自動對焦到底是怎麼一回事？
自動對焦的發展簡史
1960年，萊茨（現在的萊卡）開始申請自動對焦技術專利。1976年，萊卡在世界影像博覽會（Photokina）展示了一個自動對焦的相機（Correfot原型機）。1977年，柯尼卡發布了第一台大規模生產的自動對焦相機C35。1981年，賓得發布了第一台TTL自動對焦的35mm單反相機ME-F，1983年，尼康也發布了類似的自動對焦相機F3。
自動對焦模塊在下面突出。
這些早期能自動對焦的單反都帶有鏡頭馬達，尤其是你會看到小巧的標準鏡頭旁邊有一大塊馬達機構在旁。這一直持續到1985年，美能達MAXXUM7000隨著感測器驅動電機在機身上。
這是第一台成功打開自動對焦單反市場的相機。在此機以前的自動對焦相機對焦慢而且老出錯，製作成本也比手動機器高很多。
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尼康緊跟美能達之後也有所發展，但在92年也重新用回機身馬達。佳能在1987年推出EOS系統，在擴大卡口的同時直接將對焦系統完全電子化，此舉等同於放棄原有的FD卡口。
歷史大概是如此了，讓我們看看裡面具體的技術吧~。
FD和EF已經是完全不同的兩個卡口。
物理理論
相位檢測
大部分自動對焦的單反都用此原理進行對焦。光線通過副反光鏡射入下方的對焦用感測器進行對焦。在相位檢測測距組件上的感光元件是排成一個陣列(一般是排成一行)在光線照射下，會產生一定的電信號。因此相位檢測只能檢測一個固定方向的對焦情況，而不能檢測圖像的整體形狀。高端單反相機往往用兩組相位檢測儀組成精確的十字對焦系統，或用四組檢測儀組成雙十字對焦系統。要注意的是，不同廠家對於雙十字對焦定義也不一樣，如中央8向雙十字對焦和井形雙十字對焦等。
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可以看到內部有防反光的幾何設計，灰塵不少。
反差檢測
反差檢測原理的對焦系統，一般會整合到感光元件裡面，在使用數碼單反的實時取景功能時你會用上它。小型相機和無反相機往往只能用反差檢測式的對焦系統。其實雖然說是系統，反差檢測只是用軟體就可以實現，不需要特別的物理原件。最重要就是感光元件和圖像處理器。
混合型檢測
如名所示是上文兩種系統的結合。將相位感測器集成到主感光元件上，以實現兩種檢測同時運行的效果。混合性檢測有助於提高對焦速度。
工作原理
我們了解了對焦的物理理論。接下來將試試將其變為現實。
焦點和距離
相機的鏡頭是一套複雜的系統，但我們可以將其看做只有一塊鏡片。要對焦，只要移動這塊鏡片就好。拍攝對象的距離決定了移動鏡片的程度。理想化的條件下，鏡片聚焦情況遵守以下公式：
這公式要求鏡片本身沒有厚度……這是不可能的事。不過我們現在只是藉助這條公式作為參考。
非常簡單的鏡頭，就像一個放大鏡。
非常誇張地設定鏡頭焦距為1000mm，即使1m。所以1/f=1。當S1、S2均為2m時，公式成立，燈泡成功對焦。 若燈泡從2m處移動到8m處，要想成功對焦根據上文公式，可解得S2=1.14m，感光元件應該在1.14m處。可惜上圖並沒有如此，因此對焦失敗，感光元件上只有一個模糊的光斑，成為了畫面的焦外。
神馬！？1000m的鏡頭，物體從2m移動到8m，相機內對焦，鏡片要移動0.86m？這相機體型要多大……
若在第一片鏡片后加入第二組鏡片，就可以有效控制后焦距距離，就可以對上焦了。如下圖例子：
鏡片的複合系統，這差不多成為真正的攝影鏡頭了。就算被攝物體大幅度移動，鏡頭內鏡片也可以只移動一點點。 理想化的數學模型未必是完美的，但是的確能幫助我們去設計鏡頭。了解鏡頭結構之後，接下來是相位檢測和反差檢測在相機內運用的情況。
相位檢測
相機機身內，副反光鏡下，其實還有一些小型的鏡片組用以分離對焦用的光線。這些小鏡片組可以將主鏡頭光線重新分離成不同視覺方向的光線，再進行相位檢測。這樣就相當於旁軸相機的黃斑相位對焦。
