這是〖星球漫游〗第六十八篇原創(chuàng)內(nèi)容——愛攝影工社出品
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一、自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)的歷史
▲美能達(dá)α7000
20世紀(jì)80年代初期是傳統(tǒng)手動(dòng)對(duì)焦（MF）相機(jī)向自動(dòng)對(duì)焦（AF）相機(jī)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)刻。實(shí)際上，自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)的萌芽出現(xiàn)在德國，后來在美國取得了技術(shù)上的突破。但是這項(xiàng)技術(shù)剛剛出現(xiàn)時(shí)，它的效果并不理想，許多傳統(tǒng)手動(dòng)對(duì)焦相機(jī)廠家如康泰時(shí)甚至在開始忽視了自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)的發(fā)展。不過日本的許多廠家很有先見之明，它們預(yù)見AF技術(shù)一定會(huì)取代MF技術(shù)因此加緊研發(fā)。
其中最早成功的廠家是美能達(dá)（Minolta），它為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)全面放棄了老的卡口結(jié)構(gòu)，推出了一臺(tái)著名的相機(jī)——α7000。作為世界上第一臺(tái)成功的商用自動(dòng)對(duì)焦單反相機(jī)，它不但性能不錯(cuò)而且價(jià)格合理，在當(dāng)時(shí)可以說是創(chuàng)世之作。1985年，在α7000發(fā)布的短短半年內(nèi)它的銷量就突破了50萬臺(tái)，從而使當(dāng)年美能達(dá)照相機(jī)的銷量超過了連續(xù)8年保持第一的佳能公司。自此開始，自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的大幕拉開了。
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二、早期自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)代表廠家
1）超聲波AF和眼控對(duì)焦技術(shù)—佳能(Canon)
▲佳能鏡頭上的AF/MF控制按鍵
美能達(dá)推出α7000，首當(dāng)其沖沖擊的是手動(dòng)對(duì)焦相機(jī)大廠佳能。在此之前，佳能已經(jīng)是世界上最大的35mm相機(jī)生產(chǎn)廠家了。當(dāng)然，佳能不會(huì)甘心在新技術(shù)的競(jìng)賽中輕易失敗，因此僅僅在α7000發(fā)布2個(gè)月之后，佳能就推出了FD卡口的T80相機(jī)，搭配三只AC系列AF鏡頭，緊接著又在1986年推出了T系列的頂級(jí)相機(jī)T90。但是當(dāng)時(shí)由于T80相機(jī)的售價(jià)過高，并且性能也不比α7000優(yōu)越，在與美能達(dá)的競(jìng)爭(zhēng)中幾乎是一敗涂地，而T90在當(dāng)時(shí)也沒有得到佳能所期望的成功。
▲佳能第一款自動(dòng)對(duì)焦相機(jī)T80
于是，痛定思痛的佳能做出了一個(gè)驚人的決定——放棄已經(jīng)使用近三十年的FD卡口，使用全新的EF卡口。這個(gè)決定意味著佳能原有的、龐大的FD卡口鏡頭群以及所有的F-1N、A系列和T系列相機(jī)和附件都無法與新的相機(jī)兼容。
▲佳能EOS-650單反相機(jī)，可以清楚地看見卡口上的電子觸點(diǎn)
1987年3月，孤注一擲的佳能公司推出了全新的EOS系列相機(jī)中的第一臺(tái)相機(jī)：AF單反相機(jī)EOS-650。EOS意為“電子光學(xué)系統(tǒng)”（Electronic Optical System）, EOS-650很好地表現(xiàn)了這個(gè)名稱的特質(zhì)，它采用了當(dāng)時(shí)全新的EF系列全電子信息傳遞卡口，取消了所有機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置，只依靠八個(gè)電子觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)機(jī)身與鏡頭之間的信息交換。每支EF鏡頭內(nèi)均有兩個(gè)馬達(dá)，一個(gè)用來自動(dòng)對(duì)焦，一個(gè)用來控制光圈的開啟。而在AF方式上，佳能將AF驅(qū)動(dòng)馬達(dá)裝在鏡頭上而不是機(jī)身內(nèi)，使得AF速度提高了很多。
