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AF的检测方式

名词:相位检测、对比度检测、混合检测

AF的检测方式与相机的类型息息相关,具体来说:

  • 单反相机在光学取景下大多是相位检测,在实时取景下是对比度检测或混合检测;
  • 无反相机多为混合检测,少部分产品只有对比度检测;
  • 固定镜头相机多为对比度检测,少部分产品支持混合检测。

那么3种检测方式有何区别,各自的优缺点又是什么呢?

  • 对比度检测:由感光元件直接完成对焦。不需要额外部件,不影响成像质量,不存在跑焦风险,并且能在整个画面任意位置对焦。借助空间识别算法等技术,新一代对比度检测AF相机的单次AF速度已经足够快了,只在高速连拍+连续对焦时还会有拉风箱的问题。
  • 相位检测:与对比度检测相比,相位检测可以更快获知相机到被摄对象的距离,从而在更短的时间内完成对焦。然而速度、精度、灵活性难以兼顾:单反相机依赖独立AF模块(位于反光板下方)完成相位检测AF,实际测量的并不是到达感光元件的光线,带来了跑焦风险;独立AF模块只能提供有限数量的对焦点,对全画幅相机来说,覆盖面积难以扩大。
  • 混合检测:混合检测全称相位/对比度混合检测,也就是兼具两种检测模式。它的基础同样是感光元件,只不过负责相位检测的部件从独立AF模块变成了感光元件上的专用像素。与前两种检测模式相比,混合检测既解决了高速连拍、短片拍摄时的连续对焦问题,也不存在跑焦风险或对焦范围限制。金无足赤,混合检测的问题是会影响画质(相位检测专用像素在成像时要当作坏点),因此混合检测的相位对焦点数量受到CMOS像素数量、像素密度的限制。

混合检测技术领先的相机

索尼A7RII、三星NX1/NX500、尼康1系列

佳能70D、7D2等产品采用的全像素双核CMOS AF技术,技术原理与混合检测不同,但目的和效果相近。

AF的工作亮度

名词:EV

无论采用哪种检测方式,都需要有足够的亮度才能完成对焦。

目前,对比度检测和相位检测的极限工作亮度都是-4EV(ISO 100),即在F1.0光圈、4秒,ISO-100感光度正确曝光的环境下完成对焦。这已经超越了人眼的极限。

需要说明的是:

  • 单反相机通常只有中心对焦点才能达到最低工作亮度;
  • 采用混合检测的相机,最低工作亮度通常是在对比度检测模式下达成的。

低亮度AF能力领先的相机

尼康D5/D500、松下GH4等、索尼A7S/A7SII

独立AF模块的3要素

名词:对焦点、对焦点类型、对焦点覆盖范围

这部分内容针对单反相机的相位检测AF,即单反相机在光学取景下使用独立AF模块进行的对焦。

对焦点数量

对焦点是AF的瞄准器。对焦点数量多,可以瞄准的位置就多。当代单反相机普遍将对焦点排布成阵列式,以提高拍摄运动对象时的连续对焦锁定能力。

对焦点数量领先的相机

尼康D5/D500、索尼A77II、佳能7D2

十字型对焦点数量

对焦点是由1条或若干条线型对焦传感器组成的。每条对焦传感器可以检测与它方向相切的线条,即水平传感器检测垂直线条、垂直传感器检测水平线条。根据对焦传感器的组合方式,对焦点具体又分成“一”字型对焦点、“十”字型对焦点、“米”字型对焦点等类型。

“一”字型对焦点面对单一线条对象时容易出现拉风箱情况。“十”字型对焦点可以从容应对各种线条,对焦精度也有保证。所以,评价独立AF模块时,十字型对焦点数量同样非常重要。

十字点数量领先的相机

尼康D5/D500、佳能7D2、佳能EOS-1D X/5D3/5DS(R)

对焦点覆盖范围

如果对焦点、十字型对焦点可以在整个画面范围中均匀分布,我们就可以从容地先构图再对焦,确保对焦精度和拍摄效率。理想很丰满,现实很骨感。受到机械结构、光学原理等诸多限制,目前最先进的全画幅单反相机(尼康D5)对焦点覆盖范围只能达到整个画面约20%区域;APS-C画幅单反相机(尼康D500)的对焦点覆盖范围也不过50%。

对焦点覆盖区域领先的相机

全画幅:尼康D5、佳能EOS-1D X/5D3/5DS(R)

