自動對焦

自動對焦（Auto Focus）是利用物體光反射的原理,將反射的光被相機上的傳感器CCD接受，通過計算機處理，帶動電動對焦裝置進行對焦的方式叫自動對焦。它多分為二類：一是主動式，另一個則是被動式。

自動對焦分類

        1、主動式：相機上的紅外線發生器、超聲波發生器發出紅外光或超聲波到被攝體。相機上的接受器接受反射回來的紅外光或超聲波進行對焦，其光學原理類似三角測距對焦法.主動式中又有能量法，用于低檔普及型相機的自動對焦，廣泛用于各種平視取景相機.主動式對焦對斜面,光滑面對焦困難.對亮度大,遠距離的被攝體對焦困難.這是由于發出的光被反射到其它方向,或達不到被攝體所至.主動式由于是相機主動發出光或波,所以可以在低反差、弱光線下對焦.對細線條的被攝體，對動體都能自動對焦.缺點是當被攝體能吸收光或波時對焦困難，還會被玻璃反射故透過玻璃對焦困難。

　　2、被動式：即直接接收分析來自景物自身的反光,進行自動對焦的方式.這種自動對焦方式的優點是;自身不要發射系統，因而耗能少，有利于小型化.對具有一定亮度的被攝體能理想的自動對焦，在逆光下也能良好的對焦.對遠處亮度大的物體能自動對焦。能透過玻璃對焦.但缺點是對細線條的被攝體自動對焦較困難.在低反差，弱光下的對焦困難.對動體自動對焦能力差.對含偏光的被攝體自動對焦能力差.黑色物體或鏡面的對焦能力差。

主動、被動式自動對焦方式各有千秋，好在一般單反照相機上都有二種自動對焦方式，可以互補使用，自動切換,發揮其強項，克服其弱點.單反相機上多使用被動式對焦方式，所以其對焦受最大光圈數的限制.光圈小于F8時自動對焦困難.為此，大多數單反相機都有自動對焦輔助光(Autofocus aidlights)發射器發射帶紅外帶條紋的光束,幫助對不同質地的被攝體自動對焦。在光線足夠亮時這些輔助光是不工作的。使用時需要注意的是;由于主動式的發射窗在相機的右邊,所以在握相機時不要讓手擋住發射窗.擋住發射窗時對不上焦.專業相機機身上沒有發射輔助光的發射窗,只有裝上閃光燈,利用燈上的發射窗發射輔助光進行主動對焦。

自動對焦特點

　　具備以下三點特性

　　1、以某種方式自動判斷拍攝者所拍攝的主體；

　　2、以某種方式測量被攝主體與相機感光元件之間的距離；

3、驅動馬達將鏡頭的對焦裝置推到與之相應的距離刻度。

自動對焦原理

從基本原理來說，自動對焦可以分成兩大類：一類是基于鏡頭與被拍攝目標之間距離測量的測距自動對焦，另一類是基于對焦屏上成像清晰的聚焦檢測自動對焦。

1.測距自動對焦

　　測距自動對焦主要有紅外線測距法和超聲波測距法。

　　紅外線測距法 該方法的原理是由照相機主動發射紅外線作為測距光源，并由紅外發光二極管間構成的幾何關系,然后計算出對焦距離。

　　超聲波測距法 該方法是根據超聲波在數碼相機和被攝物之間傳播的時間進行測距的。數碼相機上分別裝有超聲波的發射和接收裝置，工作時由超聲振動發生器發出持續超聲波，超聲波到達被攝體后，立即返回被接收器感知,然后由集成電路根據超聲波的往返時間來計算確定對焦距離。

　　紅外線式和超聲波式自動對焦是利用主動發射光波或聲波進行測距的，稱之為主動式自動對焦。

2.聚焦檢測自動對焦

　　聚焦檢測方法主要有對比度法和相位法

　　a、對比度法 該方法是通過檢測圖像的輪廓邊緣實現自動對焦的。圖像的輪廓邊緣越清晰，則它的亮度梯度就越大，或者說邊緣處景物和背景之間的對比度就越大。反之，失焦的圖像,輪廓邊緣模糊不清，亮度梯度或對比度下降；失焦越遠，對比度越低。利用這個原理，將兩個光電檢測器放在CCD前后相等距離處，被攝影物的圖像經過分光同時成在這兩個檢測器上，分別輸出其成像的對比度。當兩個檢測器所輸出的對比度相差的絕對值最小時，說明對焦的像面剛好在兩個檢測器中間，即和CCD的成像表面接近，于是對焦完成。

