修仙最高境界是什么:AF系统：一些与自动对焦有关的新概念

一些与自动对焦有关的新概念

衡量一个AF系统优劣的标准，可归纳成四个字：快、准、广、宽。

快 —— 指AF速度要高，尽量能做到"即对即准"，既使被摄体位置发生变化时，AF系统亦能尽快地跟随。AF速度的高低与AF检测装置的灵敏度及AF马达的性能有关；

准 —— 指对焦的精度要高。由于是一个闭环控制系统，相位检测式被动型AF系统的精度都能满足静止物体拍摄的要求。但对于动体拍摄，因为焦点距离常常处于不定状态，对焦精度就有所不同，此时，焦点预测AF方式是一种较好的解决办法；

广 —— 指AF检测范围要广，能在低暗和高亮的环境下仍能正常地自动对焦，这一指标与AF检测模块的性能有关；

宽 —— 指AF区域的大小，AF区域愈宽，自动对焦的操作也就愈容易，而且还能对不在画面中央的被摄体自动对焦。在这一节中我们将给出这些指标及有关概念的详细解释。

我们知道，任何事物都不是完美的，所以所有的AF单反机都设有手动对焦(含电动对焦)方式，以弥补自动对焦的弱点和满足一些特定场合的需要。

由于AF照相机对于国内许多摄影爱好者是较为陌生的，既使接触过，有些也存在着一些不正确的观念。无论从外形、操作性或工作原理，AF照相机均与手动对焦照相机有很大的差别，从而产生了许多新的概念，下面一一进行介绍。

自动对焦系统的启动

自动对焦系统的启动有下列几种方式：

1、手启动：

这是最早出现、也是最为常见的启动方式。绝大部分AF照相机的AF系统启动钮都是与快门释放钮共用的。快门释放钮的作用是多重的，而且其行程分成两段。按下一半快门释放钮则启动AF系统和测光系统，待自动对焦完毕后，全部按下快门释放钮则是释放快门。对于首次使用AF照相机、尤其是习惯于使用手动对焦照相机的人来说，这个所谓的"一半" 就比较难控制了，一般要经过几次练习后才能熟悉。不同厂家的相机，这"一半"的行程亦不一样。有些行程长些，就容易控制；有些行程短。就难以掌握其分寸。为了保证对焦准确，在AF单反机上都设有焦点优先工作方式，即在对焦未准确时，快门是不能释放的。这种焦点与快门释放之间的闭锁方式是手动对焦单反机所没有的。

AF系统手启动方式

2、眼启动：

由于手启动方式具有上述使用不太方便的缺陷，解决的办法是单独设立一个启动自动对焦系统的装置。如果另外设一个类似于按钮的启动机构，在操作相机时就有可能手忙脚乱。较好的办法是在相机取景目镜下方装有红外线发射器和接收器，只要操作者将相机举起来取景时，红外线接收器收到返回的信号，立即启动AF系统进行自动对焦。眼启动方式除了启动AF系统外，还启动了测光系统和自动变焦构图方式。因而在拍摄者刚举起相机时，相机就已经完成了对焦、测光和构图等对摄影来说是最基本的工作，基本上做到了举起即拍，也能得到令人较为满意的照片，尤其适合于抓拍.眼启动方式最早见于1990年推出的美能达混合相机Minolta Riva Zoom 105i上。由于这一启动方式所基于的是反射原理，如果相机的电源未关就放入袋子内，相机的AF系统有可能仍在工作。后来Minolta对这种方式加以改进，在相机的握持手柄处加上一个触摸式开关，只有握持相机时，眼启动电路才带电；稍后继续改进，增加了开关，可以永久地关闭眼启动模式。这种改进了的眼启动系统装入了后来的系列单反机和Riva系列AF变焦袖珍相机中。

