近期我们的举办的佳能全画幅摄影大赛正在持续收稿中，这届影赛的主题是【一瞬定格，极速对焦】，面向所有人征集大家拍摄过的最精彩的瞬间。
要想高速精准地对焦、定格画面，离不开相机中的自动对焦系统。这虽然是相机中大家最为熟悉的功能，但同时也是最核心的、科技含量最高的技术之一。各大相机厂商都争相在自动对焦技术上一争高下，因为自动对焦系统的好坏极大程度上直接影响着出片率。
上：钱俊 下左/右：付亮
相机诞生一百多年后，才出现了初步的自动对焦的概念。自动对焦相机最早是佳能提出的，研发自动对焦所面临的第一个问题是，如何解决对焦检测问题，即相机如何判断自己是否对焦成功？
一、自动测距模式
上世纪八十年代，自动对焦系统分为主动对焦检测和被动对焦检测两类。所谓主动对焦检测，就是相机发出超声波或者红外线，通过物理方式进行测距，并通过测定的距离进行自动对焦，但有一个缺点是，遇到玻璃等对超声波、红外线产生干扰的介质后就无法准确测距了。因此后来被动对焦检测模式被延续了下来，成为今天相机对焦系统的原型。
©钱俊
被动对焦检测系统是通过镜头来收集被摄体所反射的光线信息，然后用相机机身对这些信息进行计算，从而判断是否合焦。现在大家所熟知的对比度检测和相位检测都属于被动对焦检测的形式，后面再详细解释一下。
©钱俊
二、镜头马达
相机完成测距之后，如何驱动镜头进行细致的调焦呢？这里就需要对焦马达的参与了。
最早的马达就是大家熟悉的线性马达，这类马达的特点就是对焦噪声比较明显，速度慢，而且动力有限，只能驱动小型镜片。但有时就在于结构简单，成本低廉，如今一些入门级镜头上用的就是线性马达。
高端镜头上会用到超声波马达，佳能镜头上有USM标识的就是超声波马达，耗电低，动力强，快速而准确。
另外还有一种步进式马达，在佳能镜头上有STM 标识，这类马达体积更小，速度接近超声波马达，也是一种不错的选择。
三、对焦技术的突破
多数数码相机在实时显示拍摄时都使用反差检测自动对焦，根据图像感应器成像的对比度检测合焦位置。
相位检测自动对焦时能够预测合焦时的镜片位置并驱动镜片合焦，而对比度检测自动对焦是通过前后移动镜片来搜寻合焦位置的，因此自动对焦速度较慢。
©付亮
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快速、快适、高画质
自EOS 650D开始采用的“Hybrid CMOS AF”，在像面上应用了与相位检测自动对焦同样原理进行高速对焦的图像感应器相位检测自动对焦，并配合对比度检测自动对焦来提高自动对焦速度。
©付亮
为了实现更快的自动对焦速度，只要能增加自动对焦像素的数量并提高相位检测自动对焦的精度，就不再需要反差检测自动对焦了。
但是，兼顾画质令自动对焦像素在数量上有所限制，而 EOS R5/R6 上所搭载的“全像素双核CMOS AF”从根本上解决了这个问题。
EOS R5
普通的图像感应器将微透镜分配到每个像素上，在它们的下方各有一个光电二极管将光信号转变为电信号，但是使用全像素双核CMOS AF的图像感应器，将每个微透镜下的光电二极管都一分为二，这样，一次同时可捕捉两个视差图像。
#全像素双核CMOS AF示意图
全像素双核CMOS AF的CMOS图像感应器在像素中都配置了2个光电二极管。通过这样的结构可实现图像感应器相差检测自动对焦，对焦更迅速。
全像素双核CMOS AF会利用来自这两个图像的信号来完成相差检测自动对焦。而且重要的是，汇集两个光电二极管的图像信号便可作为一个像素进行输出。由于1个像素就能兼备自动对焦和图像捕捉功能，所以这种结构可以应用到所有像素中。既保持了画质又可增加用于自动对焦的像素数，画质基本没有受到影响。
由于可自动对焦的像素分布于整个CMOS图像感应器，因此在覆盖实时显示屏幕约80%(垂直)×80%(水平)的宽范围区域内都能使用相差检测自动对焦完成最终合焦※。这样不仅提高了自动对焦速度，在夜景环境中对点光源的对焦精度也得以提高，而这曾是反差检测自动对焦的难点。
©刘竞
佳能坚信在维持成像性能的前提下，也可在实时显示拍摄中实现高速自动对焦。正是由于佳能的执著信念，这项技术才得以实现。
EOS R5
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通过图像感应器相差检测自动对焦实现高速对焦
全像素双核CMOS AF通过图像感应器相差检测自动对焦可实现高速对焦。“相差检测自动对焦”是以从2个位置获取的信号为基准进行测距的对焦方式。由于需要检测2个被摄体成像（相位）的间隔（差），因此被称为“相差检测自动对焦”。
全像素双核CMOS AF为每个像素都配置了2个光电二极管，并由此获得2个信号（A像和B像）。通过比较A像和B像的视差信号计算出镜头的驱动量和驱动方向。
©刘竞
而拍摄时可拼合2个信号作为1个图像信号进行输出。这样就能在不影响画质的情况下同时实现自动对焦和图像捕捉功能。
©刘竞
另外，全像素双核CMOS AF将水平方向排列的多个像素连接起来，使其成为线型感应器（纵向线条检测感应器），调动多个像素进行对焦。这里的线型感应器长度（相当于取景器自动对焦感应器的基线）会根据光圈产生变化。因此，使用光圈F8拍摄短片时也能进行自动对焦。
EOS R5
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全像素双核CMOS AF的对焦原理
全像素双核CMOS AF可从光电二极管A和B中分别检测出A像和B像的信号。在完成合焦的状态下2个像将重合，而在未完成合焦的状态下，2个像都是模糊且相互错开的。
通过检测偏差量（信号差）和偏差方向（A像和B像分别位于中心的哪一侧），就能计算出对焦镜片组应当朝什么方向移动多少距离。这样一来就能直击目标，迅速对焦了。
合焦时2个像的状态（示意图）
焦点偏前时2个像的状态（示意图）
焦点偏后时2个像的状态（示意图）
四、小结
自动对焦技术是近四十年才享有的科技前沿产物，也是衡量一款相机性能的核心角度之一。各大相机厂商在自动对焦技术上均有不同的成果，同一品牌不同级别的机型上也有不同性能的对焦系统搭载，购机前一定要做足功课，仔细甄别。
在拍摄动物、体育、活动、新闻事件等场合，若没有可靠的自动对焦系统支持，其结果将会是灾难性的。