无反相机的传感器怎么产生的对焦相位差?

无反相机的相位差仍然是由分光透镜产生的,而不是有相位差传感器的水平排列距离产生的。先做历史回顾,手动对焦的照相机(单反机)的对焦屏上有一个裂像产生装置,可以说它就是现代照相机上自动对焦部件中产生相位差的鼻祖。没有它,永远产生不出相位差。如果你用一块光滑的玻璃装在单反相机对焦屏上,会是一个什么结果?结果是你无法对焦,你看什么都是清晰的。

为什么毛玻璃可以用来对焦,毛玻璃上分布的细微的磨砂,可以视作裂像的缩微版,有了它们,你才可以对焦(可以用肉眼来分辨相位差)。这里,只不过裂像光楔将相位差很清晰地展现给大家了(放大了)。这种始于上世纪70年代的技术,受制与传感器的技术,它的传感器是单一的。依靠单一的成组配置的传感器就可以对焦。理论上有2个测光原件就可以构成一个传感器,用两个原件测到的相位差进行对焦。

所以,它的判断有些不准,有些慢,但是不是不能对焦,而是可以进行对焦的。因为由f分光透镜或者分光棱镜已经产生出相位差了。这个相位差不是因为这两个原件的距离差产生的,而是由分光透镜产生的。进入自动对焦时代,单反机的自动对焦模组,就是利用相位差来判断镜头的位置,驱动镜头进行自动对焦。请看上图这个索尼的AF模组。

它的传感器不是一个,而是在一个位置上有一整组。打个伏笔。是一整组。同一组中每相邻的两个原件可以近似地认为没有距离差。相位差同样由透镜给到。某个位置上,一组原件,给到一组相位差的值。这样就可以判断这个位置上的相位差。这样比最传统的方式准确的多。图形其实已经由iZaZad网友给到。到了微单时代,其实运用的原理和1970年代的技术没有本质区别。

只是将传感器缩小到CMOS上,分布在CMOS的各个位置。微观的图片我没有找到,希望大家补充。但是这种方式仍然需要借由分光微透镜产生相位差。原理不变。接下来讨论下佳能特有的双核对焦。不知是佳能是否受制与别人家专利的限制,佳能并没有用索尼、奥巴之类的相位对焦系统。索尼、奥巴的相位传感器是独立于像素的,可以理解成需要从CMOS上挖出几块位置来放专用的对焦传感器,而且这种传感器绝对不是大家想象中的那样一个一个的,而是一组一组的。

佳能的所谓双核对焦系统,并没有在CMOS上安排专门的对焦传感器,而是利用可以参与的成像的像素光电管直接来“兼职”对焦工作。这里,我说到的兼职是一个比喻。也正是这样,让我怀疑是收到其他专利的限制才会这样设计。按照佳能官方的说法:“普通的图像感应器将微透镜分配到每个像素上,在它们的下方各有一个光电二极管将光信号转变为电信号,但是使用全像素双核CMOS AF的图像感应器,将每个微透镜下的光电二极管都一分为二,这样,一次同时可捕捉两个视差图像。

全像素双核CMOS AF会利用来自这两个图像的信号来完成相差检测自动对焦。而且重要的是,汇集两个光电二极管的图像信号便可作为一个像素进行输出。由于1个像素就能兼备自动对焦和图像捕捉功能,所以这种结构可以应用到所有像素中。既保持了画质又可增加用于自动对焦的像素数,画质基本没有受到影响。”全像素双核CMOS AF可从光电二极管A和B中分别检测出A像和B像的信号。

在完成合焦的状态下2个像将重合,而在未完成合焦的状态下,2个像都是模糊且相互错开的。通过检测偏差量(信号差)和偏差方向(A像和B像分别位于中心的哪一侧),就能计算出对焦镜片组应当朝什么方向移动多少距离。这样一来就能直击目标,迅速对焦了。这个原理和网友iZaZad网友给到的波形读数是完全一样的。但是请牢记:这样的光线强度(相位差)的读取,在一个像素内就已经完成了。

也就是依靠一个像素,理论上是可以对焦的。但是佳能读取了某个位置上的一整组数据,读取的数据形成一个波形。这样,只不过为了更加准确地便于判断波峰波谷的位置。而产生这组数据的根本来源,不是像素的水平排列的距离差,而是来自每个像素前的微透镜。如果去掉这组微透镜。系统是判断不出相位差的。如果去掉网友iZaZad网友画中的透镜,那么AB在这个小小的陷阱中,怎么可能产生亮度差值?AB的照度是无限接近的。

