数字单反相机跑焦原因分析及测试跑焦的方法

1、一 跑焦对拍摄的影响在数字单反相机在拍摄过程中，成像后照片上的最清晰点，没有落在被拍摄物体上所选定的对焦点上。而是偏近（前）了、或者偏远（后）了。这种现象被简称为“跑焦”。通常发生焦点被改变的范围在几毫米到几厘米范围之间，在拍摄景深比较浅的情况下，跑焦现象比较明显。当在拍摄景深较大的情况下，成像后的最清晰点虽然可能被向远（近）移动，仍然在景深范围内。跑焦不容易被察觉。这里仅针对相机、镜头因素而产生的跑焦做分析。二跑焦的原因分析先介绍数字单反相机自动对焦系统的工作原理。再结合机身内部各个光路构造做具体分析。在数字单反相机内，有两套独立的自动对焦系统：反差式自动对焦、相位检测自动对焦。供用户选择使

2、用。1. 反差式自动对焦模式，是用液晶监视器取景拍摄，简称“实时显示拍摄”。图1右图所示了它的光路。镜头进入的光束直接投射在成像感光元件上，并且通过相机背后的液晶屏幕实时显示。液晶屏幕显示的图像中，有一个可以由操作者改变位置的小对焦框。相机内的处理器根据这个对焦框内图像的反差情况，驱动镜头对焦伺服马达，来回找寻到最佳对焦点。这种方法，直接根据最终成像，做往复式自动对焦。对焦精度仅取决反差算法和镜头对焦步进位移的精度。能够比较好地克服机身、镜头中存在的多种结构性误差影响。把跑焦限制在非常小的范围内。卡片相机、微单相机大都采用这种方式。它的缺点是需要对焦框内被摄物有一定反差的条件下，才能进行对焦。

3、另外，由于对焦过程中，需要来回寻找最佳对焦点。对焦速度上略慢。2. 相位检测自动对焦，也就是取景窗中的点对焦工作模式。它的对焦速度很快，能够实现单次对焦、人工智能连续对焦。明显的跑焦往往发生在这种工作模式下。图3是佳能550D数字单反相机，使用佳能EF 50mm f/1.4 USM镜头。物距500mm。设置：焦距50mm,光圈1.8。以靶心为对焦点，拍摄的测试结果。可以看出，在同样的拍摄条件下，在相位式自动对焦工作模式下拍摄(左图)，在成像照片上的最清晰点被移近偏离了靶心，在0到-1之间。发生了跑焦。而反差式对焦工作模式下拍摄的照片（右图），最清晰段在0附近，+1到-1附近的虚化基本对称。对焦

4、点基本正常。下面结合相位检测自动对焦的光路构造和自动对焦工作原理，对跑焦成因做分析图1图1左图是相位检测自动对焦系统光路，右图是成像光路。反差式自动对焦系统也用这个光路。图1左图中，。镜头进入的光束，一部分透过反光板，被装在后面的小反光镜，反射到相位检测自动对焦的感应器AF上。当半按下快门开关时，机身中的微处理器，根据AF感应器提供的镜头对焦环当前所在位置，计算出达到最佳对焦位置差距，驱动镜头做对焦步进，实现对焦。对焦完成后，发出提示。用户全按下快门拍摄。这时候，反光板抬升，镜头进来的光束通过快门，投射在成像元件上，完成拍摄曝光。图1右图这种结构中，AF感应器、成像元件分别构成了两个独立的“焦

5、平面”，当这两个独立的焦平面之间的距离，夹角关系，在完全符合设计精度的情况下，自动调焦后才能在成像元件上获得对焦点处最清晰的图象。由于在制造过程难以保证它们的绝对一致。加上更换不同品牌的镜头的差异因素。因此，这些误差都需要通过适当的调整来消除，以使机器工作在良好的状态。基本原理是先通过外加辅助检测手段，测量出这个误差。然后把修正参数存入机身内处理器中。以后每次做点对焦时，处理器根据它，给镜头加一个对焦步进的附加修正量，来达到最佳对焦。这种设计思想，有利于降低制造成本。它很好地解决了制造误差。由于机身内没有设计并加入误差的检测，对焦控制过程仍属于开环控制。对于出厂后，在各种使用条件下，所带来的二

