加载中…
个人资料
撞针
撞针
  • 博客等级:
  • 博客积分:0
  • 博客访问:988,546
  • 关注人气:1,265
  • 获赠金笔:0支
  • 赠出金笔:0支
  • 荣誉徽章:
相关博文
推荐博文
正文 字体大小:

成像传感器相位对焦和混合对焦

(2012-09-06 08:52:46)
标签:

自动对焦

相位对焦

反差对焦

成像传感器相位对焦

微单

分类: 闲言碎语
成像传感器相位对焦和混合对焦


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EOS 650D、EOS M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。
成像传感器相位对焦和混合对焦

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和混合对焦成像传感器相位对焦和混合对焦


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VISITRONIC TCL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。
成像传感器相位对焦和混合对焦
成像传感器相位对焦和混合对焦
成像传感器相位对焦和混合对焦



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

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。
成像传感器相位对焦和混合对焦


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、速度之间的差距,可以随时调整镜头,保持和物体运动一致。反差对焦的连续对焦则一场复杂的猜忌、尝试、背叛、挽回、离弃、复合的游戏。反差对焦拍摄动态物体时很麻烦,会削弱高速连拍的实用性,对拍摄高清视频也是困扰,在大光圈、大底浅景深相机上尤其明显。
成像传感器相位对焦和混合对焦

反差对焦弱光下、使用长焦镜头是和复杂情况下对焦性能下降明显。弱光下反差会降低,成像噪声会增加,反差对焦的速度下降会很明显。长焦镜头对焦负担大,一部到位显然比不断启动停止倒退要快。长焦镜头景深浅、反差变化复杂,也给对焦带来挑战。在复杂场景下,反差对焦对对焦主体和不同物体距离的难度也会增加。微单品牌官方宣称的0.1s高速对焦、超越单反等等,只可能是出现在最完美的条件下。相位对焦虽然也会受到弱光、复杂情况的影响,但总体而言,比较相位比比较反差所需要的光线要求要小,适应性和可靠性要高。


成像传感器相位对焦能不能作为对焦补全计划,克服反差对焦的这些缺点,发扬相位对焦的所有优点呢?难!

成像传感器相位对焦面临的第一个问题是对光线和反差要求高!成像元件相位检测像素接受的光信号最多只是普通像素的50%,弱光下普通反差对焦有困难,成像传感器相位对焦更会有困难。所以Fujifilm的相位对焦只在明亮环境下使用,在正常或弱光条件下用反差对焦,这和以前很多人的想法完全相反。Nikon 1系列的弱光对焦表现也证明了这一点。Canon、Nikon都研发出了新专利,旨在提高对焦像素的拾光率。

成像传感器相位对焦和混合对焦

成像传感器相位对焦和混合对焦

成像传感器相位对焦面临的第二个问题是精度和可靠性。一方面与前一个问题相关,虽然不存在独立对焦系统的装配调制精度问题,但是成像传感器的像素小、受光面积小、信噪比低,本身就已经会极大影响精度和可靠性。另一方面,相位检测像素不能参与RGB成像,占用太多就会影响成像,因此成像元件相位对焦线阵一般都很短小,例如Nikon V1的每组相位检测像素总长也就是70µm上下。成像元件的线阵开口小、尺寸有限,测量精度自然无法和独立相位对焦系统相比,更不如反差对焦。Canon明确说在完成相位对焦后会后再用反差对焦完成精确合焦。Nikon、Sony应该也类似。
成像传感器相位对焦和混合对焦


成像传感器相位对焦的第三个问题是分布。成像传感器相位对焦是通过比较镜头两边入射光线来对焦的,如果对焦点不在画面正中间,由于镜头成像光路的问题,两边光线本身就有差异。不同的镜头或同一镜头变焦时,这种差异还会有变化。所以把成像传感器相位对焦点设置到画面边缘部分有一定的难度。目前Nikon、Canon和Sony的成像传感器相位对焦点都是比较靠中间的。
成像传感器相位对焦和混合对焦
成像传感器相位对焦和混合对焦

精度不高、弱光下不好用、集中在中间的成像传感器相位对焦系统显然无法和成熟的透镜分离相位对焦系统媲美。成像传感器相位对焦目前还难以独挡一面,而是作为反差对焦的补充。把二者结合叫做混合对焦系统而不是双重对焦系统很有道理,因为成像传感器相位对焦是无法作为“一重对焦系统”独立运作的。
成像传感器相位对焦和混合对焦

从目前Nikon V1/J1和Canon EOS 650D的使用情况看,混合对焦系统没有给我们带来太大的惊喜。J1追踪运动物体的能力、连拍的成功率确实比其他微单要高一些,但远没有达到单反的水平。EOS 650D实时取景下的对焦速度没有什么特别明显的提升,唯一明显的改善在视频拍摄时提供了勉强可用的伺服对焦。Fujifilm的混合对焦推出后就显得悄无声息,更没有在X100和X-Pro1上使用。应该说成像传感器相位对焦有其天生不足,目前还看不出混合对焦系统淘汰单反独立对焦系统的趋势。将来有没有这个可能,我们只有的等到将来再看。我个人很想看看Sony NEX-5R的表现。
成像传感器相位对焦和混合对焦

0

阅读 评论 收藏 转载 喜欢 打印举报/Report
  • 评论加载中,请稍候...
发评论

    发评论

    以上网友发言只代表其个人观点,不代表新浪网的观点或立场。

      

    新浪BLOG意见反馈留言板 电话:4000520066 提示音后按1键(按当地市话标准计费) 欢迎批评指正

    新浪简介 | About Sina | 广告服务 | 联系我们 | 招聘信息 | 网站律师 | SINA English | 会员注册 | 产品答疑

    新浪公司 版权所有