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相机自动对焦什么原理?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-06-24 09:01:24

相机自动对焦什么原理?在不深入研究自动对焦机制的情况下,任何对焦系统的第一层必须是相机软件决定是否对焦的简单能力。这是最基本的组成部分,在我们担心我们关注的是什么之前。我使用的第一个对对焦有某种理解的相机是奥林巴斯OM-F,那是在80年代。这款相机有单焦点检测功能,而且我的镜头都不能自动对焦。它只是在取景器中有一个聚焦指示器,可以给出关于单个中心点是否在焦点中的意见。

在现代相机中,有多个对焦传感点,这就是我们如何开始更复杂类型的自动对焦,基本上是行为的下一层,相机可以选择聚焦什么。大多数相机都有让用户指定使用哪个焦点的模式,至少有一种模式让它在某种程度上取决于相机。

相机自动对焦什么原理?

在这种情况下,这些对焦点模式是尼康D4单反的预设选项,每个点实际上代表相机的相位检测对焦传感器中的一个传感元件。这些传感器生活在一个单反的镜子下,部分镜像允许一些光通过镜子,被反射到对焦传感器。这些通常不会覆盖整个图像区域。

所以对你的问题最简单的回答是:有时候你只是告诉相机聚焦在哪里。你激活你想要使用的自动对焦传感器,相机就会聚焦在这些传感器上,而忽略图像的其他部分。对于一个6000美元的专业相机,这是一个功能,而不是限制。

相机自动对焦什么原理?

无反光镜相机通常有更大的图像覆盖范围,通常有数百个传感器点。根据相机的不同,这些传感器点可能代表图像传感器上的真实的AF传感器,或者只是为软件处理指定的点。它们的工作方式是一样的:把图像分解成离散的点,让一些高级软件来选择在哪里捕捉焦点。

相机自动对焦什么原理?

尼康的单反模式是有限的,预设模式是有意义的。但当你有数百或数千个AF点时,通常可以选择一个检测模式,然后在屏幕上移动它。许多相机——还有你的智能手机——让这变得更容易:你可以触摸屏幕上你想要聚焦的图像部分。毕竟,你的大脑才是为你的摄影做出创造性贡献的人。你会明白,在很多情况下,你希望如何设定焦距比任何相机都好。

有人说自动对焦只是业余爱好者的专利。的确,在一些专业的情况下,摄影师会使用手动对焦。但很多专业人士确实使用自动对焦。事实上,佳能、尼康、索尼等公司的顶级相机很可能是为体育和野生动物摄影而设计的,具有两个主要特点:快速、准确的自动对焦和高的图像帧率。这些顶级系统为专业人士提供了自动对焦的工具,可以在人类反应速度太快的情况下捕捉焦点。

相机自动对焦什么原理?

但有些专业人士只是使用好的技术。自动对焦技术发明后,我们并不是突然间就开始拍出很棒的体育和野生动物照片,尽管我们可能更经常看到更壮观的镜头。但使用区域对焦、预对焦等技术,经验丰富的照片通过预测拍摄对象的位置,就能拍出好照片。

相机自动对焦什么原理?

不管怎样,现在我们有了对焦系统,我们如何让相机做出正确的决定使用哪个传感器对焦?一个很简单:最近的物体。这是一个有少量聚焦点的单反镜头,用来抓拍离相机最近的物体。自动对焦系统总会以某种方式计算出距离,所以这是一个非常基本的方法。假设所有的传感器都是活跃的,两个看到的鸟是靠近的,其余基本上什么也看不见(这些是相位检测传感器在单反,并不能很有效地聚焦在天空)。

相机自动对焦什么原理?

但如果有详细的背景资料,情况也会如此。静态自动对焦的简单规则,即聚焦在离相机最近的地方,适用于各种情况。我有几秒钟的时间开始射击这只蜥蜴,从相当远的距离,没有时间浪费在聚焦选项上。这款索尼RX10 Mark IV相机的对焦系统有315个对焦传感点。我把它们都激活了,在这种情况下,它正确地利用了接近度来捕捉目标。

大多数相机都提供了一些选择。当我半按下快门并锁定时,我可以让相机抓拍对焦。这可以让我精确地选择我的焦点,然后组成图像。但是对于鸟或蜥蜴来说,被摄对象可以在不断的运动中,我不得不花费大量的精力在图像捕捉和对焦的特定时刻。用一个可靠的对焦系统把焦点的问题从我的脑海中移开是一个巨大的胜利。

另一种选择是连续自动对焦——自动对焦系统会随着物体的移动而适应物体。所以我可以改变我的位置,主体的位置,在多张图片上,一切都保持对焦。一个更复杂的版本是带跟踪的连续自动对焦。相机捕捉物体的焦点,然后通过多个对焦传感器跟踪物体。理想情况下,一旦跟踪了一个对象,摄像机就不会试图捕捉场景中的其他对象,但你的实际表现会因摄像机而不同。人们仍然倾向于把焦点放在最近的物体上,至少在这个水平的对焦技术中是这样。

下一级是一些基本的对象检测。即使是带有跟踪功能的对焦也能做到这一点,它并不需要了解物体的任何信息,只需要知道有一个物体在对焦中,整个对焦传感器阵列都应该试着聚焦在那个物体上。

相机自动对焦什么原理?

