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M4/3 (Micro Four Thirds System)討論版
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[转]讲诉松下GH2 0.1s对焦背后秘密 | 無發表權 |
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| 發表者 | 討論內容 |
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| rear | 發表時間: 2011-01-12 23:57 |
Home away from home   註冊日: 2006-01-31 來自: 發表數: 359
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[74637]
[转]讲诉松下GH2 0.1s对焦背后秘密 原文�Ghttp://article.pchome.net/content-1260791.html
这篇文章是pchome的用户编译自watchimpress的文章，里面有很多有意思的内容，贴过来供大家了解下。作者原文链接�Ghttp://blog.pchome.net/article/372732.html watchimpress原文： 整片文章原文你取自——《パナソニックDMC-GH2が実現した「0.1秒AF」の秘密�nhttp://dc.watch.impress.co.jp/docs/news/interview/20101224_416051.html --------------------------------------------- 1、前言： 松下10月发布了微型可更换镜头M4/3系统微单相机LUMIX DMC-GH2，除了强大的视频能力外，最引人关注的还有高达0.1s的超高速反差式对焦，相比相位检测对焦，已经有过之而无不及，这给松下微单的后续发展铺平了道路，因为对焦速度一直是微单与单反的主要差距之一，同时0.1s超高速反差式对焦的实现，也让松下在微单核心技术领域遥遥领先。 日本DCWATCH网站今日就松下LUMIX DMC-GH2的高速反差式对焦系统对松下高层进行了专访，其中包括松下AVC网络事业部主管友泽泉，LUMIX G系列实体的设计部主管中岛英和，以及反差式对焦开发小组负责人山根洋介。 2、DMC-L1与 DMC-L10的启发··· 松下LUMIX DMC-GH2 ——当然奥林巴斯和松下开始研发M4/3系统时，对反差式对焦的发展有着怎样的预见？ 中岛：M4/3系统的规格与奥林巴斯共同研发，一开始就决定了不能使用相位检测，而必须采用对比反差式对焦，我们的目的自然是要设计更快更准确的对比反差式对焦，最终目标当然是要让反差式对焦超越相位检测对焦。 山根：如果说M4/3系统因为体积小巧就导致对焦速度慢，那么我们研发M4/3的开发也就没有什么意义了，所以从一开始，我们就把高速对比反差式对焦作为必须攻克的难题之一，我们就是要挑战“现阶段”最快的反差式对焦。 中岛：对比反差式对焦本来是很缓慢的，但是松下在微单的反差式对焦速度上一直都是最快的，如世界上第一台M4/3微单相机松下DMC-G1的对焦速度就已经非常快，甚至已经非常接近单反，这是其他厂商反差式对焦至今也没有达到的，而我们所要做的就是超越，研发比松下DMC-G1更快的反差式对焦。 ——在发布M4/3系统相机以前，松下是不是也发布了4/3系统的相机？ 中岛：是的，包括LUMIX DMC-L1和LUMIX DMC-L10。 松下LUMIX DMC-L1 松下LUMIX DMC-L10 ——这些相机也装载了对比反差式对焦系统吗？ 