我们在挺早之前出过一期关于防抖技术的科普知识，大家还是蛮喜欢的，这次我们又来讲讲跟大家平时拍摄时也离不开的一项技术——对焦。相机是如何对焦的？对焦技术是如何发展探索的？如今各种对焦技术有何不同？我们一起来看看！

焦点是什么？

说对焦如何进化，首先要明白的是什么是焦点。

大家大约应该都学过小孔成像这样的原理，沈括在他撰写的文章里曾经写到 " …若鸢飞空中，其影随鸢而移；或中间为窗隙所束，则影与鸢遂相违，鸢东则影西，鸢西则影东。又如窗隙中楼塔之影，中间为富所束，亦皆倒垂… " 这个应该是早期对于小孔成像的记载。

而其实在墙上的那个倒影，大概就是几乎在这个 " 模拟成像系统 " 的焦点上所以才能呈现出较为明显的影像。

什么是对焦？

让我们再请出这个焦点图，大家可以很清楚的看到，只有在合适的位置上，我们想要对焦的树才能比较清晰的展现在传感器上。而我们可以通过改变镜头里的一片、一组、几组、或所有的镜片的位置，去改变物距，最后让焦点落在传感器上。

不过是一定要在那个点上才是清晰的吗？我们一般不会这样判断。我们一般把焦点所在平面的前后一部分距离，都算做焦内，也就是对上了焦的区域——景深。

怎么判别这个内容呢？其实就是肉眼判别，你觉得足够清楚的地方就是焦内，你觉得已经完全糊掉的地方，就是焦外。这个本质上就是物体反射的无数个点，这个点如果还能被称作是点的时候，那就是清晰的；扩散成一团而不能称为点了，就是焦外了；再扩散到足够大，就成了虚化光斑。

相机对焦的进化

原理部分就说这么多了，下面来进入今天的主题，相机对焦的进化过程。

1. 手动对焦

在相机刚被发明出来的那个年代，当然是没有什么电子的自动对焦的能力了，就连手动对焦都也非常的原始，用手去调整皮腔的长度，前后移动镜头，根据自己眼睛看到的主体清晰程度来决定是否按下快门（也就是毛玻璃对焦）。

当然，也有很多相机是靠 " 估焦 " 来拍摄，就比如狗崽有一台 Rollei 35，完全没有任何对焦提示，取景器也没办法看到是否对上焦，全靠估计被摄物与相机的距离，来转动镜头上的对焦环，根据镜头上的刻度来估算被摄主体是否在焦内。

这种对焦需要相当的经验和距离把控能力，不过毕竟是一个固定的焦段，再怎么说用久了也是能估计的。那假如可换镜头，是否就更难估计了？于是就有了黄斑、裂像对焦等方式。

黄斑对焦的原理

我们先放一张徕卡的宣传图，这个图大致上就表达了黄斑对焦的方法。

本质上还是利用三角函数，因为相机上的几个视窗的距离是确定不变的，而其中一个测距孔与取景框共用，另一个较小的圆形（或方形）测距孔上安有黄色滤色片，对焦时转动镜头只要测距黄框内两叠影重合说明对上焦了。

镜头对焦时，通过手调整转动角度，镜头后侧的结构伸缩，来驱动测距结构的连杆。连杆带动内部黄斑测距器的光学结构的转动角度，由此实现了镜头真实对焦与旁轴相机取景框内画面的联动。最终调节取景框和黄斑框的虚影重合，实现成像清晰。

裂像对焦的原理

也先来一张裂像屏的图方便大家理解，一般来说裂像对焦是由中间的裂像棱镜，和外部的毛玻璃组成的。毛玻璃能快速对焦让我们 " 差不多对上焦 "，再用裂像屏更精准的对焦。

一个实际的裂像对焦屏，可以看见中间 " 裂像 " 的部分是棱镜

当物体在焦平面上时，其反射的光线在棱镜上重合，如果此时焦平面有差异，则会导致两片棱镜反射出不同的角度，这样看起来画面就是裂开了一样，所以裂像屏由此由来。

不过这种对焦的方式只适用于单反或双反相机，因为这个就是把取景画面直接用于观测才能对焦的模式，非常依赖相机里的反光棱镜。

2. 自动对焦

终于进入自动对焦的部分，到这里其实才是 " 正题 "。对焦方式主要有两种，一种是主动式对焦，一种是被动式对焦。主动式对焦在现今的相机上几乎不再使用，更多的是在其他辅助对焦器材例如 lidar 这样的东西上。其原理主要是靠红外线以及超声波等方式，进行测距，这也是早期自动对焦相机探索的开始 ~

早期对于自动对焦的探索

在 1970 年代初期，尼康、徕卡等厂商就陆续展出了一些支持自动对焦功能的机身、镜头原型机，但这些机型均未大规模量产，而目前受普遍认可的首台被量产的自动对焦相机，是柯尼卡于 1977 年发布的 Konica C35 AF。