但如果相机能识别出一个可能感兴趣的主题,它就能更好地决定哪里对焦有趣,哪里对焦不重要。回到2000年代,这是人脸检测。可以对捕获的图像进行各种图像处理,实时找到人脸。被检测到的人脸所定义的方框就会成为自动对焦系统感兴趣的区域,自动对焦系统会跟踪这些人脸并使其保持对焦。这首先出现在摄像机上,但最终在各种各样的摄像机上变得普遍。它能够检测人脸,这使得相机的软件能够智能地评估多个焦点目标,而不是通过接近度来定义的单个目标,并尽力将所有的脸都聚焦到焦点上。

相机自动对焦什么原理?

在2010年代中期,这是精致的眼睛自动对焦,能够检测人眼和使用,对房颤的对象。尤其对于高端相机配备快速孔径肖像镜头,你可能会拍人像,不要让整个脸焦点。锁定在眼睛上会产生大多数人认为是在焦点上的图像。

相机自动对焦什么原理?

有些摄像机可以对动物的眼睛做同样的事情。我们接受眼睛的锐聚焦作为一个适当的锐图像,即使脸部的某些部分不是完全的锐。虽然EyeAF已经出现了一段时间,但它只是在最近5年或更短的时间内变得非常好。这是由索尼主导的,尽管现在几乎所有人都在这么做。为什么索尼?他们在相机中使用的图像处理器速度比大多数人都快。我们需要尽可能快地决定关注的时间,如果超过了一定的心理阈值,用户就会认为这是无用的。所以随着摄像机变得更强大,他们可以更好地完成这项工作。

相机自动对焦什么原理?

一些最近的相机具有更高水平的多目标自动聚焦检测。例如,奥林巴斯OM-D E-M1 X具有“智能主题检测自动对焦”,包括汽车、火车、飞机和鸟类的对象检测模式,基于每个对象类的深度学习AI模型(一次只有一个类)。在这里,摄像机通过人工智能图像分析探测到一只鸟作为焦点对象并激活鸟身上的对焦传感器来设置焦点。这款相机有一个完整的双四核额外的图像信号处理器,以实现这种处理。这也说明了无反光镜相机相对于单反相机的一个新兴优势:在拍摄时整个传感器都可用,而不仅仅是自动对焦传感器。

佳能在他们的新佳能EOS 1D X Mark III数码单反中也建立了类似的自动对焦深度学习系统,专注于探测人,特别是在那些往往欺骗传统对焦系统的情况下。不过,你确实需要在实时视图模式下拍摄——基本上就是无反光镜模式。佳能长期以来一直是唯一一家提供全功能相位检测系统的单反相机制造商,双像素自动对焦,除了普通的单反对焦系统外,基本上是在无反光镜模式下工作。

这里讲一点深度学习。我们称之为人工智能的东西已经在相机中使用很长时间了,但主要是用于曝光。

相机自动对焦什么原理?

让我们看看一个经典的情况:背光图像。如果你用传统的自动对焦对背光的物体,这个物体就会曝光不足。如果我的目的是用良好的曝光来捕捉被摄对象,我会简单地打开相机中的聚光灯表,但是我们如何让这部分成为消费者的智能曝光系统呢?

答案曾经是专家系统。相机软件背后的工程师将研究数千张图片,并为它们设定正确的曝光设置,然后创建一系列照片模板,这些相对较少的信息可以识别各种拍摄情况。相机的智能曝光系统会抓取一张图片,通过程序挑选一个模板,然后应用该模板的曝光指导。其结果是,业余摄影师拍摄的照片更接近有经验的摄影师可能会做出的选择,不像非常简单的自动曝光,只是测量光,也许有中心权重。

我不确定现在的摄像头怎么样,但你的手机几乎肯定比这个专家系统更胜一筹,它有一个深度学习的人工智能模型。这是如何工作的呢?深度学习人工智能是一种模拟神经网络的模型。你从一台大型计算机上的一个未经训练的神经网络开始,将那些你可能用于构建那个专家系统的图像和结果集输入它。这个网络是在这些图像上训练的,你不必停在数以千计的图像上。一些深度学习模型是由数百万个例子构建的。

一旦网络被训练,它将根据任何原始训练照片产生正确的答案。对于培训范围内的任何其他图像,它也会给出一个很好的答案,但不涉及模板,不需要是这个或那个-你仍然可以得到一个很好的答案之间的东西。这个结果似乎比旧方法更“聪明”。

因此,为了建立鸟类的深度学习模型,比方说,奥林巴斯的工程师们将数百万张鸟类的照片,以及感兴趣的聚焦区域的信息,输入到他们在一台大型计算机上的模拟神经网络中。这就产生了一个网络模型来检测鸟类,一般来说,鸟类太大了,在像相机这样的小设备上运行起来可能很慢。接下来,他们应用网络缩减技术来减少网络,而不影响其探测鸟类的能力。最终的结果是一种鸟类检测算法,比人类可能用老式方法编写的任何算法都要好。摄像机里没有一张鸟的图像,只有这个网络模型能理解鸟的样子。

相机自动对焦什么原理?

另一种特殊的自动对焦模式是奥林巴斯OM-D E-M1 Mark III中的星空自动对焦模式。传统的对焦系统很难锁定夜空,因为他们要么寻求最大的对比度(在光线昏暗的天空中很难),要么寻找相差(在点光源下不可能)。星光对焦的工作原理是对图像传感器进行采样,并在这些点光源上找到最小绽放点。你可能会想,“好吧,这是空间,把镜头调到无穷大就行了”,但你会发现,任何能达到无穷大的镜头都能聚焦到更远处。镜头特性会随着温度和年龄的变化而变化,所以你需要一些灵活性。
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