▲使用了佳能超聲波對(duì)焦技術(shù)的鏡頭在鏡頭卡口和鏡身上都會(huì)標(biāo)注有“ULTRASONIC”和“USM”字樣
佳能也是最早在鏡頭內(nèi)使用超聲波馬達(dá)的廠家，這項(xiàng)技術(shù)使得佳能相機(jī)獲得了當(dāng)年的“歐洲科技創(chuàng)新大獎(jiǎng)”，并且佳能日后在這項(xiàng)技術(shù)上一直保持著領(lǐng)先地位。超聲波馬達(dá)的優(yōu)勢(shì)在于在對(duì)焦時(shí)只能聽見鏡組移動(dòng)的聲音，產(chǎn)生的噪音比較小。此外，環(huán)形USM比傳統(tǒng)的對(duì)焦系統(tǒng)速度更快能耗更低，而且在極限低溫下完全沒有問題，這就是為什么日本登山隊(duì)會(huì)帶著EOS的相機(jī)和EF鏡頭登珠峰的原因。
▲佳能EOS-3相機(jī)上標(biāo)注了EYE CONTROL（眼控）字樣
從1989年開始，佳能通過一系列高質(zhì)量的AF相機(jī)開始重新主導(dǎo)市場(chǎng)，推出了EOS-1、EOS-RT兩款相機(jī)。到了1992年8月，美能達(dá)和尼康分別推出了代表本公司最高水準(zhǔn)的Dynax 9xi和F90相機(jī)，佳能自然不甘示弱，推出了35mm相機(jī)歷史上劃時(shí)代的產(chǎn)品——EOS-5。之所以說EOS-5是一款劃時(shí)代的相機(jī)，那是因?yàn)檫@款相機(jī)應(yīng)用了一項(xiàng)“黑科技”：眼控AF技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)依靠取景器內(nèi)向眼球發(fā)射紅外線，根據(jù)眼球反射紅外線的方向來判斷視野方向，并且以此確定主體，從而完成對(duì)主體的聚焦和追蹤。在之后的EOS-3相機(jī)上這項(xiàng)功能得到了進(jìn)一步完善，第一次采用了可以和45個(gè)對(duì)焦點(diǎn)聯(lián)動(dòng)的眼控對(duì)焦技術(shù)，使得它成為EOS系列中最為便利的相機(jī)。
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2）主動(dòng)AF技術(shù)—柯尼卡-美能達(dá)（Konica-Minolta）
▲美能達(dá)α-9相機(jī)
美能達(dá)公司是相機(jī)領(lǐng)域最富有創(chuàng)新精神的公司之一，在相機(jī)制造領(lǐng)域創(chuàng)造了多項(xiàng)世界第一。1985年推出的美能達(dá)α7000開啟了AF相機(jī)時(shí)代，此后美能達(dá)生產(chǎn)了許多適合攝影愛好者的各類相機(jī)，但是在專業(yè)攝影領(lǐng)域始終不是佳能和尼康的對(duì)手，比如Dynax 9（也就是美能達(dá)頂級(jí)的α-9相機(jī)）剛上市就遭遇到了“黑科技”佳能EOS-5的阻擊。
▲柯尼卡巧思
柯尼卡公司是日本第一家生產(chǎn)相紙、第一家生產(chǎn)彩色膠卷和第一家制造鏡頭的公司，這兩家公司在之后以交換股份的方式合并，組成了柯尼卡-美能達(dá)公司?？上У氖沁@家公司在數(shù)碼時(shí)代徹底退出了影像市場(chǎng)，光學(xué)儀器部門并入了索尼公司。不過在此之前柯尼卡公司曾經(jīng)生產(chǎn)過的一款袖珍AF相機(jī)卻可以位列頂級(jí)攝影器材的行列，它就是柯尼卡巧思(Hexar)。
▲柯尼卡巧思上的HEXAR 35mm f/2.0鏡頭
這款袖珍相機(jī)的AF系統(tǒng)采用了主動(dòng)對(duì)焦的模式，發(fā)出一道紅外線據(jù)此測(cè)算距離。巧思的AF級(jí)數(shù)很多，足夠使被攝體精確地處在景深之內(nèi)。而且和其他采取主動(dòng)AF方式的相機(jī)不同的是，它的機(jī)身上有兩個(gè)紅外線接收點(diǎn)，這樣在測(cè)算反射紅外線時(shí)更加準(zhǔn)確。這種對(duì)焦方式的優(yōu)勢(shì)在于速度很快而且無聲，并且在昏暗甚至全黑的環(huán)境下仍然可以準(zhǔn)確地對(duì)焦，不過缺點(diǎn)也很明顯，這種對(duì)焦方式不能穿透玻璃。