中岛：松下LUMIX DMC-L1只装载了相位检测对焦，而松下LUMIX DMC-L10虽然是单反，在拥有相位检测对焦的同时，也采用对比反差式对焦。当反光镜抬起时，就可以采用反差式对焦，但是LUMIX DMC-L10的对比反差式对焦非常缓慢，与我们今天谈论的LUMIX DMC-GH2绝对不是一个概念。从LUMIX DMC-L10的对比反差对焦研发开始，我们就注意到了镜头与机身的通信问题，这或多或少为我们研发更快的M4/3对焦系统提供了思路。 ——从LUMIX DMC-L10开始，高速对比反差式对焦就正式成为研究课题了？ 中岛：并非如此，4/3系统是单反，单反相位检测对焦是优势，所以LUMIX DMC-L10相位检测仍是重点，因此4/3系统并没有对对比反差式对焦投入过多的心血。 ——这个话题很有意思，一方面学习4/3单反的结构，一方面想着反光镜其实是障碍？ 中岛：因为4/3太大了，我们从进入高端数码相机领域开始，就朝着小而轻的方向发展，但是考虑到如果相机依旧包含反光镜和镜箱，那么即使我们再怎么缩小相机体积，与其他单反也不可能拉开太大的距离，因此我们就想到了把这个在数码时代可有可无的反光镜和镜箱取消。 中岛：打算抛弃反光镜的话，必须也同时取消光学取景器和相位检测对焦，另外快门组件也需要重新设计，山根进行了这部分研发，发费大概数年时间。由于之前的LUMIX DMC-L1和LUMIX DMC-L10，我们听到很多用户的声音，知道用户需要一台什么样的相机，因此当DMC-G1发布时，获得了用户的一致认可，因此对于LUMIX DMC-L1和LUMIX DMC-L10对于松下微单系统的开发功不可没。 ——松下在进入4/3领域时，就想着M4/3系统的研发吗？ 友泽：没有，我们当时只有一个目的，就是做好4/3系统的单反，成立完整的相机事业部，使人们改变松下只能生产小型DC类相机的印象，LUMIX DMC-L1和LUMIX DMC-L10就是开始。因此我们向两个系统注入了当时全部的技术，做出了松下当时能做出的最好产品。但是经过种种市场反馈，以及我们设计理念的进步，最终我们决定全力进军M4/3系统。我们目的就是将LUMIX打造为世界最好的相机品牌，因此仅有小型DC相机是不够的，我们需要创新，需要M4/3系统。 中岛：再有，因为在开发DMC-L1之时，我们已经考虑到视频的问题，虽然DMC-L1没有提供视频功能。在当时来说，视频对焦采用相位检测是非常困难的，因此我们需要反差式对焦，因此在DMC-L10中，我们就开始尝试在实时取景模式使用反差式自动对焦（当时奥林巴斯的4/3系统只有相位检测对焦），这也为我们今后M4/3系统相机视频实现快速反差式对焦提供了基础。 ——Micro 4/3系统这个名称是你们命名的吗？之所以称之为微型（Micro），是不是与卡口直径变小有直接关系？ 中岛：名称当然是奥林巴斯共同商议后命名的，主要是指体积更小。 友泽：当我们进入单反领域时，佳能和尼康已经占据了大部分市场份额，并且拥有庞大的镜头群，留给松下的空间已经非常的小了，如果我们打算在可更换镜头相机领域有所发展，必须要有创新。 中岛：我们考虑到，胶片相机进入数码时代后，应该有更大的进化，而不是仅仅将底片换成CCD/CMOS传感器，增加液晶显示屏而已，因此我们认为需要一场彻底的变革，这就是M4/3系统。虽然佳能和尼康有能力改变这一系统，但是也正式因为拥有庞大的镜头群和与单反的核心技术，他们不会这么做。 友泽：因为松下最后才进入可更换镜头领域，不会有佳能、尼康的种种顾虑，因此我们可以更加果断的进行这场变革。 3、反差式对焦与相位检测对焦的差异 ——为什么对比反差式对焦会被认为在速度上不及相位检测对焦？ 山根：相位检测对焦可以瞬间检测到焦点的位置，靠前还是靠后，而对比反差式对焦则是要搜寻对比度的最大值，有一个反复搜寻的过程（如图2），因此在速度上相比相位检测对焦有着先天的劣势。 