解读对焦系统的那些事概述.docx
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解读对焦系统的那些事概述
解读对焦系统的那些事
【IT168应用】编者按：
在今天，自动对焦（AF）不仅是单反相机的必备技能，同时也是划分高、中、低不同档次产品产品的重要标准之一。
希望@滕飞下面的介绍，能让您对单反/单电/无反相机AF系统有更清晰的认识。
『AF系统的组成部分』
单反相机的AF系统大体上由镜头、驱动马达、对焦模块和处理器共4部分组成。
其中，对焦模块位于反光板下方，主要作用是接收光线并为处理器提供数据。
对于同一品牌的单反相机而言，对焦模块是影响AF性能的最主要因素。
TIPS:
单反相机的结构
取下镜头后，我们便能看到单反相机的反光板。
可能很多朋友并不清楚，在这面大镜子下面，其实还“藏”有一个专为对焦模块反射光线的“小镜子”（副反光板）。
▲单反相机的结构示意图。
『对焦点是什么?
』
对单反相机而言，对焦点就是取景器中能看到的小黑框、小黑点。
拍摄照片时，我们需要将对焦点移动到被摄对象上。
半按快门，等到对焦点变红之后再完全按下快门，这样才能拍摄出清晰的照片。
在对焦点“背后”，有着若干条线型对焦传感器。
这些传感器能够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。
如果出现传感器与线条平行的情况，比如用垂直传感器对焦矗立的旗杆，很容易出现无法合焦的情况。
为了提高对焦精度，降低合焦失败的概率，我们可以将两条对焦传感器交叉放置——这就是“十字型对焦点”。
依照传感器的组合方式，对焦点还有双线型、双十字型、米字型等不同类型。
TIPS:
对焦模块的微透镜
对焦点数量越多，对焦模块就越复杂，但这并不是说相机有多少个对焦点，就有多少组对焦传感器。
现代相机通过微透镜将若干个对焦点映射到一起，因此绝大多数对焦模块上只有左、中、右三个对焦区域。
▲K-3的27点对焦模块，中心5×5个点对应传感器中心区域。
『对焦与镜头光圈』
在单反相机介绍中，我们往往会看到类似“对应F2.8光束对焦传感器”或“光圈F8时可以自动对焦”的描述。
这里出现的光圈值，其实代表了对焦传感器的精度与适应能力。
举一些例子：
-F2.8对焦传感器在搭配F2.8或更大光圈（如F1.4、F2）镜头时可以工作;
-F2.8对焦传感器在搭配小于F2.8（如F4、F5.6）镜头时不能工作;
-搭配F2.8镜头时，F2.8对焦传感器相比F5.6对焦传感器精度更高。
绝大多数单反相机的对焦传感器对应F5.6-6.7光圈。
佳能、索尼、宾得的一些产品会有针对F2.8或F4光圈的高精度传感器;而尼康的特点则是几乎所有产品、所有对焦点都能在F8下工作。
TIPS:
最大光圈对焦
上述文字中的光圈，都是指镜头最大光圈，也就是镜头型号上标注的F值。
现代单反相机均支持全开光圈对焦，只有拍摄照片的一瞬间光圈才会收缩。
举个例子，当我们使用最大光圈F1.4镜头进行拍摄时，即使设置光圈为F8，在完全按下快门前，镜头光圈仍旧保持F1.4全开状态。
『对焦与环境亮度』
摄影是用光的艺术，同样的，对焦也需要足够的光线。
当环境非常暗的时候，有些相机会自动发出对焦辅助光，有些经验丰富的拍摄者会准备小型手电筒。
可在一些不方便补光的情况下，就对相机的弱光适应能力提出了很高要求。
目前，绝大多数单反相机的中心对焦点可在-0.5EV到-1EV亮度下正常工作，一些中高端产品能够达到-2EV甚至-3EV。
TIPS:
什么是EV?