图 2-17  眼启动方式示意图

3、眼睛控制对焦：

在后来出现的多组测距组件的AF系统中，由于有多个测距组件，相应地就有多个测距点。AF系统启动之后，究竟以画面中的哪一点作为对焦点呢? 许多早期采用多组测距组件的相机，如Canon EOS 10、Minolta Dynax 7xi 和Konica Aiborg等，是采用手动选择对焦点的。但在快速的拍摄中，总是靠手来控制各种功能，有时会感到较紧张。相比之下，人的眼睛就要清闲多了，眼睛的作用只是监视取景画面和阅读各种显示参数。如果用眼睛来代替手进行AF区域选择，那么手的工作量就要少得多了。眼睛控制AF方式首次出现在佳能于1992年11月推出的Canon EOS 5上。它的眼睛控制对焦方式的原理是在取景框内装有一个红外线发光二极管，它能向人的眼睛发光，照相机内的传感器分析了眼球反射光线后，就判断出眼睛所正盯着画面的位置，然后从5个对焦点中选出与眼睛直视的位置最为接近的一个，并对该点进行对焦。这样大大地减少了手的工作量，使手从繁忙的操作中解决出来。5个对焦点中选出与眼睛直视的位置最为接近的一个，并对该点进行对焦。这样大大地减少了手的工作量，使手从繁忙地操作中解放出来。

自动对焦区域

在AF单反机中，AF区域的大小是一项重要的指标，它取决于测距组件的大小、组数和排列方式。对焦区域愈大，则在操作时就更容易对焦；区域小，在拍摄动体是会困难些，动体一旦移出对焦框外，照相机可能就会对焦在被摄体后面或前面的景物上。

在手动对焦单反机中，检查对焦情况的常用手段是通过裂像来观察是否对焦准确，当上下两部分的裂像重合成一个图像时，则表示对焦准确了。而在AF单反机中，对焦的操作完全由相机来完成，不需要人眼来检查对焦是否准确，此时对焦屏已经从原来的取景和对焦验证的作用简化成只有取景的作用。但是究竟应该以对焦屏上的哪一部分来对准被摄主体呢? 所以在AF单反机中，原有的手动对焦裂像的位置由一个小矩形方框(简称对焦框)来代替 (在可更换对焦屏的相机中，当然还可以换上有裂像的对焦屏，但不是厂家的标准配置)，也是在对焦屏的中央。这时的对焦屏是全磨砂毛玻璃(菲涅尔透镜型)。对焦屏中央对焦框的大小就表示了AF区域的大小，相机不能以AF区域以外的目标进行自动对焦。

在自动对焦时，要将对焦框对准被摄体，然后启动自动对焦，相机以对焦框内的景物为准进行对焦。虽然在操作上和视觉上与手动对焦单反机不太一样，但在自动对焦过程中，由于对焦屏是全磨砂毛玻璃，若对焦不准时，整个画面的图像是不清晰的，这与手动对焦单反机的对焦屏裂像与微棱环以外的部分是一样的，若把对焦框看成是常规的裂像，就不难理解其含义了。

扩大AF区域的办法之一是扩大相位检测装置中感光元件的面积，即增加感光元件的排列数量。但事物总是一分为二的，采用上述办法来扩大AF区域有一个致命的弱点，即在对焦区域内的景物前后距离可能不一致时，从而会使对焦精度下降。当对焦区域小时，所对准的位置相当于一个点，对焦精度就高。如何解决这一矛盾呢? 较完美的办法是采用多组测距组件。下面我们来分析各种测距组件排列方式的优缺点。

测距组件的排列方式有下列几种：

(1) 单组水平方向排列：这在早期AF单反机中是常见的。如Canon EOS 650/620和EOS 850/750、Minolta α7000、α9000、α5000、Nikon F-501、Pentax SFX和SF7、Olympus OM-707等。这种排列方式只能检测纵向图案，对水平方向的图案无能为力，与手动对焦单反机中的水平方向布置的裂像装置一样。解决的办法是将相机转动90度进行对焦，锁定焦点，然后转回90度进行构图拍摄。排列方式见图2-18(a)；

(2) 单组横向但元件对角线排列：见于Nikon AF单反机中使用的AM200测距模块。整个测距组件为水平排列，但组件内的CCD是按倾斜排列的，与倾斜的裂像装置一样，能方便地检测纵横向图案；

(3) 十字交叉排列： 见于Canon EOS-1、EOS 10、EOS 5和Nikon F90等。整个测距组件仍是水平排列，但组件内的感光元件是按十字交叉排列。Canon EOS-1在水平方向采用了两组线形排列的47位BASIS，垂直方向则采用两组29位的BASIS，分别接收来自水平和垂直方向的成像光束；Nikon F90在水平方向采用了两组共172个和垂直方向两组共74个CCD元件。排列方式见图 2-18(b)；

