相机自动对焦（AF）系统的深度技术解析：从光学原理到智能算法

一、光学成像与对焦的物理本质

1. 对焦的核心目标：最小弥散圆理论

• 当物体发射的光线通过镜头后，在传感器上形成的光斑称为 “弥散圆”。当物体位于准确焦平面时，弥散圆直径最小（理想状态下为一个点），此时图像最清晰。
• 数学表达：设允许的最大弥散圆直径为 c，则焦深范围 \(ΔL\) 可表示为 \(ΔL = \frac{2cL^2}{fD}\)（L 为物距，f 为焦距，D 为光圈直径）。

2. 镜头移动的光学逻辑

• 镜头组由多片镜片组成，对焦时通过步进电机或音圈马达（VCM）移动部分镜片，改变像距 v，使物距 u 与焦距 f 满足成像公式 \(\frac{1}{f} = \frac{1}{u} + \frac{1}{v}\)。

二、对焦检测技术的两大技术体系

▌相位检测 AF（PDAF）：速度优先的光学方案

1. 硬件架构与工作流程

• 单反相机的相位检测模块

  • 结构：光线经五棱镜反射至独立的相位检测传感器（如佳能的 “十字对焦点” 由水平 / 垂直两组检测单元组成）。
  • 工作原理：光线被分光棱镜分为两束，通过比较两束光在检测像素上的位置偏移（相位差），计算出镜头需要移动的距离（公式：偏移量 \(Δx = \frac{Bf}{L}\)，B 为基线距离）。
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