EV即“ExposureValue”（曝光值），它代表特定光圈、快门速度组合下的曝光度。
0EV可以是F1.0光圈、1秒快门。
为了保持EV值不变，光圈每小一挡，快门速度就会延长一倍。
如果一款相机可以在“-2EV（ISO100）”下正常工作，表示所处环境需要F1.0光圈、4秒快门、ISO100才能正常曝光——应该能想象出此时的环境有多暗了吧。
▲EV、光圈、快门的组合。
『对焦点多了有啥好处』
早期单反相机只有个位数的对焦点，而今天的绝大多数单反相机都拥有数十个对焦点。
高端机型通常会采用高密度的矩阵排列，一方面，可以让拍摄者更灵活自如的选择构图，回避先对焦再构图的一些缺陷;另一方面，也能够在拍摄运动物体时获得更好的连续对焦锁定能力。
除了对焦点的数量，我们往往还会关注对焦点的覆盖范围。
比如佳能6D、尼康D610、索尼A99等产品，为了控制成本，对焦点过于集中在画面中心。
当被摄对象位于画面边缘的时候，比如拍摄长腿美女或者开放构图风景照，这就会给我们的使用带来一些不便。
『产品解读之1200D』
1200D发布于2014年2月，是佳能EOS数码单反相机的最低端产品。
它的成像核心与4年前发布的550D基本相同，对焦、点测光、液晶屏规格甚至还要更低一些。
可以说，1200D的最大优势就是价格和“EOS”这个金字招牌。
▲佳能5D3对焦模块
对焦系统方面，1200D具备9个可选对焦点，中心点为十字型传感器。
所有对焦点均对应F5.6光圈，最低对焦亮度约为0EV（ISO100）。
很难想象这样一款产品，佳能官网的介绍上还以“高性能AF”作为小标题。
老实说，近两年来发布的绝大多数无反相机，在对焦性能上都要强于1200D。
技术指数：
★（满分5分）
『产品解读之100D/600D』
600D发布于2011年2月，100D发布于2013年3月，它们都是佳能EOS数码单反相机的入门级产品。
两者的对焦系统基本相同：
中心点对应1组F5.6十字型传感器和1条F2.8横向线型传感器，其他8点对应F5.6线型传感器。
既保证了对18-55mm等入门级镜头的适应性，同时在搭配40mmF2.8、50mmF1.8等大光圈镜头时，中心点也有较好的合焦精度。
最低工作亮度方面，两款产品都是-0.5EV。
除了独立对焦模块外，100D在实时取景/短片拍摄时还可以使用HybridCMOSAFII混合对焦技术，这个我们放在无反相机对焦系统解读中另作介绍。
技术指数：
★☆（☆代表0.5分）
『产品解读之650D/700D/60D』
650D发布于2012年6月，700D发布于2013年3月，两者技术指标几乎完全相同，后者只在外形和功能细节上略有改进。
与前面提到的600D相比，650D/700D的一大升级在于采用了与前代中端机型60D（发布于2010年8月）相同的对焦系统。
与前面介绍的1200D、100D/600D相比，650D/700D/60D的可选对焦点虽然仍为9个，但精度方面却有了很大提升。
首先，所有对焦点均对应F5.6十字型传感器，在拍摄人像时也能放心使用周边点进行对焦构图。
其次，中心对焦点还具备1组F2.8十字型传感器，它与F5.6十字型传感器呈“米”字型交叉放置，可为大光圈镜头提供理想的合焦精度。
最后，画面中心上、中、下3个对焦点，在纵向上采用了“双线错置式”传感器，在大脱焦时能提供更快的检测速度。
按照ET的标准，单反相机到650D/700D/60D这个级别才能在拍摄运动对象时，具有优于主流无反相机的性能表现。
650D/700D的图像处理器升级为DIGIC5，理论上连续对焦算法会优于60D;而60D缩减了“对焦微调”功能，实在是一大遗憾。
技术指数：
★★☆
『产品解读之70D/7D』
7D发布于2009年9月，具备19个可选对焦点并率先提供组选对焦功能。
70D发布于2013年7月，与前者具有相同的对焦模块，只是精简了“定点自动对焦”和“自动对焦点扩展”两种选择模式。
单看规格与说明文字，7D/70D的对焦系统与650D/700D/60D是很相似的，只不过非中心对焦点增加至18个，总计具备19个可选对焦点。
但从官方给出的对焦系统示意图上，我们还是能看到7D/70D在中心区域上，横竖方向均增加了2条对焦传感器，所以理论上合焦精度、大脱焦时的检测能力更强一些。