图1：数码单反和M4/3构造差异 图2：相位检测对焦和反差式对焦工作原理 ——在M4/3系统中，要如何才能改善反差对比度的对焦速度？ 山根：首先，必须加强机身和镜头之间的通信，相机可以实时的接受目前镜头的数据，掌握机身所需的信息，所以我们看到M4/3系统中机身与镜头的链接触电为11个，比4/3系统多了两个。 其次，就算是加强了机身与镜头之间的通信，如果镜头的对焦速度缓慢，仍然无法整体改善对焦速度，因此我们需要研发对焦速度更快的镜片。 第三，加快传感器自动对焦系统的采样率，提高对焦反馈回路（指传输回镜头的信息），正是对以上三点的深入研发，保证了M4/3系统的反差式对焦拥有更快的速度。 中岛：4/3系统中机身与镜头之前信息并不是实时传输，4/3系统只有需要镜头提供信息时，镜头才会将信息反馈给机身，在M4/3系统中，镜头与机身之间则是完全实时的信心传输，没有信息间隔。 ——是不是因为相位检测对焦只需要一次命令就可以完成对焦，而反差则需要镜头与机身反复交换信息，才导致对焦变慢？ 友泽：反差式对焦类似于汽车的GPS导航系统，需要卫星与GPS中端设备反复核对数据才能最终确认准确位置。 ——机身到底从镜头读取了什么信息？ 中岛：对焦镜片的位置信息！ 中岛：总之，就是要通过了解对焦镜片的具体位置，迅速查找到对比度的最大值。 ——那么能否详细的解释一下为什么镜头可以驱动的更快，这主要是镜头机械结构的改变，还是算法方面的改进？ 山根：机械方面的改进比较大，DMC-L1以及DMC-L10采用的标准镜头中对焦镜片重量在10克以上，甚至可达到30g，需要齿轮马达驱动方式，而M4/3系统的镜头的对焦镜片重量较轻，则采用了更加先进的直驱方式，尤其是LUMIX G VARIO HD 14-140mm F4-5.8 ASPH. MEGA O.I.S.更是采用了线性直驱马达，同时对焦镜片只有3.8g，因此动作更快。当然，线性直驱马达不但要快，同时也能提供足够的定位精度。 4、相机轻量化有助于提升自动对焦性能 ——M4/3系统相对于35mm画幅镜头要小，这对于提升对焦速度也有关系吗？ 山根：当然有！相比全画幅M4/3系统的传感器面积更小，因此镜头所需提供的弥散圆也就更小，那么镜头自然也就可以设计更小，同时由于M4/3的焦距与全画幅换算是x2的关系，法兰距也更短，因此我们可以开启全新的镜头设计思路。 ——反差式对焦比相位检测对焦精度更高吗？ 山根：这是正确的，相位检测对焦就像上级命令下属：“你给去小熊在线找到黄四郎”，但实际的情况是，也许上一刻黄四郎确实在小熊在线，但是现在不在了，那么下属自然就找不到，但是下属不会报告上级，黄四郎不在小熊在线这个事实，还会在报告中说黄四郎在（结果就是跑焦了）。但是反差式对焦则不会，当发现黄四郎不在了，就会告诉上级，上级就会再次搜寻黄四郎的位置，直到找到正确位置为止。（以上纯属比喻，而且是我个人的比喻） 中岛：只是上级命令下属干活，和下属反复和上级碰头的工作质量相比可是明显不一样的，因为上级也不是每一次都是正确的！ ——难道相位检测精度就这么差吗？ 山根：当然上面的说法是夸张了一点，但是我想这个例子大家能充分的理解相位检测对焦和反差式对焦的区别。 中岛：尤其是在使用大光圈镜头时，相位检测对焦很难保证精度，如果真的想对焦准确，还是使用手动吧！ 山根：这也要根据相位检测传感器的具体精度决定，而且相位检测对焦的传感器并不是集成在CMOS上，而是需要光路折返，因此再好的相位检测传感器也不可能将误差调整为零。而反差式对焦在精度上则有完全保证，因此我们只需要一心一意做的更快就行了。 5、相位检测对焦镜头使用反差式对焦缓慢 ——为什么原有相位检测对焦镜头使用反差式对焦时会变得缓慢？ 中岛：这是上文提到的为什么我们的对焦反差式对焦会更快的第一个问题。