(4) 多组纵横排列：最早见于Minolta Dynax 7000i，采用了三组测距组件，其排列方式见图 2-18(c)。中间一组检测纵向图案，而旁边的两组垂直排列的测距组件则用来检测横向图案。这三组测距组件的工作方式是自动切换的。比如说，被摄体位于最左边一组测距组件的测量范围之内，而另外两组的测距值均大于左边一组的值，则以左边一组的的目标进行对焦，这种排列方式的优点是扩大了AF区域，所以 Dynax 7000i的AF区域是早期AF单反机的12倍。多组纵横排列的另一个优点是可以拍摄以被摄主体为对焦点、但被摄主体是偏离画面中心的照片。必要时，还可以选择中间一组来实现更精细的对焦。测距组件的多组排列方式与主动型AF系统的多束红外线测距的作用类似。

多组纵横排列方式后来也在Canon EOS 10上采用，而且更进了一步。中间一组测距组件同上述(3)，旁边两组则是纵向排列。EOS 10的三组测距组件可以由摄影者随意选择，也可以由照相机自动选择.排列方式见图 2-18(e)。1992年11月推出的Canon EOS 5采用了五个测距组件，按横向排列，比EOS 10的多了两个，中间一个仍是十字交叉型，旁边四个则是纵向排列，也是可以由摄影者任意选择，不过这时不是用手来选择，而是用眼睛来选择。拍摄者只要将眼睛盯住所要对焦的位置，相机会自动选择最近的一个测距组件，因此更符合人体工程学，排列方式见图2-18(f)。

1991年6月出现的Minolta Dynax 7xi更上一层楼，采用了四组测距组件，其排列方式见图2-18(d)，整个AF区域达整个画面的12.5%。Dynax 7xi像EOS 10一样，可以自动地或由摄影者来选择测距组件，而且在纵向拍摄时，第四组测距组件会自动关闭。

后来出现了更多测距组件的AF系统，详见【几种新型对焦点排列对比】

 图 2-18 测距组件排列示意图

前三种排列方式的AF区域大小都差不多，至目前为止，最为理想的是多组纵横排列方式。这种做法除了扩大AF区域外，还能更容易地拍摄动体。但更为重要的是与测光系统联动，使自动曝光能更符合拍摄者的意图；也只有采用多组测距组件纵横排列才能实现自动变焦构图和影像大小锁定。

自动对焦焦点锁定

由于自动对焦的对焦框在对焦屏的中央，在拍摄时都是要求被摄主体清晰，所以在自动对焦时应以被摄主体来对焦。在拍摄被摄主体不在画面中央的照片时，若直接构图后才对焦，被摄主体因不在中央位置，而被摄主体与背景又是一前一后时，有可能焦点不在被摄主体，而在背景上。若景深不够时，被摄主体就会模糊不清。

解决这一问题的办法是焦点锁定。当对焦准确后，按动某个按钮，无论怎样移动相机，机内的AF系统均停止工作，镜头不会再对焦了。焦点锁定相当于暂时切断(关闭)AF系统。

焦点锁定有两种方法，一种是与自动对焦启动钮共用，如在单次AF方式中，半按下快门释放钮时，不松手就能将焦点锁定；一种是有专用的按钮，要按下专用按钮才能将焦点锁定。

除了在机身上进行焦点锁定之外，有一些镜头也设有独立的焦点锁定按钮，如美能达一些新型AF镜头和xi系列镜头。

   图 2-19 焦点锁定图例

焦点锁定是很重要的一个功能。在使用时尤其要注意其操作顺序，即先以被摄主体进行自动对焦，待焦点对准后，将焦点锁定，然后再重新构图拍摄。现在的AF单反机和AF袖珍相机全部都有焦点锁定功能。

