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微單相機(jī)的對(duì)焦方式

2024-12-19 10:07| 發(fā)布者:cphoto| 查看:3192| 評(píng)論:0|原作者: 高寶昌|來自: 臭哈蘇

摘要:高寶昌(網(wǎng)名:臭哈蘇)有關(guān)無反數(shù)字相機(jī)的對(duì)焦技術(shù),普遍使用的被動(dòng)式對(duì)焦技術(shù)有相位對(duì)焦和反差對(duì)焦兩種類型(主動(dòng)聚焦技術(shù)就是主動(dòng)發(fā)射聚焦光源并獲得相應(yīng)反射光的聚焦技術(shù),夜間拍攝時(shí)通過相機(jī)或閃光燈發(fā)出光束實(shí) ...
高寶昌(網(wǎng)名:臭哈蘇)

有關(guān)無反數(shù)字相機(jī)的對(duì)焦技術(shù),普遍使用的被動(dòng)式對(duì)焦技術(shù)有相位對(duì)焦和反差對(duì)焦兩種類型(主動(dòng)聚焦技術(shù)就是主動(dòng)發(fā)射聚焦光源并獲得相應(yīng)反射光的聚焦技術(shù),夜間拍攝時(shí)通過相機(jī)或閃光燈發(fā)出光束實(shí)現(xiàn)聚焦,就是此類)。孰好孰壞的爭(zhēng)論此起彼伏,其實(shí)各有亮點(diǎn)。相位對(duì)焦技術(shù)也是單反相機(jī)的傳統(tǒng)技術(shù),通過反光鏡下設(shè)置的專用測(cè)距相位差傳感器,捕捉光通過鏡頭后形成的兩個(gè)不同成像(光束匯集點(diǎn)),根據(jù)不同成像(光束匯集點(diǎn))之間的偏移量進(jìn)行計(jì)算,然后操控相機(jī),利用鏡頭的聚焦伺服(自動(dòng)反饋控制技術(shù))機(jī)構(gòu)移動(dòng)聚焦鏡片(組),最終以偏移量消化的方式實(shí)現(xiàn)合焦的。這是因?yàn)椴煌嚯x的物體的反射光經(jīng)過鏡頭后,抵達(dá)測(cè)距傳感器的時(shí)間不同。簡(jiǎn)單的以一束光為例解釋的話,譬如從被拍攝人物臉部反射到鏡頭后面的光束,光束匯集點(diǎn)恰好落在圖像傳感器受光面上就是聚焦成功點(diǎn),相位差檢測(cè)就是尋找這個(gè)點(diǎn)為依據(jù),并以此點(diǎn)為追蹤目標(biāo),根據(jù)光斑特征,也就是相位超前還是滯后的特點(diǎn),驅(qū)動(dòng)聚焦馬達(dá)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)或者倒退運(yùn)動(dòng),通過趨向光斑匯合點(diǎn)方向驅(qū)動(dòng),完成對(duì)焦。無反微單相機(jī)取消了反光鏡組件,光線透過鏡頭直接抵達(dá)傳感器,由嵌在傳感器上的相位檢測(cè)傳感器實(shí)現(xiàn)測(cè)距并和自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu)共同完成自動(dòng)聚焦的。測(cè)距原理和單反相機(jī)是一樣的。換句話說,相機(jī)測(cè)距和自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu),就要對(duì)通過透鏡組最后一個(gè)鏡片,也就是整個(gè)鏡頭光學(xué)鏡組后的光束進(jìn)行分析研判,通過追逐光束變化趨勢(shì)的方式,經(jīng)過差分運(yùn)算,驅(qū)動(dòng)自動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu),捕捉光束的匯合點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)相機(jī)的自動(dòng)聚焦。至于以哪里為分析目標(biāo)和對(duì)焦點(diǎn),則是通過鏡頭對(duì)準(zhǔn)方向和選擇聚焦點(diǎn)的途徑進(jìn)行。背后則是一個(gè)基于算法的嵌入相機(jī)內(nèi)部的內(nèi)存軟件支撐。

濃霧中的野外,徠卡S006拍攝(圖文無關(guān))

反差式聚焦技術(shù)曾廣泛應(yīng)用于攝像機(jī),反差式或者對(duì)比度對(duì)焦技術(shù)則是通過檢測(cè)圖像傳感器上被攝體形成的相鄰圖像的暗部和亮部的對(duì)比度差異,然后經(jīng)過計(jì)算找出對(duì)比度的峰值,以此峰值作為已經(jīng)合焦的判斷依據(jù),通過移動(dòng)聚焦鏡片(組)找出這個(gè)峰值來,認(rèn)定為達(dá)成對(duì)焦效果的。這種對(duì)焦方式可以不需要專用的對(duì)焦傳感器,圖像傳感器就能實(shí)現(xiàn)這一功能。而作為智能化傳感器的技術(shù)應(yīng)用,相位傳感器則必須在圖像傳感器上埋點(diǎn),制造出專用的相位監(jiān)測(cè)點(diǎn)來,這個(gè)埋點(diǎn)就無法用來結(jié)像,其位置的圖像信息是通過周圍圖像進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行模擬推算而填空實(shí)現(xiàn)的。相位傳感器對(duì)于高速移動(dòng)物體的連拍更有優(yōu)勢(shì),反差檢測(cè)技術(shù)對(duì)于拍攝靜止的物體,精度更高。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,也許還會(huì)有我還沒得及知道的新技術(shù)出現(xiàn)和運(yùn)用了。那樣,我只有與時(shí)俱進(jìn)的跟蹤技術(shù)發(fā)展的脈絡(luò),及時(shí)了解相關(guān)技術(shù)成就才能保持對(duì)新知識(shí)的敏銳了。自己的知識(shí)儲(chǔ)備追不上新技術(shù)的日新月異,知識(shí)也就陳化了,判斷也就沒有依據(jù)了。