上文已经提到，相位检测对焦确认焦点是单向，不需要像反差式对焦一样搜寻焦点，他们全都采用传导齿轮马达进行对焦，这种马达在单向对焦时还是很快的，但是当需要反方向运动时，就需要让多个齿轮传动回转，有一定的齿轮游离时间，而作为镜头中的自动对焦镜片，游离的时间就会更长，这个时间虽然也很短，但是相比线性直驱马达的镜头，还是会有一定的差距。 减少对焦所需要的镜片，从原先的一组，到现在的一片，即使是这样，还要减少这一片对焦镜片的重量与尺寸，这样就意味着同样的对焦电机，获得更快的对焦速度 左：齿轮传动马达，对焦镜片移动方向与马达传动方向不同右：线性直驱马达，光轴方向直线驱动 其实这个问题不难理解，也就是汽车和摩托车方向盘的问题，摩托车将车把往左转动45度，车轮也会转动45度，而且这个转动时间相同，比如不管左转还是右转都是1秒（线性直驱马达）；而汽车的方向盘你往左转动45度，可能车轮只转动了15度（齿轮马达），假设此时往左转的时间仍为1秒，但是你想车轮再往回到原来的位置，就不是一秒了，可能是1.5秒（请忽略力回馈方向盘），这个多出来的时间也将相当于刚刚提到的齿轮游离时间。 不同镜头的马达驱动类型 6、松下DMC-GH2如何做到0.1秒高速反差对焦 ——松下DMC-GH2如何做到0.1秒高速反差对焦？ 山根：还是上文那三点：第一，提高对焦传感器的刷新率，DMC-GH2为120帧，也就是一秒读取120张图像，同时可以根据焦点位置而调整焦点的搜寻速度，例如当距离焦点位置较远时检测加速，当接近焦点时则放慢速度回归精确检测，而松下DMC-GH2之前的机型只能提供60帧的对焦刷新率，并且只能不具备焦点搜寻变速功能，对焦时全程平缓检测（见下图）。再有我们着重强调要实现0.1秒的超高速对焦，必须使用LUMIX G VARIO HD 14-140mm F4-5.8 ASPH. MEGA O.I.S.镜头，因为该镜头采用了线性直驱马达和重量只有3.8g的对焦镜片，所有要实现0.1秒的超高速对焦，松下DMC-GH2和LUMIX G VARIO HD 14-140mm F4-5.8 ASPH. MEGA O.I.S.镜头缺一不可。 上图：60帧刷新率对焦时全程平缓检测下图：GH2的120帧检测在距离焦点较远时检测加速，当接近焦点时回归精确检测 ——松下DMC-GH1在同等条件下可以实现0.2s的对焦速度吗？ 山根：可以达到0.2秒。 ——松下DMC-GH1之后的GF1及G2速度也一样吗？ 中岛：相比GH1，G2多少变的快了！ ——其他相机如果采用LUMIX G VARIO HD 14-140mm F4-5.8 ASPH. MEGA O.I.S.镜头，对焦速度也有提升吗？ 山根：当然，因为其他相机也可以使用到线性直驱马达和3.8g对焦镜片带来的好处，所有对焦速度自然也有提升，幅度在20%-30%左右。 GH1与GH2采用不用镜头时对焦速度对比 ——松下在12月7日发布了LUMIX G VARIO HD 14-140mm F4-5.8 ASPH. MEGA O.I.S.的最新固件Ver.1.4，听说只有更新了这个固件之后，GH2才能实现0.1秒的超高速对焦？ 中岛：LUMIX G VARIO HD 14-140mm F4-5.8 ASPH. MEGA O.I.S.的最新固件在山根小组进行开发，Ver.1.4版本之前，只能实现0.12s的高速自动对焦，有些人认为这已经很快了，但是我们认为还应该可以更快，决不妥协。而那时LUMIX G 14mm F2.5 ASPH.和LUMIX G VARIO 100-300mm F4-5.6 MEGA O.I.S.也最后研发阶段，实际上山根小组的压力是很大，但是我们最终选择必须让LUMIX G VARIO HD 14-140mm F4-5.8 ASPH. MEGA O.I.S.