自动对焦检测范围

AF检测范围即指AF检测模块对被摄画面亮度敏感的范围。这个问题对于主动型AF系统来说是不存在的，它只是专门针对被动型AF系统而言的。现在的AF单反机的AF检测系统全是相位检测型的，它要求对焦点处有足够的亮度和反差。当对焦点处太亮或太暗，或者根本无反差(如一面白色的墙壁)时，AF系统会失灵。所以在对焦时，应尽量将对焦框对准反差较大的位置。

有不少刚接触AF单反机不久的朋友，将相机对着不合适的地方对焦，发现照相机的镜头来回不断地转动，无法对焦，就因此得出AF单反机不好用的结论，其实这是不客观的。问题出在对焦的地方亮度超出了AF系统的检测范围或者反差不够，设想一下，在这种场合下，用手动对焦照相机也无法正确地对焦，只能通过目测距离来大致设定镜头上的焦点距离。对于AF单反机来说，此时也要改成手动对焦方式来完成对焦。只要使用方法得当，自动对焦肯定比手动对焦要好用得多。

AF检测范围是AF单反机的一项很重要的指标。早期的AF单反机的检测范围在 EV2～EV18之间 (ISO 100)；而第二代AF单反机，一般都将检测范围扩充至EV0～EV20(ISO 100)。Nikon F4首先实破了最低限度，达EV-1，此时的曝光量等于f/1.4光圈和4秒的曝光时间，可见其性能是很优越的。后来Canon EOS-1和Minolta Dynax 7xi也达到了该最低限。

当环境亮度低于检测范围低限时，可以利用机身或闪光灯上的AF照明器来辅助对焦；当环境亮度高于检测范围的高限时，可在镜头前加入中灰密度滤光镜来减少进入镜头的光线，以便正确地自动对焦。

由于被动型AF系统具有一些不足，最为理想的办法是主动型与被动型相结合的AF系统，相互取长补短，可以减少对AF照明器的依赖性。这样的双重型式的AF系统最早见于企能1991年推出的Chinon GENESIS III混合相机。

自动对焦速度

AF速度也是考核AF单反机的一项重要指标。AF速度慢，就不能及时地反映出被摄主体的位置，因此，提高AF速度一直是各厂家不断追求的。早期的产品如美能达α7000、尼康F-501和奥林巴斯OM-707等，其AF速度是比较慢的。其测试方法大致为：对于某一支镜头，以从最短对焦处转至无穷远处所用的时间来衡量。

影响AF速度的因素有两个：AF检测模块的灵敏度和AF马达的特性。任何一个存在不足都会影响整机的AF速度。

对于机身驱动型的单反机来说，由于用同一个对焦马达来带动各种规格的镜头，所以不同的镜头其对焦速度也不一样，如最初的Minolta α7000配用AF 35～70/4的变焦镜头，从1m处转到无穷远需要用0.45s，而配用AF 70～210/4变焦镜头，从1.1m转动无穷远则需要1.2s。

而对于Canon EOS系列的AF单反机来说，由于AF马达是装在镜头内(镜头驱动型)，佳能的设计师在设计不同的镜头时就考虑了镜头大小不同而选用相应的AF马达，所以各支镜头的AF速度差别不大。由于AF马达装在镜头上，机械传动路径要比机身驱动型的短，所以总体AF速度要高于机身驱动型相机。

另外，AF速度还与被摄体的亮度和反差有关.如果亮度低(但仍在检测范围之内) 和反差较弱时，AF速度要下降。由于AF马达是由电池供电的，电池的新旧也会直接影响AF速度的.

第二代AF单反机的对焦速度明显高于早期的AF单反机，主要是在微电机技术上取得了很大的进步，加上改进AF检测装置的灵敏度，操作者基本上能做到即对即准。如Minolta Dynax 7000i配用AF 35～105/3.5-4.5变焦镜头时，从0.85米转动到无穷远时只用0.14s。

提高AF速度一直是各生产厂家所追求的目标。除了提高AF检测模块的灵敏度、增加AF马达的转矩外，另一种办法是缩短镜头转动的角度，缩短自动对焦时间，相对来说提高了AF速度。例如一支70～210的镜头，对焦范围为1.2m～∞，假设从1.2m转至3m与从3m转至∞的角度大致相等(实际有许多镜头就是这样)。镜头从3m转至∞的时间显然要比从1.2m转至∞的要短，所以相对提高了近一倍的AF速度。因此，有不少长焦距镜头上都设有对焦区间选择，如Canon EF 400/2.8L的全程对焦范围为4m～∞，上面设有4～9.5m和9.5m～∞两个区间。只要事先知道拍摄距离(如拍摄体育比赛)，选择其中一个区间就行了。

