)方向的光線。擋住左邊只接收右邊,擋住右邊只接收左邊。于是相機(jī)就可以分別獲得從左右兩邊而來(lái)的圖像,就可以進(jìn)行相位檢測(cè)了~!
選擇綠色是因?yàn)榫G色像素點(diǎn)比較多。
這項(xiàng)技術(shù)和舊時(shí)代的膠卷相機(jī)裂像對(duì)焦屏一樣原理,分離左右兩方向的光線成像,當(dāng)它們重合時(shí)即可完成對(duì)焦。富士的X100s以此實(shí)現(xiàn)了電子裂像對(duì)焦屏,索尼、佳能、尼康也在它們的相機(jī)上實(shí)現(xiàn)了混合對(duì)焦系統(tǒng)。
融合在感光元件上的相位檢測(cè)儀低光檢測(cè)能力不是很強(qiáng),檢測(cè)位置也往往被限制在畫面中心區(qū)域。這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在在起步階段,未來(lái)的發(fā)展方向可能是進(jìn)一步排擠像素點(diǎn)的位置,插入更多對(duì)焦專用傳感器,再植入高端的相位檢測(cè)技術(shù),如“米”字和“井”字排練對(duì)焦。