假設我們有一張使用大光圈鏡頭拍攝的焦外虛化的圖片。其實這張圖片是由無線個無虛化圖片集合而成。而在現在的鏡頭技術水平條件下，這些無虛化圖片的一個共同點是在某一個固定平面它們記錄的信息相同。所以它們的集合，在這個平面上的信息是清晰的。
這就是大光圈虛化的真相，你所看見的光斑，其實每一點都是原來的點光源，只不過是亮度低，點數多，又剛好排成圓形，看起來才是光斑的樣子。
因此一般我們看到的照片，只要是由光圈結構鏡頭拍出來的，都已經包含多個角度的圖像。小鏡片組的作用是分離出其中的兩個角度，交給對焦感測器將其進行對比，確定那個平面的位置。
反光板下的鏡片組就像光圈F22的小鏡頭，在不同的角度提取出模糊畫面之中的細節。
原理簡圖。其中沒有鏡頭和附加的鏡片。
光線來自鏡頭的兩個方向，被兩組不同的相位檢測儀捕捉檢測，並進行對比。被捕捉的圖像其實在畫面中是相同的位置，是對焦點所在的位置。
原理簡圖。省略了鏡頭的存在。
相位檢測儀將輸出兩組數據到AF運算晶元中進行比較。雖然不同的廠家有不同演算法，但這個過程一般會用到自相關和匹配函數。我們的最終目的是計算兩組圖像之間相距的距離，然後進行調整。最終結果越近越好。
對比圖像信息就可以完成對焦了。
前文有提到過相位檢測對焦有一字對焦、十字對焦等分別。其實一字對焦就是一對相位檢測儀組成的系統，十字對焦就是兩對，一橫一豎，或是斜向交叉排列。下圖是多組不同方向相位檢測的檢測情況。
十字對焦總是更有優勢。
反差檢測
反差檢測會讀取對焦點位置附近的圖像，記錄圖像像素的亮度並求出它們的最大對比值。圖像獲得最大對比值，就是對焦成功時。
圖中的函數梯度反映了圖像的對比度。就可從數學方式判斷較銳利的圖像。
接下來鏡頭將前後移動對焦，相機補鑊圖像分級計算，令圖像往對比度高里變化。如果對比度降低，說明鏡頭走錯了方向，調整方向繼續對焦，直到對比度獲得最大值為止，就對好了焦。
上圖模擬了相機的對焦步驟：對焦，走錯回頭，經過最優點，最後微調。
反差檢測自動對焦的結果可以非常精確，因為它直接以補鑊圖像為基礎進行運算，沒有其他可能出差錯的硬體系統，跑焦可能性就小了。但是這種結構也決定了相機必須要來來回回移動鏡頭才能完成對焦，所以從理論上分析，反差檢測對焦要比相位檢測對焦慢。或許現在一些新相機上，反差對焦表現也不錯，但是其中還有鏡頭小型化等原因，像單反鏡頭這樣的大體積鏡頭，使用反差檢測對焦會很吃虧。
可以預見的是這兩種對焦方式都有其自身的局限。有沒有什麼辦法能兩全其美？
不同的主題、不同的光線效果，都對照片的對比度有影響。
混合式檢測
想要兩全其美，獲得相位對焦的速度，又有反差對焦的準確，要怎麼辦呢？使用混合式檢測就可以達到這樣的效果！
無反相機或使用實時取景的單反相機對焦時，所有的光線將直接照射在感光元件上，所以混合式檢測對焦的辦法就是將相位檢測儀集成在感光元件中，不再另外設置硬體檢測對焦。
那麼如何將相位檢測儀集成其中？考慮到現代感光元件的結構，最簡便的方法是選擇感光元件內的像素點，將其中的微透鏡覆蓋擋住一半。
原理
相位檢測要求先從虛化的大光圈鏡頭成像內抽取沒有虛化的小光圈鏡頭成像。
擋住一半微透鏡的意義是，讓這個像素只接收一個方向的光線。擋住左邊只接收右邊，擋住右邊只接收左邊。於是相機就可以分別獲得從左右兩邊而來的圖像，就可以進行相位檢測了~！
選擇綠色是因為綠色像素點比較多。
這項技術和舊時代的膠捲相機裂像對焦屏一樣原理，分離左右兩方向的光線成像，當它們重合時即可完成對焦。富士的X100s以此實現了電子裂像對焦屏，索尼、佳能、尼康也在它們的相機上實現了混合對焦系統。
融合在感光元件上的相位檢測儀低光檢測能力不是很強，檢測位置也往往被限制在畫面中心區域。這項技術現在在起步階段，未來的發展方向可能是進一步排擠像素點的位置，插入更多對焦專用感測器，再植入高端的相位檢測技術，如「米」字和「井」字排練對焦。
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