　　b 、相位法 該方法是通過檢測像的偏移量實現自動對焦的。

　　在感光CCD的位置放置一個由平行線條組成的網格板，

　　線條相繼為透光和不透光。網絡板后適當位置上與光軸對稱地放置兩個受光元件。網絡板在與光軸垂直方向上往復振動。當聚焦面與網絡板重合時，通過網格板透光線條的光同時到達其后面的兩個受光元件。而當離焦時，光束只能先后到達兩個受光元件，于是它們的輸出信號之間有相位差。有相位差的兩個信號經電路處理后即可控制執行機構來調節物鏡的位置，使聚焦面與網格板的平面重合。

3.各種自動對焦的特點

        各種自動對焦方式各有其局限性。例如紅外測距和超聲測距的對焦方法，當被測目標對紅外光或超聲波有較強的吸收作用時，將使測距系統失靈或對焦不準確；而對比度法聚焦檢測受光照條件的制約，當光線暗弱或被攝體與背景明暗差別很小時，對焦就會有困難，甚至失去作用。

自動對焦方式

DSLR大致包括如下3種自動對焦方式：

　　1. 單次自動對焦

　　2. 連續自動對焦

　　3. 自動切換/人工智能伺服/最近主體先決的動態自動對焦

　　首先，我們先來看看最為常用的單次自動對焦。其工作過程是通過半按快門來啟動，在焦點未對準確前對焦過程一直在繼續。一旦處理器認為焦點準確以后，只要將快門完全按下就完成了一次拍攝過程，同時自動對焦系統停止工作。

　　如果在對焦完成提示音之后，全部按下快門之前，被攝物體移動了。由于是“單次”自動對焦所以在完全按下快門之后就可能看到一張模糊的圖片。當然這是一種比較夸張的說話，這么說是為了更好為說明連續自動對焦做個鋪墊。

　　由于單次自動對焦的特點所至，在拍攝靜止不動的物體時（如風景、微距攝影、人物合影等）是最為合適的選擇。這種對焦完畢后焦點自動鎖定，只要半按快門不放，就可以重新構圖拍攝的方式操作非常簡便。

　　第二，我們再來看看最適合拍攝運動中物體的連續自動對焦。由于上面說到的單次自動對焦方式不能很好的“跟蹤”運動中的物體，給一些拍攝帶來了很大的麻煩，因此也就產生了連續自動對焦方式。

　　與單次自動對焦不同的是，連續自動對焦在處理器“認為”對焦準確后，自動對焦系統繼續工作，焦點也沒有被鎖定。其目的在于當被攝體移動時，自動對焦系統能夠實時根據焦點的變化驅動鏡頭調節，從而使被攝物一直保持清晰狀態。當然，相機的對焦框也要實時的對準被攝體，這樣在完全按下快門的時候就不用擔心被攝物對焦不準確的問題了。

　　連續自動對焦多用在處于運動中的物體拍攝，比如體育比賽中拍攝運動員、新聞發布會中拍攝發言人以及撲捉運動中的動物的精彩瞬間等等。并且，針對于DSLR無須膠片的優勢，只要結合高速的連拍功能就可以比較輕松的拍攝出一組精彩照片。

　　最后，我們要來看看自動切換/人工智能伺服/最近主體先決的動態自動對焦是如何工作的（為了敘述方便，以下簡稱智能對焦）。

　　從理論上說有了單次自動對焦和連續自動對焦，就應該能夠滿足各種不同拍攝場景的需要了。但是在長期的實際拍攝過程中，還是會發現一些問題，比如說長期處于連續自動對焦的DSLR的耗電量比較大的問題。當然，最主要的還是怕出現一個可能隨時移動的被攝物從相對靜止狀態轉換到運動狀態，或者相反的情況。

　　而智能對焦的出現很好的折中解決了上面提到的問題。這種將單次自動對焦和連續自動對焦結合起來的方式更加適合在被攝物動靜不斷切換的場景下使用。DSLR根據被攝物的移動速度自動選擇對焦方式，內部的測距組件一直不斷地測量自動對焦區域內的影像，并實時傳送到處理器中。當被攝物靜止不動時選擇單次自動對焦，當被攝物運動時，選擇連續自動對焦。由于切換工作交由處理器來完成，因此您只需要按動快門就可以了。

