數碼相機細分類——六[自動對焦]

07-26

數碼相機細分類——六[自動對焦]

目前數碼相機的自動化程度普遍較高，無論是卡片機、長焦機還是微單、單電、單反，絕大多數都能實現「傻瓜式」拍攝，支持包括自動對焦、自動測光、自動連拍等功能，其中自動對焦無疑是最受消費者關注的一部分，我們將在本篇與大家詳細探討。

●兩大門類和四種形式

除徠卡等品牌的少數產品外，大部分數碼相機均可實現自動對焦功能。目前自動對焦的實現方式有「相位檢測」和「反差檢測」兩大門類，具體到不同產品則可分為四種形式：傳統的透鏡分離式相位檢測自動對焦（傳統相位）、反差檢測自動對焦（也稱為「對比度檢測對焦」）、圖像感測器相位檢測（感光器相位、焦平面相位）與反差檢測混合式自動對焦以及雙重相位檢測自動對焦。

傳統相位對焦主要應用於數碼單反相機（也包括索尼旗下使用固定式半透明反光板的SLT系列單電相機），機身須搭載專門的對焦感測器，此外副反光板（單電相機上不需要）、分離透鏡、對焦屏等輔助配件也不可或缺，整個系統構造比較複雜。而反差檢測自動對焦則廣泛應用於各類攜帶型數碼相機（包括卡片機、長焦機、拍照手機）上，大部分微單相機以及加入實時取景功能後的數碼單反相機也多支持反差對焦。由於主要依靠相機的圖像感測器（感光晶元）和數字圖像處理器來實現，無需專用的AF子系統，因此反差式自動對焦更利於相機機身的輕便化。在本站此前發布的《單反微單PK季相位差對焦與反差式對焦》[作者: 夏昆岡 ] 一文中，已對傳統相位對焦和反差對焦的基本工作原理進行了講解，相關知識點此處不再複述，感興趣的朋友可點擊原文鏈接閱讀了解。

數碼單反相機中的AF模塊

數碼單反相機上使用的AF模塊、自動對焦感測器

上述兩種自動對焦方式各有利弊。理論上，傳統相位對焦系統技術成熟、對焦速度較快；但在弱光環境下的對焦能力薄弱且硬體結構複雜，實現高精度自動對焦需要付出相對較大的物料成本和工藝成本，其性能高低與預設對焦點的數量及精度有關（部分入門級相位檢測系統存在對焦精度不高的問題）。反差對焦成本相對較低、對焦精度很高，且對焦區域更大更自由（理論上可以實現對焦點全覆蓋）；但在高光和複雜環境下工作效率會受到影響，在某些大幅面機型上對焦速度不夠迅捷，且存在動態追蹤對焦能力（對縱向運動物體實現快速連續自動對焦）不足的短板。雖然近幾年在一些廠商的努力下，通過提高感光器刷新率，反差對焦的速度問題得到了顯著改善，但在應對縱向動態追蹤時仍會遇到困難。

隨著無反光板可換鏡頭相機的興起，部分廠商由於暫時無法提升大底感光器上反差對焦的工作效率，所以另闢蹊徑開始嘗試「圖像感測器相位自動對焦（焦平面相位自動對焦）技術」，其基本原理與傳統相位對焦類似，但它是利用集成在CMOS或CCD晶元上的微透鏡進行聚光，在硬體構成上要比傳統透鏡分離式系統來得簡單，故而也比較適合運用在攜帶型相機上。但在目前的技術條件下其缺點也比較明顯——它對拍攝環境的光線條件相對更為敏感，在對焦精度以及弱光環境下的對焦能力方面，還不如傳統相位對焦；同時對焦區域也多靠近感光器的中央部分，實用性有限。廠商在運用這一技術時，均將其作為反差自動對焦系統的補充或輔助，兩套系統互相協同、取長補短，形成所謂的「混合式對焦」。尼康1系列、索尼NEX-5RNEX-6、佳能EOS-M等微單相機以及EOS 650DEOS 700D數碼單反（實時取景模式下）都使用了此類技術。不過從實際效果來看，「混合式」的應用只是小幅提升了對焦速度，動態追蹤對焦能力並未得到明顯改善，還需繼續進行技術改進。

尼康 1 J1 微單相機使用的混合對焦系統

索尼的SLT系列單電相機由於採用半透明反光板技術，在實時取景模式下也可以使用傳統的相位對焦（因此不帶反差對焦功能），在該系列目前的旗艦型號SLT-A99上，廠方提供了一個「雙重相位自動對焦」系統，即在擁有傳統相位對焦模塊的同時，再額外搭載一套感測器相位自動對焦，用以提高相機的追蹤連續對焦性能。不過與前面談到的混合式對焦相類似，在實際工作中感測器相位對焦只是作為輔助系統存在，無法獨立工作；在使用時相機必須切換到AF-D模式下，而且暫時只有為數不多的幾支索尼/蔡司鏡頭可以支持該模式。此外，SLT-A99上還有一個獨特的自動對焦範圍控制（AF Range）調節按鍵，允許用戶手動控制相機自動對焦的測距範圍，從而提高工作效率；不過也只有部分指定型號鏡頭能夠支持這一功能。

SONY SLT-A99 上的「雙重相位自動對焦」系統示意圖

●細說透鏡分離式相位檢測自動對焦

由於目前反差對焦和混合式對焦技術都還不夠完美，在短期內數碼單反相機內的透鏡分離式相位檢測系統還不至於被全面淘汰（尤其在野生動物、體育競技等專業領域），所以有必要在這裡加以展開。

