自动对焦技术借鉴了生物视觉的智慧，它模仿了人类视觉系统快速聚焦的能力，是一种仿生学设计。

• 从曝光三要素到对焦三要素 

  前面也介绍自动曝光的三要素是光圈、快门、ISO。而在自动对焦中，焦深（Depth of Focus）、焦距（Focal Length）和景深（Depth of Field, DoF） 是三个密切相关的光学概念，它们共同影响成像的清晰范围和视觉效果。

•   理想情况下，与光轴平行的光线射入凸透镜时，所有光线将会聚在焦点，再以锥状的形态扩散开来。

• 在焦点前后，光线开始聚集和扩散，点的影像变成模糊的，形成一个扩大的圆，这个圆就叫做弥散圆。当弥散圆的直径小到人眼不能分辨时，这时的弥散圆被称为允许弥散圆。在焦点前后各有一个允许弥散圆，这两个弥散圆之间的距离是焦深。焦深指在保持影像较为清晰的前提下，焦点（焦平面）沿着镜头光轴所允许移动的距离。

• 对应拍摄景物那一边就是景深。景深分为前景深和后景深。景深随镜头的焦距、光圈值、拍摄距离而变化。对于固定焦距和拍摄距离，使用光圈越小，景深越大

• 自动对焦算法

  人眼的自动对焦能力主要通过睫状肌和晶状体的协同工作实现，这一过程，不需要人脑有意识去控制的行为，其过程是瞬时而无法察觉的。

• 相机的自动对焦（Autofocus，AF）是指相机通过传感器检测焦点状态，并驱动镜头马达调整镜组位置，使被摄主体在成像平面上形成清晰影像的闭环控制系统。可以分为图像输入、图像聚焦检测、图像对焦控制这样一个闭环的控制过程。评价一个对焦算法的优劣主要

  在于对焦精度和对焦速度。

• 这篇将着重介绍图像聚焦检测，注意下面分类方式并不是按照应用的先后顺序。

自动对焦技术可分为被动式和主动式两大类：被动式方案通过分析环境光线实现，主要包括相位检测对焦（PDAF）和对比度检测对焦（CDAF）；主动式方案则依靠发射探测信号，常见的有红外测距、超声波测距和激光对焦等技术。

主动式对焦

    激光雷达（LiDAR）的自动对焦技术，通过实时发射并接收激光脉冲，构建目标区域的高精度三维点云。系统依据点云密度与深度信息，驱动对焦机构在毫秒级完成焦距调整，即使在低光或复杂纹理环境中，也能确保成像始终锐利。相比传统对比度检测，LiDAR对焦速度更快、适应性更强，已广泛应用于手机影像、无人机测绘及自动驾驶等领域，下面是大疆的LiDAR。

被动式对焦

    相位检测对焦：相位检测对焦（PDAF）的灵感来源于人使用双眼观察世界，简单来说是PDAF通过分光生成A和B两像计算两者之间的相位差从而实现，其测距原理与双眼视差的三角测距法类似。

在1977年美国公司Honeywell提出TCL（Through-the-Camera-Lens）相位检测专利，这个自动对焦系统使用陶瓷基板，上面装有48个CCD感光元件（24对）。每对CCD由错开的A、B两组组成，通过上方的复眼透镜分别接收左右两半光线。不同位置的CCD组合对应不同光圈大小，通过比较A、B组信号差异实现快速对焦。

相位检测对焦有两种TCL相位检测、透镜分离相位检测。体现在相机上存在2种，一种是通过分光镜并使用光隔板，将光线分离至独立AF传感器的成像系统；另一种通过改造感光元件像素结构实现分光的成像系统。

在数码单反相机系统中，相位检测通常涉及位于相机机身中的单独自动对焦模块，使用反射镜和分束器将部分入射光转移到专用传感器。在无反光镜系统中，相位检测像素直接嵌入图像传感器上，这使得相机可以同时捕获图像并分析焦点。两种方案他们虽然结构上可能有所不同，但本质上都是基于相位差检测的自动对焦技术。简化为如下：

相位检测聚焦是单反相机中用的最普遍的自动对焦方法，这种聚焦系统一般由反光镜、微透镜，以及多个成像敏感器等硬件构成，其对焦原理如图所示。

简单地说，通过镜头的光束被分为两个部分，分别在不同的两组成像敏感器上成像，如果对焦准确，则两幅图像相同。如果对焦不准，则两幅图像会出现偏移，通过比较两幅图像而检测这个偏移量，就能检测出聚焦的偏离状态。

传统DSLR采用独立AF模块，PDAF系统仅数十组对焦点，并且存在暗光下相位信号弱、边缘对焦弱等局限。也加速了DSRL向MILC的技术进步。传统DSLR采用的独立AF模块PDAF系统确实存在对焦点数量有限、暗光相位信号弱、边缘对焦能力不足等技术局限。这些限制共同推动了相机产业从DSLR向无反（MILC）架构的技术演进。

Shield PD：索尼在2014提出， 在CMOS 表面挑选若干对像素，用金属或黑色遮光层把其中每一个像素遮掉一半，形成 L、R 两组半感光像素。

Super PD：三星在2019提出，用一片微透镜覆盖两个像素，实现片上相位检测。

Dual PD：佳能在2016 年率先在单反 70D使用，把每个像素劈成左右两半，既拍照又对焦，暗光快、准、画质损失最小，是目前手机上最“旗舰级”的相位对焦技术。

需要指出的是若图像无噪声且无高反光、低对比度等干扰因素，相位检测（PD）可精确计算左右视图差异，并通过标定PD值与镜头位移的关系实现快速对焦。但现实场景中，PD测量常存在误差。因此PDAF系统在得到测量结果时，还需要根据当前环境给出一个PD置信度，后级模块在进行可靠性评估以实现精准对焦。