佳能APS-C自动对焦原理1

佳能APS-C自动对焦原理

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翻译自http://www.fredmiranda.com/forum/topic2/241524

根据佳能在美国的专利申请描述“镜头机件III”，由Chuck Westfall整理并简要描述如下：

目标物体的光组成的图像通过镜头进入相机后，被一个位于主镜后面的附属镜面向下反射到半银镜面，位于机身镜箱底部的AF(Auto Focus自动对焦)系统传感器从半银镜面接收到图像信息。这就构成了一个虚拟的焦平面，这个虚拟焦平面的位置正好和实际的焦平面在同一位置（这个虚拟的位置是可以调节的）

每个AF传感器包括一套多个象素点队列组成的短线组。一个队列由外部传感器组成，两个交叉的队列（一个垂直方向，一个水平方向）组成中心传感器。对于f2.8或更快的镜头，相机会激活位于中心的一个辅助象素队列。

这些队列对与之成正交的线性细节敏感，因此，水平的队列（在LCD上以水平的长方形标记）对垂直的线性细节敏感，垂直的队列（在LCD上以垂直的长方形标记）对水平的线性细节敏感。

它们对平行与队列方向的线性细节不识别。中心的队列由一个垂直和水平的队列交叉而成，所以对水平和垂直的细节都能够识别。当辅助的垂直队列起作用时，三个因素一起座位输入，提高了对焦的准确度。

实际的象素队列比在取景器中标记出来的长度要长三倍，这是为了避免取景屏上可能的“溢出”。因此，传感器可以看到取景器的标记之外的一些细节，如果这些细节比取景器的标记中的细节更垂直于队列方向，那么传感器可能会根据这些标记之外的细节进行对焦。

当你在机身上装上镜头时（不管这是相机是不是开的），相机都会向镜头询问它的参数，包括对焦参数之一的最大光圈值。

当你半按下快门时（或者*按钮，如果你之前用了移动对焦控制的自定义功能的话），被激活的AF传感器从两个不同的方向（每条象素队列，或者说象素线都从相反的方向）“看”（检查？）通过镜头传过来的图片，并分辨每个方向的光线的相差。看第一“眼”的时候，它会计算镜头为了消除相差而需要向前还是向后移动，需要移动多大距离。它即不会去“猎取”最好的焦点，也不会在镜头移动前再次“看”图像。

如果开始的点距离焦点太远导致传感器不能分别相差，相机就会让镜头向前向后的跑一跑，以得到一个可以分辨的相差，如果这样还行，相机就罢工不动了。

虽然相机不会看“第二眼”去确定是不是对焦已经完成，镜头却会去看“第二眼”，看看是不是相机指定的移动方向和距离已经完成了，它是一个闭环系统。这第二眼会校正镜头机械结构引起的误差，也可以看作是第一步比较长距离的移动之后的一个小的校正动作。

当相机判断出镜头应该怎么移动以消除相差是，对于f2.8到f5.6(不包括2.8)的镜头，它会在“焦点深度”的容忍范围之内动作，对于f2.8或更快的镜头，它会在“焦点深度的三分之一”的容忍范围内动作。焦点深度是传感器平面上的一个范围，在这个范围内，图像上的一个点将会在照片上产生的点会小于厂商规定的模糊圆圈的大小。对24x36mm的格式，佳能规定的模糊圆圈的大小为0.035mm，对于APS-C格式，是0.02mm。这些数值的确定是为了保证从10英寸的距离观察6x9英寸的打印件时，图片能保持足够的锐度。

焦点深度随着镜头光圈的减小而增大（和景深差不多），但是在佳能机器上，它不会随着镜头的聚焦距离和焦距变化。这就是为什么佳能机身需要询问镜头的那些参数的原因，佳能机身根据最大光圈来计算焦点深度，而不是根据拍摄时设定的工作光圈。

根据这个容忍度的概念（焦点深度或者三分之一焦点深度），相机会把直接的焦平面放在容忍范围的一个随机位置上，即使外界条件相同，也不一定每次都在同一位置上。
20D自动对焦不完全手册：
1、取景器中心对焦区域中同时有水平和垂直传感器，所以它可以同时对焦垂直和水平方向的线段细节。外围的对焦长方形则分别表示水平或垂直方向的传感器（沿着长方形的长边方向），只能对焦和它们正交的线段细节。这个很容易测试出来：如果试图用垂直方向的传感器对焦垂直的细节，比如墙角或者门的边缘，相机不会准确对焦；但是，如果使用水平的传感器来对焦，则对焦会很容易对准。这一点是很有用的。如果你正在取景的画面的背景和前景在争夺对焦焦点，比如一只在树枝上的松树，查看一下这里有没有线性细节，你可以激活其中一个对焦长方形，使你需要对焦的细节正交于长方形的长长边，或者你需要忽略的细节平行于长方形的长边。

2、实际的对焦传感器象素队列比在取景器中看到的长方形标记长三倍，用户可以吧目标物体放到这些长方形标记中，但是，如果在标记的外面的象素队列范围内有更强对比的细节，相机将聚焦到那些更强的细节上。这可能就是有些人抱怨对焦不准的原因，特别使在“标尺测试”中。当然，对相机来说，在传感器范围内锁定的任何东西都没错，虽然有时超出了摄影者的本意。

3、20D的自动对焦只能对最大光圈f5.6或更大的镜头起作用（取决于镜头传递给相机的信息），这里指的最大光圈不是你实际拍摄时使用的实际光圈。对于最大光圈小于f5.6的镜头，你只能用手动对焦了（除非你让镜头传递错误的最大光圈值给相机）。