我特地补充一下基线的概念。全像素双核CMOS AF将水平方向排列的多个像素连接起来,使其成为线型感应器(纵向线条检测感应器),调动多个像素进行对焦。这里的线型感应器长度(相当于取景器自动对焦感应器的基线)会根据光圈产生变化。因此,使用光圈F8拍摄短片时也能进行自动对焦。网友iZaZad这这幅图中用了基线两个字,很容易产生混淆。

这个词应该是“信号差”。而不是佳能的工程师所说的“基线”。还是要重回最原始的对焦系统。传统相机存在基线,甚至单反机也是有基线的。基线越长,对焦精度越高。那么佳能的工程师为什么说,他们的双核对焦可以让F8更小光圈的镜头可以对焦呢?为什么说“这里的线型感应器长度(相当于取景器自动对焦感应器的基线)会根据光圈产生变化。

”呢?其实它的核心问题就是我在回答“索尼大法”所有的对焦点性能都一样吗?一般不是说中心对焦点最好吗?这个问题时的观点。微单的自动对焦系统仍然受到照度的极大影响。中心照度高,对焦灵敏;四周照度低,对焦性能弱。同理,当整个镜头的F值变小的时候,中心也不变得不灵敏了,自然不能对焦。佳能的方案是动态解决。当照度降低时,调动更多的CMOS进来,组成更长的排列,产生一条很长很平缓的波形,这样仍然可以计算出波峰位置。

当然,双核对焦并非万能。事实上只有屏幕约80%(垂直)×80%(水平)的宽范围区域能使用相差检测自动对焦完成最终合焦。我个人的理解,佳能的双核对焦,更加倾向是属于一种图像对比检测技术,而不是相位检测法则。所以,我个人的理解,佳能的双核自动对焦并不是一个完美的解决方案。看起来它没有死区,没有占用CMOS的面积,但是它占用了很多计算资源,而且精度还不够,还需要补充对焦。

而且因为微透镜比索尼的还要小,因此不足以产生大的相位差。造成对焦系统精度的问题。目前,但凡我用过的佳能双核对焦的相机,不但不快,还有一点笨笨。目前,我自己用过,也是感受最好的对焦系统是松下的DFD方式。上面我值聊了微单的对焦快不快的问题。还没有说到准不准的问题。相位对焦是不太准的。事实上需要反差检测来辅助(就是奥巴EPL1这类早期微单的对焦方式,慢但是准),所以大家才能在微单上得到比单反机更加精准的对焦。

所以微单看起来拍摄的更加清晰。有了对比就有伤害,这个问题,害的我单反都不太用了。正是微单的相位对焦精度因为受到透镜尺寸的制约,所以才不准。(具体计算方式我不展开了,对焦精度是可以计算的;微单上,相位法对焦的关键决定性因素还是那块分光透镜的焦距。焦距越长,分出的相位差越大)。可惜的是:微透镜的焦距太短了。

在1970年代,宾得一个原件可以完成的对焦,在工程角度,微单必须用一组原件来完成。所以才造成了网友iZaZad的误解,误以为相位差是由传感器的排列距离差造成的。适马的老板说过一句话。“我们保留相机制造,是因为我们的镜头设计师需要从设计相机的角度来理解镜头的设计”我大概依稀记得是这样一句话。外行是永远无法理解他的意义的。

当你知道数码相机的像素无论怎么发展,都赶不上胶片的质量时。你还会回去拍胶片吗?

这是一个伪命题。事实上数码相机的图片质量早已超过胶片,那些胶片时代的遗老遗少们早该醒醒了!我是上世纪八十年代初开始玩摄影,从黑白胶卷、胶片开始玩的。那时候自己拍完还得自己动手冲印、自己动手放大。大约1986年我开始接触彩色胶卷,135、120都玩过,不过要拿出去冲印了。我用的相机都是纯手动的,但为了省钱,我硬是练出在被窝里盲装的功夫,一个135彩卷可以拍到40张,张张曝光正确。

2008年,我买了第一台数码单反D80,之后两三年数码、胶卷同时玩,但胶卷越玩越少,基本只用120反转片;再往后,每年象征性拍个一两卷;再后来,慢慢就不想碰胶卷了。大约在2012年左右,我终于把玛米亚RB67和尼康F80都卖了,从此再也没玩过胶卷、胶片了。说句实在话,我觉得数码相机发展到现在,无论是画质,还是前期后期的方便性和二次创作的可能性,都远超胶卷、胶片。


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