从自动对焦原理谈单反镜头“跑焦”问题

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Tsingcha

泡菜

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2008-06-23 15:08

很多朋友使用单反数码相机，都反应镜头有跑焦问题。我个人认为镜头没有跑焦问题，存在的问题一是摄影者的误断，二是相机本身的问题。
以前在胶片时代，没人说哪款镜头成像不够“牛”，也没人说哪个镜头对焦存在问题或者说“跑焦”，现在数码相机，可以达到所见即所得，并可放大查看图像质量，于是乎，“跑焦”一词满天飞。搞得人心惶惶，生怕自己运气不佳买了一个跑焦的镜头。自动对焦技术早在数码相机问世前就已经有了，原理就是以图像转换为电信号以电子电路分析，以产生高频最多高强的成分作为最佳焦点。可以说，只要相机电路自动对焦电路工作正常，可以正确分析图像转换的电信号高频成分，对焦就不应该存在问题，这与相机使用什么焦距的镜头，光圈大小都没有什么关系的。
摄像机普遍使用自动对焦，对焦原理和照相机是一样的，从来没听说过哪款摄像机存在跑焦现象，只有说自动对焦有故障。请问哪位发现过摄象机有跑焦的？
为什么普遍反应镜头有跑焦现象呢？其实，镜头并未跑焦，摄影者取景时相机自动获得的焦点是正确的（除非相机自动对焦的分析电路工作不正常），关键问题是相机以截获图像以用于自动分析的图像面积大小，这个面积，就是成像的焦点，也就是说，这个面积内，相机的自动识别电路，只会“以高频成分最多”作为最佳焦点，而这个面积内，极有可能存在不是摄影者意识的其它图像存在，而这包含的其它图像成分的复杂度恰大于摄影者意识中焦点图像的复杂度，那么相机就会以此面积下最复杂成分作为最佳焦点进行对焦。于是等出片后，摄影者就发现焦点并不是自己所希望的，于是，大呼镜头“跑焦”。
另外一个人为的原因，就是大光圈近距离的问题。大家知道，光圈越大获得的景深越浅，此时，相机仍以“对焦点”中图像高频成份为最佳焦点进行自动对焦，往往会出现偏差，这种机会很大，因为景深作用自动“对焦点”面积内的图像最高频成分与摄影者的意图中的焦点相差太多了。
理论上，为了使相机更好的对焦，可以把“自动对焦点”面积做的小一些，这样就可以更加精确的对焦，而带来的负面影响就是在有限的面积上获得高频比率大幅下降，对焦动作将难以完成。所以，相机设计的对焦点面积不可能做得很小，换句话说相机的自动对焦精度不可能做得很高，相反将失去实用价值。
从单反相机自动对焦光学结构看，光信号从镜头传入后，一部分通过反射板到监视成像板，一部分透过反射板再经反光镜反射到自动对焦识别点（也就是相机的九点对焦或更多点对焦），这两者的距离是相等的，如果加工精度达到要求焦点成像不会有多少误差。当快门开启后，反光板提升，光信号直接落到CCD上面，这三者距离理论上是相等的，具体精度由加工精度确定。对焦准或不准，只要眼睛看到的是准的，如果加工精度好，CCD成像也应该是准的，同理，如果自动对焦识别点检测是正确的，那么落到CCD上的图像对焦也是正确的，自动对焦不准只能是镜头与自动对焦识别点与CCD的距离有误差了。那就是机身加工精度不够才会造成的了。镜头跑焦问题从何而来？
我认为，目前的单反相机加工精度是达到要求的，况且还有景深的存在，可察觉的误差微乎其微，跑焦问题最大的问题一是人的问题，二是机器本身误差过大的问题。

相关标签：光圈景深 CCD 自动对焦

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太平洋蛙人

泡菜

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2015-12-27 05:46

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第 26 帖

allseasons

资深泡菜

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2011-03-25 13:53

原文由余夫在2008-07-02 13:47发表
以前自以为了解了单反“跑焦”的原理——对焦原件所模拟的CCD（CMOS）位置有偏差。但昨天忽然发现很少用的一枚手动标头有跑焦现象——取景器所看到的对焦点与实际对焦点不一致，实际成像的最清晰部位总是要靠前些。

真搞不懂了，没有管相机的合焦提示，完全手动的，怎么也会跑？？如果说毛玻璃位置与CCD位置有误差的话，换另外一枚镜头则没有这问题，越来越糊涂了，求高手指点！！！

说明,针对你这个案例,跑焦是由机身的合焦算法或对焦光路造成的.完全是机身的问题.
换了一个镜头就没问题,说明确实是合焦算法的问题.