现行做法都是在镜头上设置对焦区间选择，而有些相机(如Yashica 270AF和300AF)则将这种选择设置在机身上，不论使用何种镜头，都可以由用户选择对焦区间，如近距离区间为最近对焦距离(依不同镜头而变)至3m；远距离区间为3m～∞。

单次自动对焦方式(单次AF)

该方式是AF照相机中最为常见的一种对焦方式。几乎每架AF单反机(除了Minolta α9000外)均设有该方式。其工作过程是通过半按快门释放钮来启动，在焦点未对准前，对焦过程一直在继续；一旦焦点对准(投焦)后，只要不松开快门释放钮，镜头上的焦点随即锁定，照相机上的AF系统也停止了工作，镜头不再转动；在这以后，若被摄物移动了，镜头上的焦点再也无法改变。如果要重新对焦，则需要松开快门释放钮重新启动另一次自动对焦过程。简言之，一旦对焦准确后，自动对焦过程即告结束。

所有相机的单次AF方式都是按焦点优先来工作的，这样能保证每次拍摄都能得到清晰的照片。但要注意，焦点优先方式并不是单次AF所独有的。

在日常普通摄影，尤其是拍摄静止不动的物体时，如风景、团体合影、微距摄影等，单次AF是最合适的方式。因为对焦完毕后，焦点会自动锁定，只要按住快门释放钮不放，就可以重新构图来拍摄。但在快速多变的场合，如体育或新闻摄影，单次AF显得力不从心，其原因在于该方式不能跟踪焦点的变化。如果照相机上只有这一种AF方式，在拍摄动体时，一般要切换成手动对焦方式来人工调节焦点，否则会失掉很多精彩的画面。目前单次AF已成为AF单反机的标准对焦方式之一。

由于AF单反机在我国尚未普及，对新出现名词的翻译也是五花八门。"单次AF"还有其他的译名，如"一次拍摄AF"、"单格AF"、"单张推进AF"、 "单幅AF"等，其含义大多与胶卷进片方式混为一谈，这些主要是对英文字眼直译而造成的(Single shot)。实际上，单次AF方式也可以与胶卷连续进片方式共存，即若照相机上只有单次AF方式，但也具有连续进片方式时，可以将胶卷进片方式置成连续，照相机仍能工作。所以"单次AF"能比较准确地表达出这种AF方式的涵义。

这里需要指出的是，当单次AF与连续进片方式相结合使用时，有两种不同的情况。一是焦点锁定，每幅照片之间已经不能自动对焦，整个拍摄过程(顺序)只是完成了一次自动对焦，只是以一个对焦距离来拍摄；二是焦点不锁定，每幅照片之间仍是以焦点优先来工作，如果拍摄时被摄体是移动的，则每次拍摄都要对焦完毕后才能按下快门释放钮，有点像后面要提到的连续自动对焦方式，对于拍摄一个移动速度不快的物体还是有一定好处的。

连续自动对焦方式(连续AF)

由于单次AF方式不能跟踪动体，自然而然地就产生了连续AF方式。该方式与单次AF的差别在于，对焦准确后，AF系统并未停止工作，焦点也未被锁定。若被摄体移动并偏离原来的焦点时，AF系统仍能调节镜头上的焦点，镜头继续转动。只要将相机的对焦框始终对准被摄体，AF系统会不断地跟踪被摄体焦点的变化。连续AF的启动方法与单次AF的相同，也是半按下快门释放钮。