从命名上也可以看出，它基于 Konica C35 相机打造，使用了霍尼韦尔开发的 Visitronic 自动对焦系统，基本原理类似双影重合测距器，被摄对象通过照相机两个测距窗后的反光镜 ( 一固定、一活动 ) ，将影子反射到机内的两个光电感应体上，当两个影子的反差完全一致时，输出的信号最强，即完成调焦，全过程约需 80 毫秒。这个也是第一台被动式自动对焦相机。

可能大家也发现了，这个就是相位对焦的雏形。

而后面的历史大家可能听得更多一些，在 1985 年美能达发布了  α 7000（Minolta α 7000）这一款具有革命性的自动对焦（AF）单反相机。它是世界上首款带有自动对焦系统的单反相机，标志着自动对焦技术在专业级单反相机中的应用。它的发布大大推动了自动对焦技术在影像设备中的普及，对摄影行业产生了深远的影响。

美能达 α 7000 采用了相位差对焦系统，这是最早在单反相机中实现的自动对焦技术之一。

相位差对焦通过在镜头和图像传感器之间添加相位差传感器来工作，利用来自镜头的光线信息计算焦距。

  • 这种方法通过比较通过镜头的光线在不同位置的路径差，快速计算出焦点的距离。

  • 该系统特别适合快速对焦，并且在低光环境下仍能保持高精度。

由于采用了相位差对焦，美能达 α 7000 的自动对焦速度相较于早期的手动对焦相机快了不少。相比当时的手动对焦单反相机，它的对焦速度有了显著提升。

相位对焦的原理

相位检测对焦（Phase Detection Autofocus, PDAF）是一种基于光学相位差分析的自动对焦技术，其核心在于通过检测光路的分割与相位差异来快速判断对焦状态。

光线通过镜头后，被分光器（如微透镜或棱镜）分成两束，分别投射到两个独立的传感器（或传感器上的两组像素）上。

当焦点准确时，两束光在传感器上的成像位置完全重合；若焦点偏移（前移或后移），两个图像会存在位置差（相位差）。

传感器通过比较两束光的偏移量，计算出焦点偏移的方向和距离。随后相机系统可直接计算出镜头需要移动的精确距离，实现 " 一步到位 " 的快速对焦。

测距的基本原理

如何判断一个物体的远近？假设有一张障板，障板外有一只鸭子，障板上有两个小孔，如果希望同时通过两个小孔看到鸭子，则必须在两个点上与鸭子、小孔形成直线，这样获得得到了 A1、A2 的位置，如果挪动鸭子，障板后能看到鸭子的位置会改变，得到了 B1 和 B2。鸭子的位置，让合适的观察位置产生了变化，即造成了 AB 两组位置的产生，反过来，AB 两组的位置结合小孔的位置，可以逆推鸭子的位置，这就是判断焦点距离的最基本原理。利用这个原理，相机也可以进行测距，通过控制镜头或微调，获取最为清晰的图像。

相位对焦现在普遍应用于专业相机乃至手机等各个领域，其应用从单反的独立模块到无反的片上集成，不断进化，结合混合对焦与 AI 算法，进一步提升了动态拍摄与复杂场景的适应性。

相位对焦在不同相机类型上的应用方式略有不同：

1. 单反相机：独立相位检测模块

专用对焦传感器：单反相机通过反光镜后的副反光镜将部分光线反射至底部的独立相位检测模块。该模块包含多个对焦点（如十字型、线性），通过专用传感器分析相位差。

优势：对焦速度快，适合高速连拍与运动场景。

局限：需光学取景器工作，实时取景（Live View）时无法使用。

单反相机的对焦模块

2. 无反相机、手机：片上相位检测（On-Sensor PDAF）

像素分割技术：主成像传感器的部分像素被设计为相位检测像素。例如：

佳能 Dual Pixel AF：每个像素分为左右两部分，独立感光，通过比较两部分信号差异检测相位差；

索尼 Exmor 传感器：嵌入专用相位检测像素点（通常以成对排列）。

优势：实时取景和视频拍摄中均可使用相位检测，支持广域对焦覆盖与眼部追焦。

混合对焦系统：结合相位检测（快速粗调）与对比度检测（精细微调），提升复杂场景的准确性。

3. 对焦点布局与性能

覆盖范围：现代相机拥有上千个相位检测点，覆盖画面 90% 以上区域。

十字型对焦点：可同时检测水平与垂直方向相位差，避免对横向 / 纵向线条的误判。

低光优化：部分机型通过增大像素尺寸或算法优化，提升暗光对焦能力（如 -6EV 对焦）。

今天我们就不去扩展介绍各种相位对焦（例如说全像素双核、全像素四核、全像素八核、2*2OCL 等等）的具体内容了。我们来继续随着时间线往下，进入微单时代，又迎来了一种新又不新的对焦模式——反差对焦。

