在之前的文章中，我们讲了激光对焦系统的原理。

其中，我们提到了除了激光对焦系统之外，常见的对焦系统还有反差对焦系统和相位对焦系统。

今天我们先从比较基础的说起，来讲讲反差对焦系统。

01 何为反差对焦系统

反差对焦系统（CDAF，Contrast Detection Auto Focus），简单来说，就是基于反差——更详细点说是图像对比度的变化——来寻找焦点。

a 对比度与反差

首先，我们来讲讲对比度与反差。

我们之前讲过，合焦的情况下，像面聚焦在传感器上；而非合焦的部分则无法聚焦在传感器上，在传感器上出现虚化效果。

反差对焦，实际上是通过取画面的一小部分作为判断根据，通过判断图像的对比度（锐利度）来判断是否聚焦。

我们来看下面这张照片。

照片中最中心的花属于合焦状态，我们能看到花朵的边缘清晰，对比度强烈。

而画面周围的内容则是属于非合焦状态，就会比较模糊、不清晰。

如下图所示，我们可以用边缘检测算法来分析这张图。

左右图对比可以看到，图片中对焦正确的地方边缘清晰（对比度高），更容易进行边缘识别。

当然，实际上计算对比度是使用别的方式，不过由于效果不大明显，这里使用边缘识别的方法来讲解一下。

因此，相机想要判断我们关注的内容是否合焦，只需要判断对焦区域对比度（反差）是否最强烈就可以。

b 反差对焦系统的工作过程

在之前的分析中我们知道，在合焦时，反差值取得最大值；而偏离焦点后，反差值则会逐渐降低。

这个问题就转换成了数学问题，反差值关于距离s的函数f(s)，求取值范围内f(s)最大值时的s。

而如果了解编程的朋友应该知道，可以从s取最小值开始，通过步进和二分法的方式逐渐逼近最佳s值。不过这里我们会尽量以更通俗的方式来进行讲解。

网上找了个动图的截图，我们先从这张截图进行讲解，可以结合这个图和下面的解释图进行理解。

在对焦开始时，一般透镜会从最近（或最远）处开始进行对焦。

这时候，对焦点没有合焦，反差比较小。

接着，对焦系统开始移动透镜，随着距离逐渐逼近合焦距离，对比度逐渐增大，如下图：

在某个瞬间，距离达到合焦距离，对比度达到最大值。

但是这时候相机并不知道已经达到了合适距离，仍然进一步移动透镜，对比度又开始缩小：

这时候，相机知道已经移动过了最大值，就反方向移动透镜，回到最大值的位置，完成对焦：

在实际进行对焦时，可能还会进行更精确地多次反差对焦，来尽可能精确地逼近最佳距离。

但是，多次反差对焦则会延长对焦时间，在设计对焦系统时，会合理对两者进行取舍。

类似下面的流程图。

示意图的动图版如下。

文字是看不懂的外文，不过可以结合上面的介绍了解一下。

02 反差对焦的优缺点

接下来，我们按照惯例来讲讲反差对焦的优点和缺点。

a 优势

从上面介绍的原理中我们可知，反差对焦直接利用感光元件和图像处理器完成对焦，无需额外传感器或分光装置，能极大的节省空间和成本。

同时，由于反差对焦能够在对焦时选择任意区域进行对焦，在手机、触摸屏相机等设备上可以灵活选择对焦点。

b 局限性

接下来说说缺点。

首先，反差对焦的对焦速度相对较慢。

在上文中我们讲过，反差对焦在对焦时，需要逐帧计算对比度并多次调整镜片位置（在相机对焦时，我们也可以看到取景框中的景色先从模糊到清晰，然后又变模糊再变清晰，多次重复后停在清晰画面的过程），才能逐渐逼近合焦距离。

这就导致了对焦延迟明显，尤其在动态场景中表现不佳。

其次，反差对焦系统对对焦环境也存在着一定的依赖性。

例如，在低反差场景（纯色背景或缺乏纹理的物体），由于无法判断对比度，可能会导致对焦失败。

同时，虽然反差对焦的弱光适应性优于相位对焦，但极端暗光下仍需辅助光源。

c 优化和改进

既然都说到这里了，我们就来说说反差对焦可能的优化点吧。

从上文中我们可以知道，在对焦的过程中，需要多次进行成像——对比度计算——移动镜片的操作。

因此，要优化对焦的性能，除了上文中说的精度和速度的取舍之外，还可以从上面这三个步骤来优化。

例如：

提高传感器成像速度（提高感光元件和镜头的采样帧率）

提高对比度计算的算法性能（减少试探性移动次数等）

提高镜片移动速度和协调性

03 反差对焦的应用场景

一般来说，反差对焦常用在需高精度对焦的静态拍摄（人像、微距摄影等场景）上。

弱光场景下，还可以搭配大光圈镜头提升进光量，弥补速度劣势。

不过更多的时候，反差对焦系统会和其他对焦系统结合，各取所长。

例如，反差对焦系统和相位对焦系统合作，对焦时，相位对焦快速定位大致焦点，反差对焦微调对焦精度。

在不同场景下也可以使用不同的对焦方式，例如明亮环境启用相位对焦快速合焦，弱光下切换至反差对焦。

04 总结

简单总结一下吧。

反差对焦靠反差，计算对比取最大。

先从最近来试探，每走一步算一算。

经过距离最佳值，对比度大变小时。

镜头回到上一步，得到最大清晰度。

优点灵活成本低，环境依赖速度慢。

现代对焦系统中，常常合作来使用。