在连续AF方式下，快门释放是可以按焦点优先方式来工作，也可以不是焦点优先的。无论是否聚好焦，都能释放快门，这种工作方式称为释放优先方式(或称快门优先方式)。如Minolta α9000和Nikon的许多AF单反机(除F-601)等在连续AF下是不按焦点优先方式来工作的，不论焦点是否对准，只要全按下快门释放钮，均能开启快门。所以这种AF方式对于拍摄动体时就方便了，可以及时地捕捉到重要的画面。也许读者会问，既然对焦未准确，拍出来的照片岂不是模糊的? 还有什么用呢？实际上，虽然尚未对焦准确，但因AF系统一直在工作，如果被摄体的运动方向不是快速变更的话，镜头上的焦点离实际的焦点是差别不大的，如果光圈设置得比较小，有一定的景深，这时尽管对焦不准确，拍出来的大部分照片还是有可用的。许多新闻摄影记者在工作时，所拍出来的照片中也会有对焦不准的，如果每次拍摄时都要完全聚好焦，也许精彩的画面已不复存在。由于新一代AF单反机的AF速度比旧的AF单反机快得多，因此在拍摄动体时，合焦的概率是很高的。

对于按释放优先方式工作的连续AF方式，一般都有另外一个单独的焦点锁定按钮(除Minolta α9000外)，有些是在镜头上有单独的焦点锁定钮。当对焦准确时，可将焦点锁定，进行重新构图拍摄。如Nikon的大部分AF单反机上都有专用的焦点锁定按钮。

许多相机在连续AF和连续进片方式共同使用时，每拍摄一幅照片就调整一次焦点，即在照片与照片之间仍然是能够自动对焦的，但进片速度要低些。例如Canon EOS 10，当工作在单次AF和连续进片方式，最高的拍摄速度可达每秒5张；而在连续AF和连续进片方式下，只能每秒拍摄3张，这是因为每张之间都要加上对焦的时间。

在AF单反机中，当连续进片方式与连续AF方式相结合工作时，其关系是比较微妙的。在日常摄影中，这种微妙关系并不明显地表露出来，可以不用管它；但在连续拍摄高速运动的物体时，这一关系会明显表现出来，占据着举足轻重的地位。

当连续进片与连续AF一同时用时，可以有两种工作状态。一种是每张之间都进行自动对焦，即在每张之间的空隙时间内，AF系统仍在工作；第二种则是完全按释放优先方式工作。显然，第一种状态的进片速度要低于第二种状态；但在第二种状态下，虽然进片速度高，但最终照片的合焦率不能得到保证，反而会白白浪费胶卷。

我们来看一组数据。假设用200mm的镜头拍摄迎面而来的动体(如短跑比赛)，动体的平均速度为8m/s(大致相当于跑100m用12.5s)；又假设相机的进片速度为5fps，镜头光圈为f/5.6(即使用普通的70～210mm变焦镜头)，照片的允许弥散圆直径取0.033mm。若拍摄第一张时的对焦距离为15m，由于在每张之间不再进行自动对焦，所以这一距离不会改变。此时胶卷平面至前后清晰范围最近点和最远点的距离分别为13.57m和16.76m。由于进片速度为5fps，故在0.2s之后拍摄第二张。而在0.2s内动体向前移动了1.6m，到达了13.4m处，此时已超出了景深范围；而第三张所拍摄的动体是在11.8m处。也就是说，除了第一张是清晰的之外，其余各张均是不够清晰、甚至是模糊的。

综上所述，摄影者要熟悉所使用的AF单反机的特性，否则在关键时刻达不到所设想的结果。

由于Canon EOS相机上将连续AF方式称为"Servo"，故"连续AF"亦有译成"伺服AF"。

智能化自动对焦方式

从理论上讲，一架AF照相机同时具有单次和连续AF方式，就能应付各种拍摄场合了，但在实际拍摄时，有时情况变化很突然，如果拍摄者根据被摄体的运动情况去手动地切换AF方式，弄不好会错失良机。因此产生了一种新型的AF方式——智能化AF方式，首次出现在Minolta Dynax 7000i上；在Canon EOS系列相机上称为"AI"(Auto Intelligence，自动智能化)方式。

这种方式是将单次AF和连续AF方式合起来，由照相机根据被摄体的速度来自动地选择AF方式。照相机内的测距组件一直不断地测量AF区域内的影像，当被摄体是静不动的，自动选择单次AF方式；当被摄体一旦运动起来，则自动地选择连续AF方式，这种工作方式也称自动选择AF方式。这种方式能大大地改善相机的操作性，拍摄者根本不用切换AF方式，只要专心拍摄就行了。