实际上反差对焦在上世纪 80 年代中已有探索，但是受限于技术和性能，对焦失误率非常高，当时基本都是采用 TTL（Through The Lens）自动对焦的单反相机，其通过镜头后的传感器检测对比度变化，驱动镜头马达完成对焦。在单反相机中，由于反光镜结构阻碍实时取景，反差对焦仅能在抬起反光镜时使用。90 年代后，数码相机开始采用反差对焦，主要应用于小型数码相机（卡片机）。

2008 年后，随着无反相机（如松下 G1、索尼 NEX 系列）的兴起，传统单反的反光镜结构被取消，传感器直接参与取景和对焦。这为反差对焦提供了新的舞台。由于无反相机无需相位检测模块，厂商转而优化传感器算法，提升反差对焦效率。

反差对焦的原理

反差对焦（Contrast Detection Autofocus, CDAF）是最早的自动对焦技术，其原理与人眼的对焦方式相似——依靠画面的对比度变化来判断焦点位置。

当一个物体处于焦外时，其影像会变得模糊，形成许多弥散圆，导致画面对比度降低；而当物体准确对焦时，焦内区域的影像清晰，对比度最高。

  • 焦外区域：点状细节被弥散圆覆盖，亮度扩散，对比度下降。

  • 焦内区域：点状细节锐利，边缘清晰，对比度明显。

相机的传感器正是利用这一特性来判断焦点：当对比度达到最高值时，焦点即被确认。

而对焦过程可以分为以下步骤：

  1. 镜头移动：对焦马达驱动镜片，从最近对焦距离向远处移动（或相反）。

  2. 画面分析：传感器持续检测画面中对比度的变化，并记录对比度数值。

  3. 寻找峰值：当检测到某个位置的对比度最高，系统判断该点为最佳对焦位置。

  4. 回调对焦点：镜片调整回到该位置，完成对焦。

✅ 优点：技术简单、成本低、精准度高。

❌ 缺点：需要多次调整才能找到对焦点，对焦速度较慢，易出现 " 拉风箱 " 现象（画面模糊和清晰反复变化）。

尽管 CDAF 速度不如相位对焦（PDAF），但随着算法优化（如松下 DFD 技术）和计算能力提升，它仍在许多相机和手机摄影中广泛应用（并且可以和 PDAF 并存，形成混合对焦）。

题外话：

介绍一台用手动镜头的自动对焦相机：康泰时 AX

Contax AX 是一款具有独特自动对焦系统的高端单反相机，由京瓷（Kyocera）于 1996 年推出。它是世界上唯一一款可以让手动对焦镜头实现自动对焦的单反相机，这一设计在相机历史上极为罕见，使 AX 成为了一款具有革命性意义的相机。

康泰时 AX 的最大创新在于，它能够让卡尔蔡司（Carl Zeiss）C/Y 手动镜头实现自动对焦，这一点在传统的自动对焦单反相机中是极为罕见的。它的实现方式并不是在镜头中加入马达，而是移动整个胶片平面来调整对焦距离。这种方法与传统的通过镜头内部对焦元件移动进行对焦的方式完全不同。

• 相机内部的对焦机构：相机本体内置了AF 对焦马达，通过移动胶片和感光平面来实现自动对焦。其移动范围为 4.5mm。这对于大多数标准和远摄镜头来说已经足够，但对于某些超广角镜头（如 18mm 或更广）而言，焦点可能无法调整到无穷远。

• 兼容手动镜头：由于对焦的运动发生在相机内部，意味着所有康泰时 / 蔡司 C/Y（Contax/Yashica）卡口的手动镜头都可以实现自动对焦，这是其他自动对焦单反相机无法做到的。这也意味着它可以兼容当时康泰时旗下的所有手动镜头，如 Planar 50mm f/1.4、Distagon 35mm f/1.4、Sonnar 85mm f/2.8 等经典卡尔蔡司镜头。

• 手动对焦模式（MF）：用户仍然可以手动对焦，和普通的手动对焦相机一样操作。

• 自动对焦模式（AF）：当启用 AF 时，相机会调整胶片位置，使手动镜头变成 " 自动对焦镜头 "。

结语

尽管对焦方式的名称多种多样，也增加了 AI 识别等先进技术，但到现在其实各个厂商一直在用的对焦核心方案主要都还是相位对焦和反差对焦，相信接下来的很长时间也都还会是这样的被动对焦模式，拼的可能更多是算法、逻辑等等。

如果大家喜欢这样的科普类文章请多多留言支持！我们打算如果群众呼声高的话，就讲讲现在最新的对焦情况，手机传感器的更先进的对焦，以及对未来相机对焦技术的发展展望 ~

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