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光学对焦系统知识

日期: 2020-08-15
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所谓对焦系统,简单的说跟人眼的生理功能差不多,是一种模仿人眼功能的模块。对于数码摄像机来说,低端的数码摄像机均采用自动对焦系统,部分高端专业的摄像机采用手动对焦系统。

自动对焦技术是计算机视觉和各类成像系统的关键技术之一,在数码相机、数码摄像机等成像系统中有着广泛的用途。传统的自动对焦技术较多采用测距法,即通过测出物距,由镜头方程求出系统的像距或焦距,来调整系统使之处于准确对焦的状态。随着现代计算技术的发展和数字图像处理理论的日益成熟,自动对焦技术进入一个新的数字时代,越来越多的自动对焦方法基于图像处理理论对图像有关信息进行分析计算,然后根据控制策略驱动电机,调节系统使之准确对焦。

一个典型的自动对焦系统应具备以下几个单元:成像光学镜头组、成像器件、自动对焦单元、镜头驱动单元。

成像光学镜头组包括光学滤波器、变焦透镜组和对焦透镜组;成像器件是CMOS(CCD)数字式图像传感器,输出图像信息的数字量;自动对焦单元由DSP芯片作为核心器件,图像信息的采集、计算、控制策略的选择和控制信号的产生都在这个单元中进行;镜头驱动单元包括步进电机及其驱动电路,该单元接受自动对焦单元的控制,驱动成像光学镜头组中的变焦透镜组和对焦透镜组进行位置调节,最终使图像传感器输出准确对焦的图像。

对焦方式

对焦的英文学名为Focus,通常数码相机有多种对焦方式,分别是自动对焦、手动对焦和多重对焦方式。

光学对焦系统知识

自动对焦:

传统相机,采取一种类似目测测距的方式实现自动对焦,相机发射一种红外线(或其它射线),根据被摄体的反射确定被摄体的距离,然后根据测得的结果调整镜头组合,实现自动对焦。这种自动对焦方式——直接、速度快、容易实现、成本低,但有时候会出错(相机和被摄体之间有其它东西如玻璃时就无法实现自动对焦,或者在光线不足的情况下),精度也差,如今高档的相机一般已经不使用此种方式。因为是相机主动发射射线,故称主动式,又因它实际只是测距,并不通过镜头的实际成像判断是否正确结焦,所以又称为非TTL式。

  这种对焦方式相对于主动式自动对焦,后来发展了被动式自动对焦,也就是根据镜头的实际成像判断是否正确结焦,判断的依据一般是反差检测式,具体原理相当复杂。因为这种方式是通过镜头成像实现的,故称为TTL自动对焦。也正是由于这种自动对焦方式基于镜头成像实现,因此对焦精度高,出现差错的比率低,但技术复杂,速度较慢(采用超声波马达的高级自动对焦镜头除外),成本也较高。

手动对焦:

手动对焦,它是通过手工转动对焦环来调节相机镜头从而使拍摄出来的照片清晰的一种对焦方式,这种方式很大程度上面依赖人眼对对焦屏上的影像的判别以及拍摄者的熟练程度甚至拍摄者的视力。早期的单镜反光相机与旁轴相机基本都是使用手动对焦来完成调焦操作的。现在的准专业及专业数码相机,还有单反数码相机都设有手动对焦的功能,以配合不同的拍摄需要。

多重对焦:

很多数码相机都有多点对焦功能,或者区域对焦功能。当对焦中心不设置在图片中心的时候,可以使用多点对焦,或者多重对焦。除了设置对焦点的位置,还可以设定对焦范围,这样,用户可拍摄不同效果的图片。常见的多点对焦为5点,7点和9点对焦。

全息自动对焦

全息自动对焦功能(Hologram AF),是索尼数码相机独有的功能,也是一种崭新自动对焦光学系统,采用先进激光全息摄影技术,利用激光点检测拍摄主体的边缘,就算在黑暗的环境亦能拍摄准确对焦的照片,有效拍摄距离达4.5米。


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