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3）獨(dú)特的機(jī)身AF技術(shù)—康泰時(shí)(Contax)
▲蔡司之后發(fā)布的Contax G系列旁軸相機(jī)，除了Hologon 16mm f/8外幾乎所有鏡頭都支持自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)
雖然蔡司公司很早就從事AF技術(shù)的研發(fā)，并且在之后的康泰時(shí)G系列、康泰時(shí)N系列、康泰時(shí)T系列和康泰時(shí)645系列上都廣泛應(yīng)用了AF技術(shù)。但是直到1996年，蔡司公司都認(rèn)為當(dāng)時(shí)的AF技術(shù)不能發(fā)揮蔡司鏡頭優(yōu)異的光學(xué)品質(zhì)，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為當(dāng)時(shí)的AF鏡頭為了達(dá)到高速的對(duì)焦性能，一定要在鏡頭的材質(zhì)上做出妥協(xié)，勢(shì)必要使用大量的輕型材料比如塑料。為了保證蔡司所提出的鏡頭必須“三十年光學(xué)質(zhì)量不降低”，康泰時(shí)在推出自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的態(tài)度上非常謹(jǐn)慎。
▲康泰時(shí)AX單反相機(jī)能夠進(jìn)行機(jī)身自動(dòng)對(duì)焦，并且兼容蔡司原有的C/Y卡口鏡頭群
但是面對(duì)自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)的沖擊，蔡司在不能將自己的相機(jī)系統(tǒng)推倒重來的情況下，另辟蹊徑開發(fā)出了一臺(tái)獨(dú)特的相機(jī)——康泰時(shí)AX單反相機(jī)。這種相機(jī)采用的是一種獨(dú)特的機(jī)身對(duì)焦技術(shù)，也是世界上迄今為止唯一一部采用機(jī)身對(duì)焦方式的AF相機(jī)。其原理與大畫幅攝影的方式相似，即為調(diào)節(jié)焦平面來達(dá)到對(duì)焦的目的。
這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于可以使康泰時(shí)AX兼容原有的大量?jī)?yōu)質(zhì)蔡司鏡頭，用手動(dòng)對(duì)焦鏡頭實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦。而且由于機(jī)身對(duì)焦技術(shù)的緣故，安裝在AX上的蔡司鏡頭都具有了微距的功能。AX的機(jī)身AF技術(shù)還有一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)就是使用長(zhǎng)焦距鏡頭自動(dòng)對(duì)焦速度很快。
▲沉重的康泰時(shí)AX單反相機(jī)搭配TESSER結(jié)構(gòu)的餅干鏡頭
但是這種方式的問題也很多，機(jī)身AF技術(shù)不能達(dá)到其他主流單反相機(jī)的速度，并且在連續(xù)對(duì)焦模式時(shí)成功率較低，對(duì)焦精度也談不上很好，特別是在跟蹤拍攝移動(dòng)的物體時(shí)只要環(huán)境光稍弱，這種功能就幾乎沒有實(shí)用價(jià)值了。從原理上來看，焦平面的移動(dòng)范圍有限，所以也不是所有鏡頭都能實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)對(duì)焦，而且復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)讓機(jī)身太過厚重，耗電量也比較大。
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三、現(xiàn)代自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)
目前最常用的自動(dòng)對(duì)焦方式是相位自動(dòng)對(duì)焦和對(duì)比度自動(dòng)對(duì)焦，在單反相機(jī)上主要使用的是相位對(duì)焦的方式，而無反相機(jī)上基本上使用結(jié)合相位自動(dòng)對(duì)焦和對(duì)比度自動(dòng)對(duì)焦的混合自動(dòng)對(duì)焦，或者僅使用對(duì)比度自動(dòng)對(duì)焦。