从70D/7D开始，佳能开始配备AF微调功能，并且70D还可以针对变焦镜头的广角端、长焦端分别设定偏移量。
▲650D/700D/60D的对焦模块（左）与70D/7D的对焦模块（右）。
得益于处理器和对焦算法的升级，70D的连续追焦性能其实并不弱于7D。
另一方面，70D独有的DualPixelCMOSAF全像素双核AF技术也有令人惊艳的表现。
虽然这项技术目前还没有普及到无反相机上，但由于它属于感光元件AF技术，因此ET也放到后面的无反相机对焦系统解读中另作介绍。
TIPS：
3种对焦选择模式
定点自动对焦：
使用方法与普通的单点对焦相同，但检测区域更小，可以实现针对某一特定部位（如眼睛）的精确合焦。
当然，合焦成功率和合焦速度可能比普通单点对焦略低一些。
自动对焦点扩展：
在该模式下，相机会再连续对焦时自动开启周边对焦点辅助对焦，提高高速运动对象的锁定能力。
专业新闻机上通常会有多种扩展模式，沿水平方向运动的项目，比如跑步、自行车、赛车等，可以选择扩展左右方向对焦点;运动轨迹变化剧烈的项目，比如体操、跳水等，对焦点的扩展范围也可以适当扩大。
区域自动对焦（组选对焦）：
为了能够快速选择对焦区域，中高端相机通常会将对焦点进行分组，例如7D/70D的19个对焦点可以分为上、下、左、右、中共5组。
选定组后，相机会在组内自动选择对焦点进行对焦。
技术指数：
★★★☆
『产品解读之5D2』
ET的对焦系统解读文章已经升级过很多次了，基本上每次重新发布都是将5D2的对焦系统拖出来鞭笞一次。
5D2发布于2008年9月，是历史上最畅销也是最长寿的数码相机之一。
虽然备受用户青睐，但5D2的对焦系统确实如渣一样，技术指标其实并不比1200D好多少。
5D2具备9个可选对焦点和6个辅助对焦点。
可选对焦点中，中心点对应F5.6纵向传感器和F2.8横向传感器，其余8点对应F5.6纵向传感器。
这是一个相当失败的设计，在使用24-105mmF4LISUSM、70-200mmF4LUSM等镜头时，中心点仅以单线型方式工作;想要获得较好的合焦精度与速度，最好搭配F2.8或更大光圈的定焦镜头。
至于6个辅助对焦点，它们在取景器中看不到也不能手动选择，仅在ServoAF模式下才能工作。
考虑到5D2的定位和连拍速度，相信不会有太多用户使用它来记录体育运动照片。
技术指数：
★☆
『产品解读之6D』
6D发布于2012年9月，是佳能的新一代入门全画幅单反相机。
它的机身设计其实和60D相仿（还没有旋转屏），对焦系统虽然比5D2靠谱一些，但总体技术水平仍旧比较落后。
6D具备11个可选对焦点。
它在组成方式上与100D/600D相似，中心为F5.6十字型传感器+F2.8线型传感器，其余10个对焦点为F5.6线型传感器。
6D在对焦方面最突出的地方在于弱光对焦性能：
中心点支持-3EV（ISO100），其余点支持-0.5EV（ISO100）;而佳能绝大多数机型只有中心-0.5EV、其余点0.5EV的弱光对焦性能。
6D同样支持AF微调，可对变焦镜头的广角端、长焦端分别设定偏移量。
技术指标：
★★
『产品解读之5D3/EOS-1DX』
EOS-1DX发布于2011年10月，5D3发布于2012年3月，虽然他们已经不再是对焦点数量最多的单反相机（索尼A77II具备79个对焦点），但仍旧是目前对焦系统最先进的机型之一，具体表现在：
-全部对焦点均为可选对焦点，其中41点对应十字型传感器;
-中心点及上下各2点对应F5.6十字型+F2.8十字型的双十字型传感器;
-中心点支持-2EV（ISO100）工作亮度和F8光圈镜头自动对焦;
-21个对焦点对应F5.6十字型传感器;
-20个对焦点对应F5.6纵向传感器和F4横向传感器，后者同样达到F2.8传感器精度;
-20个对焦点对应F5.6纵向传感器;
-全部对焦传感器均为双线错置式;
-对焦覆盖范围达到19mm×8mm;
-AF微调可为变焦镜头的广角端、长焦端分别设置偏移量。
单反相机的对焦点与对焦传感器是多对一关系，大多数对焦模块上只有左、中、右三个区域。
尽管如此，5D3/EOS-1DX的这套对焦系统仍然非常复杂，技术水平领先于尼康的51点系统或索尼79点系统。
5D3具有与EOS-1DX相同的对焦系统，那么是否意味着它与EOS-1DX具有相同的对焦能力呢?