APS-C画幅:尼康D500、索尼A77II、佳能7D2

对焦传感器与光圈

名词:光圈联动方式

无论是独立AF模块上的对焦传感器,还是感光元件上的相位检测专用像素,它们的工作条件和工作精度都与镜头光圈紧密相关。

目前,绝大多数对焦传感器(和相位检测专用像素)都能支持F5.6光圈的镜头(或镜头+增距镜组合)。实际产品往往会有一点弹性,至少能在F6.3光圈下工作。其他情况则是:

  • 搭配F2.8或更大光圈(如F1.4、F2)镜头(或镜头+增距镜组合)时,F2.8对焦传感器开始工作,它具有比F5.6对焦传感器更高的精度;
  • 搭配F7.1、F8光圈镜头(或镜头+增距镜组合)时,F8对焦传感器可以正常工作,F2.8、F5.6对焦传感器则不能正常工作。

简单来说:对焦传感器对应的光圈大,则其精度高;对应的光圈小,则其兼容性强。

需要特别指出的是:单反相机全部采用全开光圈对焦,即在镜头最大光圈下对焦,按下快门按钮后光圈收缩到曝光设定值;无反相机默认工作在收缩光圈对焦模式,即镜头光圈随曝光设定值同步变化。

所以,单反相机独立AF模块上的对焦传感器是否工作要看镜头(或镜头+增距镜组合)的最大光圈;无反相机相位检测专用像素是否工作要看曝光设定光圈。

单反相机与镜头光圈

佳能单反对大光圈镜头精度较高,尤其是EOS-1D X/5D3/5DS(R);

尼康单反对小光圈镜头兼容性好,尤其是D5/D500。

对焦模式与对焦点选择模式

初学者最容易搞混的就是对焦模式、对焦点选择模式与曝光模式,这3个模式里面都有A(自动)和M(手动)。

对焦模式名词:手动对焦、自动对焦

  • 手动对焦:由拍摄者手动调节画面中的清晰位置。
  • 自动对焦:由相机自动调节画面中的清晰位置。具体又分成单次自动对焦(AF-S)、连续自动对焦(AF-C)和自动选择自动对焦(AF-A)。

对焦点选择模式名词:单点对焦、扩展对焦、区域(组选)对焦

  • 单点对焦:1次选择1个对焦点,可以是中心点也可以是非中心点。
  • 扩展对焦:选择1个对焦点时,它周围的若干个对焦点进入待命状态。被摄对象脱离初选对焦点时,待命对焦点立刻接替工作。
  • 区域(组选)对焦:1次选择多个对焦点,这几个对焦点无主次关系。

以上3种都属于手动选择对焦点。除此之外,我们还可以让相机在全部对焦在全部对焦点中选择1个或若干个进行对焦,这被称作自动选择对焦点

需要强调的是,对焦的本质是确定被摄对象到相机的距离。在自动选择模式下,相机可能显示多个对焦点合焦。意味着这些对焦点到达相机的距离是一样的,并不比单点对焦更高级或者更清晰。

AF模块和AE模块联动

AF是自动对焦,AE则是自动曝光。在过去,这两个功能彼此不相往来;而在今天,相机的连续对焦性能也会受到AE模块的影响。AF模块和AE模块联动,根本原因在于新一代高像素RGB测光模块可以识别物体的形状、颜色,甚至判断出人物面部位置。

传统的连续对焦必须保证对焦点紧紧锁定在被摄对象上,这要求拍摄者有足够高的注意力、足够多的经验。结合高像素RGB测光模块实现的锁定对象对焦(佳能EOS iTR、尼康3D),可以识别对焦初始位置,并自动调整对焦点位置确保被摄对象始终保持清晰——简单来说,具备此功能的相机,你将会看到对焦点在取景器中上下跳动的情况。

一般来说,RGB测光模块的像素越高,锁定对象对焦性能越强。

相机笔记 - ET的独家记忆

▲尼康2016像素RGB测光传感器模拟效果

相机笔记 - ET的独家记忆

▲尼康9.1万像素RGB测光传感器模拟效果

相机笔记 - ET的独家记忆

▲尼康18万像素RGB测光传感器模拟效果

RGB测光模块像素领先的相机

尼康D5/D500(18万像素)、佳能5DS(R)/7D2(15万像素)。

索尼ILCA系列单电相机使用感光元件测光,理论上具有比单反相机更好的锁定对象对焦性能。

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