▲相位對(duì)焦功能示意圖
在單反相機(jī)中，相位檢測(cè)是通過位于反光板下方的單獨(dú)AF模塊執(zhí)行的。而在無反相機(jī)中，CMOS影像傳感器上分布排列著若干相位差檢測(cè)像素，用來執(zhí)行相位檢測(cè)的功能，相位自動(dòng)對(duì)焦的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)焦速度快，不過對(duì)焦精度不是特別高。在光線不足的情況下，對(duì)焦速度和性能會(huì)明顯下降。
▲反差對(duì)焦原理示意圖
對(duì)于對(duì)比度自動(dòng)對(duì)焦而言，它的優(yōu)缺點(diǎn)差不多與相位自動(dòng)對(duì)焦相反。反差自動(dòng)對(duì)焦能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的對(duì)焦，對(duì)焦范圍更加靈活，并且弱光下的對(duì)焦效果更好，但是對(duì)焦速度相對(duì)較慢。為了確定反差最大的位置，必須前后移動(dòng)鏡組進(jìn)行反復(fù)的比較，因而減慢了對(duì)焦速度，同時(shí)計(jì)算量的增加導(dǎo)致了更大的系統(tǒng)功耗。而且在面對(duì)反差較小的被攝體時(shí)，這種方式容易失靈。
▲索尼A7M2上的混合自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)
如果將相位自動(dòng)對(duì)焦和對(duì)比度自動(dòng)對(duì)焦相結(jié)合，那么可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的效果，即對(duì)焦不但迅速而且準(zhǔn)確。混合自動(dòng)對(duì)焦的工作方式通常是：相位檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦能夠使相機(jī)對(duì)焦距產(chǎn)生正確的估計(jì)并且迅速移動(dòng)鏡片組使得拍攝物體接近合焦，隨后高精度的對(duì)比度檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦完成最終的合焦。
▲佳能1Ds Mark III的對(duì)焦系統(tǒng)，以十字對(duì)焦點(diǎn)為主，輔以一字對(duì)焦尿墊
當(dāng)然，除了相機(jī)的對(duì)焦方式，相機(jī)對(duì)焦系統(tǒng)的感應(yīng)器類型和對(duì)焦性能也十分重要。有些相機(jī)僅僅具備了一字對(duì)焦點(diǎn)，這種對(duì)焦點(diǎn)僅僅對(duì)橫線條敏感。而有的相機(jī)則具備了十字對(duì)焦點(diǎn)，這種對(duì)焦點(diǎn)的性能特點(diǎn)是對(duì)于畫面中橫豎的線條都十分敏感。甚至有一些相機(jī)擁有雙十字對(duì)焦點(diǎn)，相比十字對(duì)焦點(diǎn)提升了對(duì)焦精度和速度。但是當(dāng)被攝體其本身沒有較大的反差線條、色彩比較單一（比如對(duì)著白墻進(jìn)行對(duì)焦）或者處于光線昏暗的環(huán)境時(shí)，十字對(duì)焦點(diǎn)也容易失靈。
▲索尼雙像素傳感器專利示意圖
值得一提的是，一種新的對(duì)焦技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)出來，佳能和索尼等公司都已經(jīng)開發(fā)出了新的雙像素對(duì)焦模式。其中最早將雙像素對(duì)焦納入實(shí)用范圍的是佳能70D相機(jī)，它使用了全像素雙核CMOS AF的圖像感應(yīng)器，將每個(gè)微透鏡下的光電二極管都一分為二，這樣一次同時(shí)可捕捉兩個(gè)視差圖像。圖像感應(yīng)器會(huì)利用來自這兩個(gè)圖像的信號(hào)來完成相差檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦。這樣不僅提高了自動(dòng)對(duì)焦速度，在夜景環(huán)境中對(duì)點(diǎn)光源的對(duì)焦精度也得以提高。
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