智能化圖像傳感器已經(jīng)可以運(yùn)用于對(duì)鏡片曲率的分析計(jì)算,物體形狀和大小的測(cè)量,其應(yīng)用領(lǐng)域之廣,對(duì)人類的作用之大,已經(jīng)超越了很多人的想象。

概括一下,相位測(cè)距聚焦技術(shù)針對(duì)的是通過鏡頭的光束。通過對(duì)光束的分析和研判,利用提前設(shè)定好的數(shù)據(jù)算法,驅(qū)動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu),完成測(cè)距和自動(dòng)聚焦的。而對(duì)比度或者叫反差測(cè)距聚焦技術(shù)針對(duì)的是傳感器上的成像。通過對(duì)傳感器上臨近像素單元上成像的模糊和銳利程度,利用提前設(shè)定好的數(shù)據(jù)算法,進(jìn)行分析和研判,驅(qū)動(dòng)聚焦機(jī)構(gòu),完成測(cè)距和自動(dòng)聚焦的。相位測(cè)距法檢測(cè)對(duì)象是(通過鏡頭的)光束,對(duì)比度測(cè)距法針對(duì)檢測(cè)對(duì)象是(傳感器上形成的)圖像。但都是以聚焦光斑的光亮度最強(qiáng)和圖像之單元像素電信號(hào)最強(qiáng)狀態(tài)的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)聚焦的。具體到各個(gè)生產(chǎn)廠家,除了機(jī)械機(jī)構(gòu)和電子元器件的質(zhì)量水平各有特色以外,那么基于各自經(jīng)驗(yàn)積累基礎(chǔ)上而形成的如何測(cè)距和精準(zhǔn)聚焦的計(jì)算公式,也就是算法,自然成為各自競(jìng)爭(zhēng)力的具體體現(xiàn)。這樣的描述,是不是更加通俗易懂了呢?

那么在實(shí)現(xiàn)了對(duì)比度峰值聚焦技術(shù)以后,給無反相機(jī)又能帶來哪些改變呢?因?yàn)閷?duì)比度峰值聚焦技術(shù)是基于對(duì)圖像傳感器上結(jié)像特征的分析而實(shí)現(xiàn)的,在經(jīng)過數(shù)碼圖像的大數(shù)據(jù)分析以后,通過建立人的臉部特征數(shù)據(jù)模型,根據(jù)此模型的數(shù)據(jù)類型和規(guī)律,通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和對(duì)照,就能夠讓相機(jī)判斷出鏡頭正在對(duì)準(zhǔn)的是人臉,然后相機(jī)就能自動(dòng)進(jìn)入臉部聚焦的設(shè)定程序,實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別和臉部聚焦甚至眼部聚焦。以此類推,動(dòng)物臉部識(shí)別和聚焦技術(shù),體育運(yùn)動(dòng)聚焦模式,都可以通過大量數(shù)據(jù)分析后進(jìn)行數(shù)據(jù)建模,通過實(shí)時(shí)取景生成圖像數(shù)據(jù)特征與數(shù)據(jù)庫(kù)中的建模模型數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)照和甄別。這就是反差峰值聚焦技術(shù)帶給我們的巨大便利。而這一類型的豐富功能也已經(jīng)在最新一代的無反數(shù)碼相機(jī)中得到了普遍運(yùn)用。這一點(diǎn),是單反時(shí)代的傳統(tǒng)相位聚焦技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。而到了微單時(shí)代,憑借強(qiáng)大的智能運(yùn)算的助力,圖像識(shí)別(AI技術(shù)應(yīng)用的未來會(huì)更加普遍)和智能聚焦互相銜接,有些歷史上無法實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難題也就逐一攻克了。