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第 25 帖

文竹与茶花2010

泡菜

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2011-03-25 13:42

我个人认为楼主说的过于专业，但又过于片面了，首先请问，摄像机哪款是可以更换镜头的？固定的一镜一机难道厂家就需要而没有进行仔细的校正而带来负面的口实？再回过头来看看真正是厂家原配的套头有几只机子是跑焦的呢？在这儿我们仅仅谈镜头，机身跑焦肯定是偶然存在的，但不是必然的，这就是楼主说的精度问题了。我们一般谈到镜头跑焦的是后配镜头，我最近也是针对这个镜头的所谓“跑焦”事宜百思而不得其解，自认为过程还算可以。一、上三角架；二、全是遥控；三；周围的环境几乎不变化（在室内）。但试过几个宾得M50/1.4（两只）、FA50/1.4、A50/1.4(三只)、K135/2.5、DA50-135/2.8、DA16-45/4、A35-105/3.5，全用手动对焦且最大光圈，结果M50/1.4的两只全部跑焦，就是在取景框看到的很清楚，但拍摄结果清晰地焦点往摄影者方向跑1.5-2.0CM左右，A50/1.4的三只跑焦程度要好一点，但拍摄结果清晰地焦点往摄影者方向跑0.5-1.0CM左右，其余的焦点均还可以，最好的要算A35-105/3.5和DA50-135/2.8的两只，清晰范围针对被摄体前后几乎相等。我在此并不是说楼主说的不对，但从我的测试结果来看，镜头的确存在着“跑焦”的问题，但问题这个原因究竟是如何产生的呢？望高手能帮之解决，上面言辞如有对楼主冲撞之处请多多包涵。

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第 24 帖

秋天的原野

资深泡菜

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2009-11-03 19:47

原文由一句发表
似乎楼下有点道理,DSLR对焦的过程似乎跟DC DV不一样.它似乎能在非合焦的情况下能即时计算出合焦的位置(这也就是为啥某些相机能在手动对焦时实时显示距离合焦的方向以及距离差),并不是以扫描的方式来寻找合适的合焦位置.

打个比方说,如果合焦是0,他能在+5时立刻计算出0距离他的位置,并调节镜头向该位置移动5,以实现合焦;而DC/DV则是观察这个数字,以扫描的方式从+5向-5移动,到0时停止,但这样也许需要几个周期才能找到0,+5→-1→0,所以速度慢.

之前我的50/1.8II也出现过疑似跑焦的问题,搞不清是机器还是镜头的问题,因为还在保,去了佳能.工程人员(看似很专业)告诉我,这个跟该镜头使用的对焦马达有关,因为用的是微型马达,启动制动的位置不是很准(相对USM),不是所有照片都合焦是正常的,而事实情况确实如此.相信如果换做定位准确的环形USM,会比这个好很多.

另外,某些镜头或相机也会跑焦,可能跟这个"位移"是有关的,如果相机检测+5时误读成+4,就会造成跑焦,或者位移不准确,移动了6(就跟50/1.8一样),也同样会跑焦.说白了,还是这种对焦系统固有的缺陷——无法自适应.随着机械磨损,对焦的精度会越来越下降,只不过大部分AF的DSLR寿命都远短于这个对焦失效的寿命周期,所以没有体现出来.

以上纯属臆测.

不是臆测，是本贴中技术最深的一个回帖。

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第 23 帖

跳来跳去

老坛泡菜

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帖子: 2175

2009-04-07 12:17

我用变焦镜头，广角端明显跑焦，焦点一致靠前，而中焦跑焦不明显，长焦端对焦准确，我用的是胶片机身配副厂头，拍许多照片结果无一例外，可以排除人为对焦失误。到底是机身跑焦还是镜头？

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第 22 帖

93blue

泡菜

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帖子: 10547

2009-02-25 16:32

真的好复杂。感觉可能是机身对焦系统的问题，有的时候没对准它却认为对准了。
貌似低端机器的对焦系统能力都欠佳，特别是光线昏暗的时候。

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第 21 帖

玩摄影的男孩子

陈年泡菜

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帖子: 7067

2008-07-20 00:03

原文由吴孟达发表
不知道大家发现没有，拍摄水族馆里玻璃缸中的东西的时候，跑焦特别严重，是啥原理？

我拍玻璃缸里的东西，没跑过焦...不过清晰度稍微下降一点`~焦点还是没问题的`~
BTW：我机器是a700

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第 20 帖

小肥仔

资深泡菜

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帖子: 19021

2008-07-19 23:41

本来想进来学习学习，现在看得有点迷茫。

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第 19 帖

chinomango

禁言中

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帖子: 188

2008-07-19 08:06

"单反的跑焦因素很多，如AF模块精度/调整、反光镜机械定位误差、定位有关部件磨损、镜头的问题等等。这些因素不好控制。比较复杂。" 说的对极了! 所以有调整部件.