4、在20D上，中心区域用附加的传感器，使得其对焦精度时10D的三倍，但是这只对最大光圈是f2.8或更大大镜头其作用（不是指拍摄时的实际光圈）。对可变光圈变焦镜头，如果在变焦过程中传给相机的最大光圈值小于2.8，相机会关掉复交的对焦传感器。对于外围的对焦传感器，对焦精度没有变化。

5、相机的对焦传感器需要场景中的一些细节来判断相差。当场景中光线很暗或者很少有这些细节时，相机对焦时很困难的。和眼睛的功能类似，传感器是基于颜色校正的，相机可以分辨同样亮度的红色和绿色色调的反差。虽然传感器可以分别一些细微的细节差异，他们不能象眼睛那样对细节看得那么锐利。如果镜头原本在一个远离焦点的位置，它可能丢掉一些精细的细节，而眼睛是可以看得很清楚的，就好像穿过房间的一个扬声器组成的网格（the mesh of a speaker grill from across the room没看懂）。在这种情形下，人为移动镜头让其接近“焦点”，可以让相机找到实际的焦点。

6、自动对焦控制：
快门释放。缺省情况下，当你半按快门按钮时，相机会根据传感器区域中具有最强反差的传感器来对焦，它是否保持那个对焦距离取决于你使用那种自动对焦模式进行拍摄。

自动对焦锁定按钮，即在相机背面接近你右手拇指的星号按钮。你可以在自定义功能菜单中（CF4-选择选项1）设置这个按钮位对焦按钮。设置之后，把取景器中的自动对焦长方形标志对准拍摄对象，并按下星号键，你就可以完成对焦了。在AI伺服模式下，只要你一直按住这个按钮，相机会连续的进行对焦。

多控制器（joy按钮）和自动对焦选择按钮。这些控制，加上控制滚轮，可以让你选择激活哪个对焦标记，当然，你有多种选择来完成这件事。你可以或者选择其中的一个点，或者让相机在你对焦时自己选择对焦的点。如果让相机来选择，它通常会选对那些离相机最近的点对焦。当你无法使用一个对焦标记来保持对焦，比如拍摄一个运动中的足球运动员时，这一点是非常好的。但大多数情形下，你最好自己选择。20D上的对角线点非常接近于“三分规则”交叉线（如果你使用这个构图规则来拍摄的话），所以，有时选择其中一个点是非常便捷的。

7、自动对焦模式
一次对焦模式：当你设置相机为“一次对焦”时，你设置条件为“拍摄对象肯定不会移动”，相机在“对焦优先”模式。快门释放被锁定知道相机确认获得了适当的对焦。如果你的拍摄对象和相机是静止的，这种模式是最好的，因为它允许你对焦后在重新构图，在重新构图过程中不会自动重对焦。

AI伺服模式：当你设定相机为AI伺服模式时，你设定条件为“拍摄对象总在移动”，相机在“快门优先”模式。这时，相机会一直收集数据来预测拍摄对象的移动，并移动镜头以使得在新位置的对象能对焦清晰。即使对焦不准，你也可以拍摄（但是，如果镜头正在移动，相机还是不能释放快门）。如果你知道你的拍摄对象一直在移动，选择这种模式是最合适的。如果拍摄对象实际上不会移动，由于相机会一直执行它的数据收集工作，这种模式会增加对焦不准的概率。然而，通常由于拍摄者自然的晃动，手持拍摄的相机确实会移动，AI对焦会检测并校正这种移动。AI伺服模式会使用拍摄者已经激活的任意的对焦点，然而，如果你激活所有的对焦点，你必须把中心点对准拍摄对象，并半按快门大约半秒，这样相机才能“获得”正确的对象。之后，当你保持主快门键时，随着拍摄对象在取景框内的“徘徊”（wander），相机会自动的“调整”（hand off）目标焦点，

AI对焦模式：通常相机在一次对焦模式下，快门会在获得焦点后锁定。然而，如果它检测到物体移动（也就是说，目标对焦不准了），它会自动切换到AI伺服模式并试图保持住焦点。如果你正在对焦一个通常不会移动，但是有时会突然移动的物体（比如一个初学走路的孩子），这种模式是很合适的。对于AI对焦比较中要的一点是它不会锁定快门。然而，相机会把“对焦然后重新构图”理解为目标在移动，然后会重新对焦。
http://www.fredmiranda.com/forum/topic2/228079/0#1877222
RDKirk补充：
“如果相机把实际完成对焦的平面放置到焦点范围之内，从10英寸的距离看6x9英寸的打印件，拍摄对象位于对焦完成的平面上的部分应该看起来是锐利的。从佳能给出的普通模式外推，在“高精度模式”下，从10英寸的距离看11x14英寸的打印件，对焦平面上的部分应该看起来是锐利的。

理解这个标准是很重要的。如果你用高精度模式并且在一个显示器上以100％的比例查看原图，不要希望看到实际的焦平面与预想的一致。其实也没有必要这样，设定上只是为了在一定距离看标准大小的相片，能够足够接近“看起来锐利”的标准。相机只是做了它份内的事情。

如果你在普通的自动对焦精度上操作，相机会在焦点深度内的任意一个点完成对焦，并且不会每次都在同一个地方，在“容忍度”的范围内，它会随机选择的。

如果你得到比标准观察距离和标准显示大小下更锐利的图像，你只能选择手动对焦。但是，拍摄者往往没有意识到，和使用手动裂屏测距仪类似，自动对焦也需要学习一些技术，这也是很多对焦的问题产生的原因。

论坛上的一个兄弟公开了一封Sigma回复的邮件，声称根据镜头移动的方向的不同，佳能相机上的镜头会在到达焦点深度范围的第一个部分停止移动，我并不确认这一点，我不认为这符合上面佳能所说的它的系统工作的原理。
（完）