順便說一下,我在以前的文章里曾經(jīng)對(duì)尼康Z9有過極高評(píng)價(jià)。不在于它的各項(xiàng)拍攝類技術(shù)指標(biāo)多亮眼。而在于它徹底放棄了機(jī)械快門組件這個(gè)大膽的決定。取消了機(jī)械快門組件之后,照相機(jī)的結(jié)構(gòu)又進(jìn)一步大大簡(jiǎn)化,機(jī)械故障點(diǎn)引發(fā)相機(jī)故障的可能性進(jìn)一步減少到了極點(diǎn)。無論精度有多高,畢竟反光鏡取景和測(cè)距技術(shù)是一種間接的測(cè)量技術(shù),拋棄這些機(jī)構(gòu)后的微單相機(jī),光線透過鏡頭后直接抵達(dá)影像傳感器,光學(xué)成像系統(tǒng)和測(cè)距系統(tǒng)都更直接,因而精度也就能達(dá)至最高(基于制造精度和算法科學(xué)性)。隨著結(jié)構(gòu)的極大簡(jiǎn)化,制造成本被進(jìn)一步壓縮,售價(jià)更加親民的數(shù)字相機(jī)一定會(huì)越來越多。在滿足鏡頭安裝的基本要求,相機(jī)的形狀也可以隨心所欲和五花八門了。未來的數(shù)字相機(jī)領(lǐng)域就是相對(duì)更加純粹的電子技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)了。新的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代,那些不具備高速機(jī)械快門組件制造能力的電子企業(yè)如果跨越進(jìn)數(shù)字相機(jī)領(lǐng)域,從尼康Z9這種類型的相機(jī)起步,門檻可是降低了太多太多,缺乏新技術(shù)支撐而僅靠歷史上膠片相機(jī)輝煌時(shí)代留下的品牌效應(yīng)來數(shù)字時(shí)代蹭熱度賣歷史情感的營(yíng)銷行為也就越來越不靠譜了。電子技術(shù)時(shí)代一直是新技術(shù)、新功能不斷推陳出新的競(jìng)爭(zhēng)的新時(shí)代,只要在圖像處理能力(嵌入相機(jī)內(nèi)的包含色彩再現(xiàn)還原等的圖像處理的編譯碼軟件創(chuàng)新能力)方面獲得提升,獲得競(jìng)爭(zhēng)機(jī)會(huì)的可能性也增加了太多。我國(guó)的鏡頭制造已經(jīng)進(jìn)入特殊色散鏡片和非球面鏡片結(jié)構(gòu)的競(jìng)爭(zhēng)隊(duì)列,圖像傳感器技術(shù)正在奮起直追(國(guó)防安全和航天技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用的重大支撐),但愿不久的將來,能看到更多國(guó)產(chǎn)數(shù)碼相機(jī)的問世。


攜帶小相機(jī)的好處在于隨時(shí)可以實(shí)現(xiàn)的記錄(LEICA M9拍攝,圖文無關(guān))


佳能在2021年年底宣布停止對(duì)單反相機(jī)的繼續(xù)研發(fā),集中精力開發(fā)無反相機(jī)系統(tǒng)的消息,也是一個(gè)明確的信號(hào)。只有單反相機(jī)才夠?qū)I(yè)的觀念已經(jīng)過時(shí),單反相機(jī)為王的時(shí)代,也即將落幕。得益于智能化傳感器技術(shù)的不斷推陳出新,信號(hào)傳輸和響應(yīng)效率在索尼A1身上已經(jīng)得到驗(yàn)證,解決了拖影問題之后,電子快門的發(fā)展優(yōu)勢(shì)在未來越來越明顯,未來的照相機(jī)世界將迎來無機(jī)械快門的無反時(shí)代。

沒有攝影就不會(huì)有照片,也不會(huì)有電影和電視,更不會(huì)有智能自動(dòng)駕駛。攝影的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,而隨著每個(gè)像素都可以尋址的智能化背照式堆疊(堆桟)型CMOS圖像傳感器制造技術(shù)的不斷完善,和成本的不斷降低,微單相機(jī)的畫質(zhì)會(huì)越來越扎實(shí)可靠,靈敏度和連拍性能都會(huì)越來越好。在數(shù)字電子技術(shù)發(fā)展迅猛的當(dāng)下,新技術(shù)成果集成能力就是相機(jī)的未來生命力,那些想靠賣歷史名聲就能始終擁有市場(chǎng)的老牌相機(jī)企業(yè)面臨的競(jìng)爭(zhēng)越來越殘酷了。


我寫本文所參閱的圖書資料,也是我的藏書。上面的插圖和文字無關(guān),僅為了烘托

(盡管我參閱了大量技術(shù)書籍,但依然不敢確保說的每一句話都是正確的。技術(shù)進(jìn)步的速度太快,我更新大腦儲(chǔ)備的效率太慢。作為上個(gè)世紀(jì)八十年代的大學(xué)生,我是一個(gè)總想弄明白一些事情的對(duì)技術(shù)和知識(shí)更加叫真的攝影愛好者,這點(diǎn)毫無爭(zhēng)議。)


于2024年12月15日星期日

網(wǎng)名:臭哈蘇——哈蘇相機(jī)雖好但我手臭,拍不好照片不能怪相機(jī),故名臭哈蘇-中國(guó)攝影家協(xié)會(huì)會(huì)員,曾為第七屆中國(guó)攝影理論研討會(huì)和首屆中國(guó)國(guó)際攝影理論高級(jí)論壇撰寫過文章。為《中國(guó)攝影》、《大眾攝影》、《中國(guó)攝影報(bào)》、《人民攝影報(bào)》、《中國(guó)攝影家》、《攝影之友》、《照相機(jī)》、《感光材料》等攝影期刊撰寫攝影專欄文章幾十萬字。

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