　　需要注意的是，前兩種提到的自動對焦方式是最普遍、最常用的，無論是哪家DSLR廠商基本上都按照上述名稱命名。而第三種提到的方式無論各家起什么樣的名字，其工作原理基本上是相同的都是根據主體離哪個對焦點近選擇哪點進行自動對焦，而自動對焦點越多，相應的被攝物被準確對焦的概率也就大了。自動切換對焦多為柯美使用、人工智能伺服對焦用于佳能的產品而最近主體先決的動態自動對焦是在尼康的高端DSLR配備的。

自動對焦鏡頭類型

　　就光學結構而言，AF鏡頭與手動聚焦鏡頭沒有什么區別，但就其機械結構來看，兩者有所不同。AF鏡頭的設計的基本點在于自動聚焦動力的傳遞途徑。根據動力源的位置，目前市場上的AF鏡頭分為兩大類：一類是機身驅動型，鏡頭內沒有驅動馬達，如美能達、尼康和賓得等鏡頭；另一類則是鏡頭驅動型，鏡頭內有AF馬達，如佳能EF系列鏡頭。

　　對于AF變焦鏡頭而言，根據變焦的動力來源，又可分為手動變焦鏡頭和電動變焦鏡頭兩種。鏡頭的電動變焦早就在AF袖珍相機上實現了，而可更換AF變焦鏡頭的變焦電動化則是近幾年才實現的。

　　AF鏡頭與手動聚焦鏡頭的另一個區別點在于AF鏡頭都有電子觸點，用于與機身交換各種參數。鏡頭內有用于存儲鏡頭焦距、最大最小光圈、最近聚焦距離等參數的ROM芯片， 相機根據這些參數來設定相應的工作方式。如在程序自動曝光方式下，根據鏡頭焦距來選擇相應的程序線等。

各公司生產的AF鏡頭的觸點數不盡相同，大都在5至8點之間。從現有AF鏡頭來看，用于交換參數用的電子觸點數多數是在5點或6點，其他多增加的觸點是用來輸送電源動力，為鏡頭內的馬達(AF馬達、變焦馬達或光圈控制馬達)提供動力能源。

機身驅動型AF鏡頭

　　機身驅動型AF鏡頭的驅動源來自AF單反機機身，鏡頭內有一傳動機構與手動調焦環相連接， 當將機身上的"MF/AF"聚焦方式選擇撥桿撥至"AF"檔時，機身內的AF馬達傳動軸就伸出少許，與鏡頭上的傳動軸相嵌合，由機身的AF馬達來驅動。在自動聚焦時，鏡頭上的手動調焦環是在轉動的。 當把機身上的"MF/AF"撥桿撥至"MF"檔時，機身上的傳動軸收縮，與鏡頭上的齒輪裝置脫開，操作者就可以通過旋轉調焦環來調焦，使用方法同手動聚焦鏡頭一樣。

　　機身驅動型AF鏡頭內部是由齒輪來帶動調焦環的，在自動聚焦時，手動調焦環會隨之轉動，所以在使用AF方式時，不能觸及鏡頭的調焦環。另外由于在設計時考慮到傳動的順暢性，調焦環的機械結構顯得有些松散(與手動聚焦鏡頭相比)。

鏡頭驅動型AF鏡頭

鏡頭驅動型AF鏡頭的工作原理就不同了，機身只向鏡頭傳送聚焦信號和電源動力，全部機械運動均在鏡頭內完成，鏡頭與機身沒有任何機械聯系。

工業用自動對焦鏡頭

從上面的知識中了解到，自動對焦，其實是需要靠圖像處理器進行處理后得到焦點是否正確。民用相機自身帶有強大的圖像處理器，因此相機本身就可以完成自動對焦過程。而工業相機不同，一般只是在鏡頭上集成了電機，如電動三可變鏡頭（焦距可變、光圈可變、對焦可變），而要完成自動對焦，還是得圖像處理系統進行計算后，再控制電機進行相應的控制才可以完成。因此工業鏡頭，一般的電動三可變鏡頭，都具備了自動對焦的能力，但是能不能自動對焦，還得看軟件處理夠不夠強大。