别YY了，佳能不会做这样良心的事情。
一方面，EOS-1DX具备先进的高像素RGB测光系统;另一方面，EOS-1D系列的对焦算法也更完整更先进。
总之，如果你只是拿来拍拍风光、拍拍普通人像，这两款产品似乎没有很大区别。
但在拍摄高速体育运动时，EOS-1DX绝对有甩开5D3几条街的表现。
技术指数：
★★★★★
『产品解读之D3200/D3300』
▲尼康Multi-CAM3500对焦系统
D3200发布于2012年4月，D3300发布于2014年1月，它们都采用了Multi-CAM1000对焦系统。
这套对焦系统最早出现在D80/D200上，中心点对应1组F5.6十字型传感器，其他10点对应F5.6线型传感器。
和佳能、索尼等厂商相比，尼康的对焦系统并不特别强调光圈，几乎所有对焦传感器都能是对应F5.6光束的。
技术指数：
★☆（☆代表0.5分）
『产品解读之D5200/D5300/D7000』
D5200发布于2012年11月，D5300发布于2013年10月，后者主要改进在于取消低通滤镜和增加内置Wi-Fi。
这两款机型均采用了Multi-CAM4800对焦系统，达到了前代中端机型D7000（发布于2010年9月）的水平。
和Multi-CAM1000相比，Multi-CAM4800的可选对焦点数量增加到了39个，并且中心9点均为十字型传感器。
十字点扎堆儿是尼康的老大难问题，特别是在人像拍摄时，边缘点的精度往往不能驾驭大光圈定焦镜头全开作业。
得益于图像处理器和对焦算法的升级，D5200/D5300的追焦性能有所提升;但D7000仍然有着中端机的尊严“AF微调”功能。
技术指数：
★★☆
『产品解读之D600/D610/Df』
D600/D610/Df同样采用的是Multi-CAM4800对焦系统，只不过有33个对焦点兼容F5.6-F8光圈对焦，7个对焦点兼容F8光圈对焦。
其实尼康几乎所有机器的所有对焦点都可以搭配F8光圈镜头使用（比如70-200mmF4配2x增距镜），明确标注的这几个点只是保证任何条件下均可用而已。
虽然对焦点数量不够多，但从实际拍摄情况看，D600/D610/Df的对焦速度和连续追焦系性能其实要强于D300系列/D700/D3系列。
技术指数：
★★☆
▲D600与6D的对焦系统对比。
『产品解读之D7100/D800系列/D4系列』
尼康目前中高端机型所使用的对焦系统仍旧为Multi-CAM3500，对焦点数量为51个，中心15点为十字型传感器。
虽然型号上与D3系列/D700/D300系列的对焦系统相同，但新一代机型的最低工作亮度达到了-2EV，并且部分对焦点明确支持F8光圈对焦。
D7100支持F8光圈的对焦点比D800系列/D4系列少一些，但总体上差异不大。
而D4S与D4相比只是增加了组对焦功能，没有实质上的变化。
技术指数：
★★★★
对比佳能、尼康同级别产品的对焦性能，ET认为：
-D3200/D3300与1200D/100D/600D基本持平;
-D5200/D5300/D7000略好于650D/700D/60D;
-D7100与70D互有优势;
-D600/D610/Df优于6D;
-D800系列/D4系列弱于5D3/1DX。
『产品解读之索尼LA-EA2/LA-EA4/A58』
目前，索尼可换镜头相机业务的重心是E卡口系统，而A卡口单反/单电相机的在售产品列表只剩下A99、A77II、A77和A58四款产品（相信A77也很快会下架）。
A58发布于2013年2月，是A37和A57的共同后续机型，实际定位低于A57。