的对焦速度更快，甚至不惜放缓LUMIX G 14mm F2.5 ASPH.和LUMIX G VARIO 100-300mm F4-5.6 MEGA O.I.S.的研发，现在看来，我们做到了。 7、对比检测对焦已经超越相位检测对焦 ——刚刚提到传感器120帧的刷新速度，难道不可以做的更快吗？这样对焦速度是不是就会提升的更多？ 山根：当然不是刷新率越快越好，因为如果刷新率提升，那么每一帧的曝光时间会减少，画面就会变暗，S/N信噪比也会提高，反而会影响对比度，如果影响了对比度，那么反差式对焦精度自然就会受到影响，这是绝对不可以发生的。 中岛：当然，如果我们现在想做，确实可以设计出更快的对焦速度，但是精度就不能保证了。 ——粗略的计算，每秒种刷新120帧画面，约0.1s对焦速度就是刷新了10帧画面，那么从无限远到2m开始自动对焦时，这10帧画面是怎么处理的呢？ 山根：反差对焦就是要检测出的对比度的最大值，从镜头无限远的位置开始到2m左右的距离取10个采样点。 ——那10个点都可以通过自动对焦来对焦么？ 山根：是的。 ——即使更少也行吗？ 山根：当然也可以，那样的话，就回到了之前讲过的精度的话题了，有10个采样点可以确定峰值，但是，那个采样点的数量减少的话，就变得难以去确定对比度最大值的确切位置了。而采用LUMIX G VARIO HD 14-140mm F4-5.8 ASPH. MEGA O.I.S.之外的其他镜头时，也是采用的10帧确认焦点，但是由于马达和对焦镜片的关系，所需的对焦时间自然也就长了！ ——也就是说是通过往复10次的操作来去寻找对比度最大值？也就是固定在了10次？ 山根：当然，因为这是120fps下的0.1s自动对焦。 ——是不是今后随这传感器可提升的刷新率越高，对焦速度也会有更大的提升？ 中岛：当然，0.1s是不会满足的！ ——对比反差式对焦今后会凌驾在相位检测对焦之上吗？ 山根：不是今后，是现在反差式对焦已经凌驾在相位检测对焦之上了，无论精度还是速度。 中岛：以综合速度来看，我们的竞争对手在对焦速度上至少要花费我们的两倍的时间。而与相位检测对焦相比，我们已经实现了0.1s的反差式对焦，而至今能够达到0.2s的相位检测对焦还没有出现，至于精度上，相位检测对焦更是无法和反差式对焦相比，所以我们的0.1s反差式对焦，确实已经超越了相位检测对焦。 8、后记 我们在很早已经就提到，微单系统想要取代单反，首先要解决的就是对焦的问题，但是就目前一般的对焦系统而言，松下的0.1s超高速反差对焦已经完全超越了相位检测对焦，无论是速度还是精度。但是松下的0.1s超高速反差式对焦比较限制比较多，首先必须采用LUMIX DMC-GH2相机，必须使用LUMIX G VARIO HD 14-140mm F4-5.8 ASPH. MEGA O.I.S.镜头，并且只限广角端从无限要2m的对焦范围之内，因此这个0.1s这个数值更多并不具体普遍性。 反差式对焦在有些方面，比如连续对焦等方面，距离相位检测对焦，还是有明显的差距，但是这也总算是一个好的开始，反差式对焦全面赶上相位检测式对焦，也并非难事。 简单的说，松下GH2如何提高的对焦速度，我总结一下如下几点 机身 第一，120Hz的高速检测速度 第二，优化的变速检测算法 第三，小尺寸传感器带来的宽广景深 镜头 第一，全新优化的镜头结构，大幅减少对焦镜片数量 第二，大幅减少对焦镜片的体积与重量 第三，从新设计的对焦驱动机构，线性垂直驱动。 第四，传统的单反相机镜头的对焦驱动系统，并不适合，快速的来回运动，齿轮会有一个倒齿的时间。m43镜头的对焦驱动系统则没有这个问题 这些应该就是本文所讲述的0.1秒对焦速度的全部秘密了。 |
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