还有就是马达控制.工业用光电码盘,用PID闭环;相机恐怕是极简单的反馈控制.左右跑跑,插值出下一位置,估算出马达驱动量;一次不行,多试两次,还不行就报警.
很难调到最准.在附近一定范围内就会认为调好了.
多按几次看你的运气吧.这时候马达会先跑远点重来.因为有惯性,步进的分辨率有限制.

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第 18 帖

吴孟达

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主题: 27

帖子: 3486

2008-07-13 08:10

不知道大家发现没有，拍摄水族馆里玻璃缸中的东西的时候，跑焦特别严重，是啥原理？

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第 17 帖

ylyht

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主题: 5

帖子: 11114

2008-07-13 07:57

学习.

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第 16 帖

millermin

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帖子: 1484

2008-07-13 07:43

原文由 mcv 发表

是这样么？那么D300在liveview下也是反差检测对焦，会跑焦么？

至今没有听说过不会跑焦的相机。比例问题。如果对焦模块和成像模块是同一块，也许能消除跑焦。

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第 15 帖

青奴

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主题: 11

帖子: 482

2008-07-10 09:42

感光元件（底片或者CCD、CMOS）和自动对焦的相位检测模块是分开的，两个东西相对于反光板（或副反光板）是一个耦合的关系；
由于CMOS和胶片的感光特性不同，早期的DSLR在CMOS前没有安装低通道滤镜，在反光板抬起的一瞬间，焦点投在CMOS上的位置会后偏，这就是为什么同一只镜头在DSLR上向后偏，在FSLR上不偏的原因。

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第 14 帖

mcv

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主题: 13

帖子: 2931

2008-07-09 10:52

原文由 millermin 发表

这才是正解，lz需要再深入研究。
DV，DC不跑焦最根本的原因是由于他们的景深非常大，根本没有跑的机会。可以试试，对好焦后，再移动相机拍摄，清晰度没有多少差别。

是这样么？那么D300在liveview下也是反差检测对焦，会跑焦么？

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第 13 帖

millermin

资深泡菜

泡网分: 1.164

主题: 50

帖子: 1484

2008-07-09 02:19

原文由人来风发表
你说偏了。

两种主要的对焦方式：TTL contrast detection 和 TTL phase detection 。

前者“反差检测”AF 一般用于DV 和DC，比较慢. 检测器测量当相邻像素拥有最大反差的时候即对焦对准了。你说的原理和这个沾点边儿。

后者“相位检测”AF 对焦迅速，这才是一般用于FSLR/DSLR，关于单反的跑焦的问题不是像你说的 ......

这才是正解，lz需要再深入研究。
DV，DC不跑焦最根本的原因是由于他们的景深非常大，根本没有跑的机会。可以试试，对好焦后，再移动相机拍摄，清晰度没有多少差别。

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第 12 帖

余夫

泡菜

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主题: 2

帖子: 18

2008-07-02 13:47

以前自以为了解了单反“跑焦”的原理——对焦原件所模拟的CCD（CMOS）位置有偏差。但昨天忽然发现很少用的一枚手动标头有跑焦现象——取景器所看到的对焦点与实际对焦点不一致，实际成像的最清晰部位总是要靠前些。

真搞不懂了，没有管相机的合焦提示，完全手动的，怎么也会跑？？如果说毛玻璃位置与CCD位置有误差的话，换另外一枚镜头则没有这问题，越来越糊涂了，求高手指点！！！

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第 11 帖

wwy11001

资深泡菜

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主题: 9

帖子: 1330

2008-06-28 17:42

总体上比较同意LZ的看法.不排除少数相机或镜头因故障或老化引起调焦精度变化,但对于大多数情况下,还应该属于使用方面的问题.DV在拍摄固定画面时基本不会跑焦,但拍移动画面或画面中拍摄目标移动时,由于调焦目标的位置或亮度发生变化,瞬间跑焦却是难以避免的.作为拍摄单幅画面的照相机来说,除主体为高速运动物体外,发生跑焦的情况并不一定很多.我们知道,相机的自动调焦基本有两种方式.胶片便携式相机和DC所采用的自动调焦方式,基本都属于主动式自动调焦.即以发射红外线或超声波侧距的方式控制调焦.由于这种方式是采取分段调焦,所以调焦精度是比较有限的.但用于DSLR的自动调焦系统都属于被动式自动调焦方式,即以镜头成像像面为对象,通过对局部像面的反差或像位进行检测来判断并控制调焦的,其调焦精度必然要比主动式自动调焦高得多,调焦速度也要快得多.与主动式自动调焦不同,被动式自动调焦调整焦点主要依据是镜头投影像面.当像面亮度或受检部分像面明暗对比度接近或小于检测元件所能接受的限度时,当然速度会减慢,而且判断也会出现错误.事实上在照度较高,景物反差明显的场合是不容易出现跑焦现象的;而出现跑焦现象,往往都是在照度较低光线柔弱的情况下发生的.所以我觉得,使用自动调焦相机时,调焦目标和调焦点位置的选择是很重要的.除此而外,调焦后取景时,焦点锁定一定要到位,否则取景时稍一走神焦点就有可能发生变化.