不同市場定位的單反機身往往採用不同的相位對焦系統，區別主要體現在對焦點數量上。譬如在佳能目前銷售的全畫幅機身中，EOS 1D X和EOS 5D Mark III使用的是擁有61個自動對焦點的AF系統，而定位於入門級全幅機身的EOS 6D只有11個自動對焦點；在APS-C畫幅產品線上，旗艦級的EOS 7D採用19點自動對焦系統，而較次一級的EOS 60D和入門級的EOS 100D650D700D都只有9個自動對焦點。對焦點顯然是越多越好，尤其是那些擁有高密度網狀對焦點的高端AF系統（如佳能的61點、尼康的51點），在追焦能力方面有較為明顯的優勢，也便於攝影師進行快速構圖。

佳能 EOS 7D 數碼相機使用的自動對焦感測器實物以及對焦點分布示意圖

與此同時，對焦點所對應的感測器排列形式也會對AF精度產生一定影響。對焦感測器有單縱一字（僅對橫向水平線條敏感）、單十字（對縱向垂直和橫向水平線條均敏感）、雙縱單橫型十字（在單十字型的基礎上增加一個橫向的線型感測器）、雙縱雙橫型十字（兩套單十字型感應器交錯並列成「井」字型，也被稱為「雙線十字」）和交叉型雙十字（在單十字、雙線十字的基礎上增加一個X型感測器，形成「米」字型）等組合。理論上，一字型對焦感測器精度最低，交叉型雙十字對焦感測器精度最高，但並不是每個單反品牌都會使用雙線十字或交叉型雙十字對焦感測器，譬如尼康就只用一字型和十字型感測器。問題是，沒有數據表明使用十字型感測器的尼康單反在對焦精度上弱於使用雙線十字或交叉型雙十字感測器的其他產品，因此不同品牌之間，這方面不具備多少可比性。

出於工藝、成本、實用性等各方面的考慮，廠家不可能在一套自動對焦系統中全部配置高精度對焦點；即便是佳能EOS 1D X這樣的高端機型，總共61個自動對焦點中僅有位於中心區域的一排5個使用了雙十字型對焦感測器。所以對於精明的消費者而言，在關注對焦點數量的同時，也要明確具體的組合形式。譬如佳能的EOS 600D和EOS 650D/700D雖然均為9點自動對焦系統，但兩者的含金量卻有明顯差距——EOS 650D/700D所有九個對焦點均為十字型，其中中央對焦點更是採用了雙十字型感測器；而EOS 600D的九個對焦點中只有中央點是十字型，其他八個點均為一字型。

佳能61點自動對焦系統示意圖

需要補充的是，對焦感測器按自身所對應的光束有「f/2.8」、「f/4」、「f/5.6」、「f/8」之分。這是什麼意思？我們以「f/5.6感測器」為例，其實是指當相機使用最大光圈大於或等於f/5.6的鏡頭時，該感測器能處于敏感狀態，可以實現正常的自動對焦功能。由於目前市售的入門級數碼單反的套機鏡頭長焦端最大光圈多為f/5.6，為了獲得較好的通用性，所以「f/5.6感測器」和「f/8感測器」出現得比較多。那麼通用性較差但精度略高的「f/2.8感測器」用在哪裡？為了兼容大多數鏡頭，廠方在設計時顯然不會單獨安排使用「f/2.8感測器」的對焦點，常見的做法是將之與一個十字型「f/5.6感測器」疊加，以增加相機安裝大光圈鏡頭時的工作精度——當使用f/2.8以上大光圈鏡頭時，兩個感測器會一起工作，AF效能得到進一步提升；而若換用一支最大光圈為f/4的鏡頭時，則只有「f/5.6感測器」參與工作，「f/2.8感測器」將進入待工狀態。這就意味著，消費者想要最大限度地發揮這類高精度對焦點的作用，必須購買f/2.8以上級的大光圈鏡頭（但並非所有f/2.8鏡頭都能「有效激活」f/2.8感測器，有部分f/2.8感測器存在「挑鏡頭」的問題）。有意思是，市售的所有尼康數碼單反相機不僅沒有使用雙十字對焦感測器，也都沒有「f/2.8感測器」，尼康高端單反產品的自動對焦綜合能力卻並未因此落到下風；由此可見各家的技術側重各有不同，指標、參數未必代表一切。

傳統相位對焦系統還有一個不大不小的弱點——自動對焦有效工作範圍會受制於預設對焦點的位置，即便是對焦點非常密集的高端的AF模塊，也無法實現對成像範圍內外圍區域的自動對焦。在尼康新近推出的D7100數碼單反上出現了一個創新的「1.3倍裁切」功能，在這個裁切模式下，相機的所有51個自動對焦點「幾乎覆蓋整個畫幅」（引號內為官方原話，如下圖所示，其實上下兩端仍留有空隙，但從實用角度來看無傷大雅），以犧牲像素、提高等效焦距的方式，變相克服了對焦系統存在的先天不足。

尼康 D7100 數碼單反相機上「1.3倍裁切」功能對比示意圖

對於數碼單反相機使用的對焦系統而言，AF亮度檢測範圍也是比較重要的一個指標，尤其是該指標的下限值決定了相機在弱光環境下的自動對焦效率。不同檔次的機型在這方面存在一定的性能差異，某些低端單反的檢測範圍僅為0EV至+18 EV，而高端型號則可達到-3EV至+18 EV。