它的对焦系统包含有15个对焦点，其中画面中心上、中、下三点为十字型，所有对焦传感器均对应F5.6光圈。
▲索尼A99的双重相位对焦系统示意图
得益于半透镜技术，A卡口单电相机在拍摄视频时也能进行高速相位对焦，优于除佳能70D以外的其他单反相机。
但或许是索尼对半透镜技术太过自信，因此所有A卡口单电相机都不提供对比度检测AF功能。
当被摄对象脱离画面中心位置的时候，对焦就会变得较为困难。
LA-EA2和LA-EA4是索尼的A卡口镜头转E卡口机身转接环，它们同样配备半透镜技术，能让绝大多数A卡口镜头实现自动对焦（增距镜和STF除外）。
规格上，LA-EA2/LA-EA4都是15个对焦点（含3个十字点），主要区别在于后者支持全画幅机身（即A7系列和VG900）。
索尼的这套15点对焦系统是为入门级APS-C画幅产品开发的，放在全画幅的机身上，覆盖范围着实可怜。
在搭配LA-EA2/LA-EA4时，索尼无反相机可以设定AF微调功能。
技术指数：
★★（满分5分）
『产品解读之索尼A77/A99』
A77发布于2011年8月，A99发布于2012年9月。
虽然两者画幅并不相同（A77是APS-C画幅、A99是35mm全画幅），但它们的独立相位对焦模块是完全一样的，具备19个对焦点（含11个十字点）。
这套对焦系统可以被看做是15点对焦系统的加强版，主要加强了画面左右区域的合焦能力。
在A77发布之时，ET对于这套19点对焦系统还是赞誉有加的，毕竟对焦一直是索尼单反/单电相机的短板。
但同样的系统出现在A99上就是一件让人很难接受的事情，19个对焦点完全集中在画面中心区域，主体稍稍偏离一些就很难进行对焦。
其实尼康D600/D610、佳能6D也有类似的问题，但它们至少保留了对比度检测对焦功能，可在实时取景下对画面任意位置进行对焦。
而在这方面，索尼单电用户就只能学会“先对焦再构图”了。
有朋友该说了，A99不是还有一个102点双重相位对焦技术吗?
不是还有一个AF-D对焦模式吗?
关于这项技术，ET曾单独撰文分析，简答来说就是基本不具实用价值。
主要原因是：
这102个点位于CMOS上，本质上与无反相机的混合对焦技术相同;它们仅在AF-D模式下工作，作用是辅助检测被摄对象，不能手动选择并用于合焦;最后，只有24-70mmF2.8ZASSM、28-75mmF2.8SAM、50mmF1.4、50mmF1.4ZA、70-400mmF4-5.6GSSM（1代和2代）、300mmF2.8GSSM（2代）和500mmF4GSSM等少数镜头可以开启AF-D功能。
▲A77/A99的19点相位对焦模块。
技术指数：
★★★
『产品解读之索尼A77II』
日前（2014年5月1日），索尼发布了A77的后续产品A77II，在对焦系统方面有了巨大提升，具体表现在：
-可选对焦点从19点提升至79点，覆盖面积达到APS-C画幅约40%;
-十字型对焦点从11个增加至15个;
-中心点对应F2.8光圈（多一条F2.8纵向传感器）;
-最低工作亮度从-1EV提升至-2EV;
-新增组选对焦，对焦灵敏度调节等设定。
通过发布会现场的简单试用，ET认为A77II的对焦系统在静态对焦能力方面基本达到尼康D7100的水平，而动态追焦方面的水平还需要更多实际拍摄来检验。
单电相机的优势是反光板无需起落，它的对焦模块位于半透镜的斜上方，理论上更容易扩大对焦覆盖面积，提升对焦性能。
从2009年的A33/A55到今天的A77II，索尼终于拿出一款能发挥单电结构优势的产品了。
▲A77II的79点相位对焦模块。
技术指数：
★★★★（暂定）
『产品解读之宾得K-30/K-50/645D』