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第 10 帖

一句

泡菜

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主题: 171

帖子: 2414

2008-06-23 19:55

似乎楼下有点道理,DSLR对焦的过程似乎跟DC DV不一样.它似乎能在非合焦的情况下能即时计算出合焦的位置(这也就是为啥某些相机能在手动对焦时实时显示距离合焦的方向以及距离差),并不是以扫描的方式来寻找合适的合焦位置.

打个比方说,如果合焦是0,他能在+5时立刻计算出0距离他的位置,并调节镜头向该位置移动5,以实现合焦;而DC/DV则是观察这个数字,以扫描的方式从+5向-5移动,到0时停止,但这样也许需要几个周期才能找到0,+5→-1→0,所以速度慢.

之前我的50/1.8II也出现过疑似跑焦的问题,搞不清是机器还是镜头的问题,因为还在保,去了佳能.工程人员(看似很专业)告诉我,这个跟该镜头使用的对焦马达有关,因为用的是微型马达,启动制动的位置不是很准(相对USM),不是所有照片都合焦是正常的,而事实情况确实如此.相信如果换做定位准确的环形USM,会比这个好很多.

另外,某些镜头或相机也会跑焦,可能跟这个"位移"是有关的,如果相机检测+5时误读成+4,就会造成跑焦,或者位移不准确,移动了6(就跟50/1.8一样),也同样会跑焦.说白了,还是这种对焦系统固有的缺陷——无法自适应.随着机械磨损,对焦的精度会越来越下降,只不过大部分AF的DSLR寿命都远短于这个对焦失效的寿命周期,所以没有体现出来.

以上纯属臆测.

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第 9 帖

人来风

资深泡菜

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主题: 39

帖子: 3442

2008-06-23 17:51

你说偏了。

两种主要的对焦方式：TTL contrast detection 和 TTL phase detection 。

前者“反差检测”AF 一般用于DV 和DC，比较慢. 检测器测量当相邻像素拥有最大反差的时候即对焦对准了。你说的原理和这个沾点边儿。

后者“相位检测”AF 对焦迅速，这才是一般用于FSLR/DSLR，关于单反的跑焦的问题不是像你说的那样，因为对焦系统显然不是摄像机那种对焦方式。相位检测不是““以高频成分最多”来确定焦点。

单反的跑焦因素很多，如AF模块精度/调整、反光镜机械定位误差、定位有关部件磨损、镜头的问题等等。这些因素不好控制。比较复杂。

目前保证对焦的办法最好是手动对焦配合主图像感应器Live View，但是比较慢。

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第 8 帖

legend365

资深泡菜

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主题: 19

帖子: 1519

2008-06-23 17:21

从单反的机身来说，除了D3 D300具有的那种反差对焦外，都存在跑焦的“潜质”，因为感光元件（底片或者CCD、CMOS）和自动对焦的相位检测模块是分开的，两个东西相对于反光板（或副反光板）是一个耦合的关系，装配、制造精度、使用磨损等都可能使得这种耦合发生偏差，这也就是为什么现在高级点的单反机身都有焦点的精确调节功能...

镜头引起的跑焦比较吊诡，以前不信，亲自用过腾龙那只28-75 F2.8还真信了...

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第 7 帖

思力

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帖子: 863

2008-06-23 16:22

值得深入探讨，尤其资深者多讲讲。

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第 6 帖

wht11536

泡菜

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2008-06-23 16:10

看得有点晕！

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第 5 帖

bb6531

泡菜

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帖子: 266

2008-06-23 15:57

我想，问题没有这么简单。。。

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第 4 帖

Tsingcha

泡菜

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主题: 2

帖子: 61

2008-06-23 15:17

机器加工精度过大的问题应该是存在的，在网上看大家的普遍反应来看，佳能用户反应少一些，反应使用适马镜头容易跑焦最多的用户是尼康。到底是适马镜头有问题还是尼康机器精度不佳？

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第 3 帖

pentaxi

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主题: 27

帖子: 5468

2008-06-23 15:12

对焦时“机器本身误差过大”，其实就是大家常说的“跑焦”，字面已不重要，关键是理解大家所说的那层意思。

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