6、次误差，不能很好地解决。这样使得下列因素都有可能导致跑焦：1. 机身内部的两个焦平面间的三维空间位置发生改变。导致内部对焦系统光路与成像系统光路间原有的光程比例关系被改变。a) 如果是两个焦平面的空间光程距离超过规定范围。可能导致在所有的对焦点上拍摄都出现焦点一致前移或者后移。通常以前移为常见。b) 当两个焦平面的夹角超过规定范围，在不同的对焦点上焦点有的会发生前移，而有些可能发生后移。2. 镜头安装上机身卡口后，实际光轴与设计的理想光轴不完全重合，导致镜头到AF感应器光程和成像光程两者的比例关系发生变化。3. 不同品牌的镜头间，被驱动后，对焦位移步进存在微小差距。那么这种误差多大才能导致发生

7、跑焦呢？通过下面的例子，我们可以大致上有点了解。例：镜头焦距50mm，拍摄距离0.5米，光圈系数，佳能50D,APS-C画幅相机上拍摄。求景深近界和景深远界、最大焦深。根据景深计算公式：前景深L1=FL2/（f2+FL）（1） 后景深L2=FL2/（f2-FL）（2）式中：容许弥散圆直径。APS-C画幅成像元件上的容许弥撒园直径通常取9mmf镜头焦距 F镜头的拍摄光圈值 L对焦距离 L1前景深 L2后景深 分别得到前景深为：2.4mm后景深为：再通过物象公式: 1/f=1/u+1/vf焦距，u物距，v像距有最大像深 =后景深*v /u得到最大像深为：从上面例子看出，当AF感应器与成像元件两光路

8、间的光程误差，超过最大焦深后，既。可察觉到跑焦。通过以上分析，我们得到以下认识：1. 相位式自动对焦系统，成像与对焦感应器被设计、安装在不同的两个焦平面上。由于没有加入误差检测、实时校正。跑焦的范围取决于结构精度。并且会随着误差大小而变化。2. APS-C画幅的成像元件，比全画幅的成像元件尺寸小30%。弥散圆直径缩小。在相位式自动对焦工作时，当出现同等情况的光程误差时，比全画幅相机具有更明显地影响。3. 跑焦主要发生取景窗中的点对焦工作模式。而在反差式对焦系统中，由于采用全闭环反馈控制系统设计。对焦光路与成像光路是公用的，不存在光路间的光程误差。使得它在补偿镜头、机身等结构误差的能力强于相位式

9、对焦系统。消除了上述导致跑焦的因素。4. 当在取景窗中点对焦工作模式的拍摄中，随着加大光圈、拉长镜头的焦距、以及拉近拍摄距离，拍摄景深将随之变浅，同时焦深也变浅。跑焦影响更加明显。反之，拍摄景深比较大的境况下，即使用有跑焦的器材拍摄出的照片，也很难察觉到有明显的跑焦现象。5. 存在跑焦的器材，在浅景深拍摄情况下，采用“实时显示拍摄”对焦模式，能大大地减低跑焦的影响。三测试跑焦的方法1. 测焦卡，可下载、打印后自制。2. 相机快门速度，应该工作在高于安全速度。相机固定在三脚架上。3. 根据测焦卡要求，相机镜头光轴与测焦卡平面保持一定夹角。并与测焦卡底平面平行。4. 保证拍摄的环境亮度。不要用日光

10、灯等闪烁光源照明。避免在因亮度不够、或因闪烁影响对焦精度。5. 最好用快门线或延迟快门触发。减少机身触发抖动的影响。6. 把镜头的光圈开到最大，以获取比较浅的景深。7. 把镜头拉到最长焦距，尽量控制比较浅的景深。8. 相机设置在相位检测自动对焦（单点对焦）工作模式下，使用中心对焦点，对准测焦卡靶心。半按下快门，等自动对焦完成后，再全按快门拍摄。9. 相机设置在屏幕对焦工作模式下，把对焦框移动至屏幕中心，对准测焦卡的靶心对焦拍摄。拍摄后，比较两种对焦工作模式下的照片。靶心应该都是最清楚的。如果屏幕对焦工作模式下拍摄的照片，靶心是最清楚的。而相位检测自动对焦（单点对焦）工作模式下，拍摄得照片，最清楚的地方不在靶心，就可以判断，存在跑焦。单反相机其光路结构设计大体相似。所以在点对焦拍摄（相位检测自动对焦）跑焦因素都存在。一些高端相机中，加入了AF微调功能，容许用户通过相机菜单选项和按键自行加入对焦补偿参数，来抵消跑焦因素。但在变焦镜头上，由于焦段不同，补偿很难做到一致。此方法效果尚不够理想。跑焦往往在APS相机装上大光圈镜头，拍摄非常浅景深的情况下