2003年2月，宾得推出了*ist胶片单反相机。
这款产品搭载了SAFOXVIII对焦系统，具备11个对焦点（含9个十字点），是宾得首款可选对焦点的多点对焦相机（之前有多个对焦点但只能自动选择）。
虽然有9个十字型对焦点，但速度和准确度并不令人满意。
坊间传闻，宾得负责对焦系统的团队后来跳槽到尼康，所以尼康Multi-CAM2000对焦系统（D2/D200系列使用）在对焦点数量、十字点数量和分布方式上都与SAFOXVIII非常相似。
支持这一说法的另一证据则是宾得单反相机的对焦系统在此后很长时间里都没有实质性的提升。
K-30/K-50/K5/645D所使用的对焦系统是SAFOXIX+。
根据官方新闻稿的文字，SAFOXIX+的主要提升在于提升准确性，增加对焦/拍摄优先选项。
或许你会觉得645D用APS-C的对焦系统简直是令人发指，但事实上，其他中画幅单反的对焦性能其实更为孱弱。
值得称赞的是，宾得即使是最入门级的产品也有AF微调功能。
技术指数：
★★☆（☆代表0.5分）
『产品解读之宾得K-5II/K-5IIs』
2012年，宾得发布了K-5的升级版K-5II/K-5IIs，采用了SAFOXX自动对焦系统。
这套系统的对焦点仍为11个，但中心点识别精度提升至F2.8，最低工作亮度达到-3EV，并且支持区域对焦扩展功能。
其中，K-5IIs取消了低通滤镜，能够提供更好的细节表现力。
技术指数：
★★★（☆代表0.5分）
『产品解读之宾得K-3/645Z』
无论是佳能、尼康还是索尼、奥林巴斯，都无法容忍自己产品的对焦系统10年没有实质意义上的提升。
但对于饱受经济条件困扰的宾得而言，生存下去已经成为第一目标。
在经历了从宾得到HOYA，从HOYA到宾得理光，从宾得理光到理光的一步步改变后，PENTAX单反相机终于有了一些新的变化。
搭载SAFOX11对焦系统的K-3于2013年10月正式登场。
SAFOX11具备27个可选对焦点，其中中央区域5×5点为十字型传感器。
中心点及上下两点对应F2.8光圈，同时最低工作亮度也达到了-3EV。
值得强调的是，K-3还是首款搭载高像素RGB测光模块（8.6万像素）的APS-C画幅单反相机，理论上具有更好的连续追焦锁定能力。
事实如何呢?
可能要镜头群更新后才能做出准确判断。
目前PENTAX原厂镜头中带有超声波马达的数量非常有限，并且对焦马达技术也较为落后，成为制约整个相机系统对焦性能的短板。
▲PENTAXK-3的对焦模块。
技术指数：
★★★☆
『对焦检测方式』
最常见的对焦检测方式有两种：
对比度检测对焦，其核心在于“试”，即通过尝试一段距离内的所有位置，将画面反差最高的那一点确定为合焦位置。
相位检测对焦，其核心在于分析入射光线，计算出被摄物体的方向和距离，进而驱动镜片移动完成对焦。
▲索尼A7混合对焦技术示意图
对比度检测对焦是由感光元件本身完成的，并不需要额外部件;而在过去很长一段时间里，相位检测必须依赖于特定光路与独立对焦模块。
2010年，富士F300EXR率先通过感光元件实现了相位检测功能，从而带给我们第三种选择：
相位/对比度混合对焦。
『什么是混合对焦?
』
混合对焦是一项基于感光元件的对焦技术，它结合了对比度检测与相位检测两者的优势，既保证了对焦速度又提高了对焦精度。
目前，混合对焦技术已经广泛应用于单反相机、无反相机、便携相机乃至手机上，市售产品包括：
佳能：
EOSM/M2、100D/650D/700
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