自動對焦原理

從基本原理來說，自動對焦可以分成兩大類：一類是基于鏡頭與被拍攝目標(biāo)之間距離測量的測距自動對焦，另一類是基于對焦屏上成像清晰的聚焦檢測自動對焦。

1.測距自動對焦

測距自動對焦主要有紅外線測距法和超聲波測距法。 紅外線測距法 該方法的原理是由照相機(jī)主動發(fā)射紅外線作為測距光源，并由紅外發(fā)光二極管間構(gòu)成的幾何關(guān)系,然后計算出對焦距離。 超聲波測距法 該方法是根據(jù)超聲波在數(shù)碼相機(jī)和被攝物之間傳播的時間進(jìn)行測距的。數(shù)碼相機(jī)上分別裝有超聲波的發(fā)射和接收裝置，工作時由超聲振動發(fā)生器發(fā)出持續(xù)超聲波，超聲波到達(dá)被攝體后，立即返回被接收器感知,然后由集成電路根據(jù)超聲波的往返時間來計算確定對焦距離。 紅外線式和超聲波式自動對焦是利用主動發(fā)射光波或聲波進(jìn)行測距的，稱之為主動式自動對焦。

2.聚焦檢測自動對焦

聚焦檢測方法主要有對比度法和相位法 a 對比度法 該方法是通過檢測圖像的輪廓邊緣實(shí)現(xiàn)自動對焦的。圖像的輪廓邊緣越清晰，則它的亮度梯度就越大，或者說邊緣處景物和背景之間的對比度就越大。反之，失焦的圖像,輪廓邊緣模糊不清，亮度梯度或?qū)Ρ榷认陆担皇Ы乖竭h(yuǎn)，對比度越低。利用這個原理，將兩個光電檢測器放在CCD前后相等距離處，被攝影物的圖像經(jīng)過分光同時成在這兩個檢測器上，分別輸出其成像的對比度。當(dāng)兩個檢測器所輸出的對比度相差的絕對值最小時，說明對焦的像面剛好在兩個檢測器中間，即和CCD的成像表面接近，于是對焦完成。 b 相位法 該方法是通過檢測像的偏移量實(shí)現(xiàn)自動對焦的。 在感光CCD的位置放置一個由平行線條組成的網(wǎng)格板， 線條相繼為透光和不透光。網(wǎng)絡(luò)板后適當(dāng)位置上與光軸對稱地放置兩個受光元件。網(wǎng)絡(luò)板在與光軸垂直方向上往復(fù)振動。當(dāng)聚焦面與網(wǎng)絡(luò)板重合時，通過網(wǎng)格板透光線條的光同時到達(dá)其后面的兩個受光元件。而當(dāng)離焦時，光束只能先后到達(dá)兩個受光元件，于是它們的輸出信號之間有相位差。有相位差的兩個信號經(jīng)電路處理后即可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)物鏡的位置，使聚焦面與網(wǎng)格板的平面重合。

3.各種自動對焦的特點(diǎn)

各種自動對焦方式各有其局限性。例如紅外測距和超聲測距的對焦方法，當(dāng)被測目標(biāo)對紅外光或超聲波有較強(qiáng)的吸收作用時，將使測距系統(tǒng)失靈或?qū)共粶?zhǔn)確；而對比度法聚焦檢測受光照條件的制約，當(dāng)光線暗弱或被攝體與背景明暗差別很小時，對焦就會有困難，甚至失去作用。

4.應(yīng)用分析

目前市場的消費(fèi)級數(shù)碼相機(jī)很多采用對比度法進(jìn)行自動對焦，從對比度法的原理可知，當(dāng)兩個檢測器所輸出的對比度差值絕對值最小時是最佳狀態(tài)，我們假定兩個檢測器所輸出的對比度差值的絕對值為m, 要使m最小，必須多次移動鏡頭后再利用差值法逐次逼近.多次移動鏡頭需要耗費(fèi)很多時間，而數(shù)碼相機(jī)對于對焦時間又有一定的要求，這本身是一對矛盾，所以折中的辦法就是，在滿足使用的情況下，給定一個值，我們暫且假定為Q,只要m < Q ，我們就認(rèn)為是對焦成功。 所以我們可以得出下列結(jié)論： a Q值設(shè)定的越小自動對焦的精度就越高，對焦的速度越慢。反之Q值越大，對焦精度就越低，對焦的速度就越快。 b 圖像的反差越大，光線強(qiáng)，差值法逐次逼近的速度越快，容易滿足對焦條件。 c 圖像的反差越小，光線弱，差值法逐次逼近的速度越慢，不易對焦，光線很弱時，根本無法完成對焦。 從而我們即可知道在不同的情況下，根據(jù)我們的需要來設(shè)定這個Q值，以滿足要求。目前的數(shù)碼相機(jī)的對焦速度是不可調(diào)整的，已經(jīng)固化在fireware中，但我們可以從相機(jī)的不同設(shè)定中看到對焦速度的差別。 我們可以簡單將數(shù)碼相機(jī)的應(yīng)用分為以下幾檔： a 高精度檔 此檔對焦最慢，對光線要求高。 b 普通精度檔 此檔對焦最一般，對光線要求不是太苛刻。 c 次精度檔 此檔對焦速度稍快，但精度有所下降。 d 低精度檔 此檔對焦速度最快，但對焦的精度很低。

5.實(shí)例說明

下面結(jié)合FZ10我們分析一下不同的對焦速度的應(yīng)用： 做為數(shù)碼相機(jī)的應(yīng)用，我們就很容易的將FZ10的各種固化模式進(jìn)行歸類： 微距模式就是FZ10的小花模式應(yīng)該屬于高精度檔，一般拍時光線不錯，自動對焦慢點(diǎn)沒關(guān)系，主要是要獲得最高清晰的圖像。 A/S/M等FZ10的模式應(yīng)該屬于普通精度檔, 這是一種折中的模式，雖然不是最高精度，但可以得到很好的自動對焦速度. 跟蹤對焦模式就是FZ10的運(yùn)動拍模式，對焦速度稍快. FZ10錄像模式精度很低，同時要求快的對焦速度，低精度檔對它適合。 后面是二張測試圖，分別用FZ10的小花模式和M模式，曝光參數(shù)完全相同，用三角架和自動對焦拍攝加自拍，距離約為6m,焦距為432mm. 從對FZ10的實(shí)際測試，微距模式對焦速度明顯慢于普通模式，但對焦的精度高于普通模式。