PDA

查看完全版本 : 从EOS10到EOS3 - 佳能相机的眼控对焦技术


chyangwa
08-25-2001, 13:08
从EOS10到EOS3 - 佳能相机的眼控对焦技术

#鞠烽

1990年佳能(Canon)率先在EOS10机型上开发了多点自动对焦方式和自动对焦多点的全自动及手动选择控制技术。1992年在EOS5高级机型上开创了眼控自动对焦选择(下简称“眼控”)功能,曾引起国际摄影界轰动,大家也更关注该技术的改进和发展。1995年佳能(Canon)推出改进后的EOS50E中级机型,其眼控功能更灵敏实用。几年内吸引更多的摄影人纷纷使用,并接受了“眼控”——这种全新的“人—机”摄影控制方式。最近,采用更多高新技术的EOS3准专业机型问世,EOS3机型新功能之一的特点宽区域眼控自动对焦选择功能,标志着Canon开创的“眼控”技术已跨入了专业化、成熟化的实用阶段。
http://www.chyangwa.com/upload/photo-2/3424613222.jpg
本文将针对使用EOS5、EOS50E机型“眼控”功能过程中反映的问题首先介绍为什么会有“眼控”功能,“眼控”功能的基本原理;最后介绍EOS5、EOS50E及EOS3机型的“眼控”功能使用要领。
EOS10照相机的三点自动对焦方式,具有两种AF焦点选择功能。即全自动选择功能和手动选择功能。这种左、中、右的三点自动对焦方式,基本上能适应各类摄影题材的主体位于左、中、右构图位置的自动对焦需要,而这种开放式的构图已成为现代摄影平面构成的主要方式。因此,这种以多个对焦点从被摄景物中选择主体自动对焦的方式,开始称作“构图优先的自动对焦方式”。
为了从不同纵深距离的景物中自动选择出摄影者心目中的主体,自动相机必须具有对景物特征自动分类、识别的计算选择程序。EOS10机型采用的计算选择程序为后续EOS机型的多点全自动选择程序奠定了基础,具体如下:
1、左、中、右多个自动对焦点同时检测出对应景物的距离,并选择镜头有效对焦范围内的近者为主体。
2、在相近似距离的景物中,选择其有更高亮度反差的景物(部分)为主体。
3、多个自动对焦点对应的景物中静止背景前的动体选择为主体。
概括起来就是:近者优先,高反差者优先、动者优先的计算选择程序。
当垂直使用相机拍摄时,EOS相机都有相应的状态自动识别电路,可以随机改变多区评价测光对天空亮度(下部测光区)的计量比例;同时,对于自动对焦的多点选择来说,相机竖直后会自动开启上—中点优先选择程序。这样更适合拍摄人物、人像和肖像特写题材,更有利于对全—中景人物的头部以及近景——特写人像的眼部自动选择对焦。
从实践中看,这种全自动对焦点选择程序是简单有效的,在通常摄影条件下能快速选择大多数摄影题材的主体,并自动对焦。当然,对单次自动对焦和连续自动对焦都同样适用。
另一方面,EOS10相机的使用者都会发现全自动选择对焦方式并非“全触”——电脑终究不是人脑——它不能在特殊摄影条件下自动选择出摄影者所认定的主体。出现了这种情况,多是主体不属于前面提到的三种优先的自动程序范围。例如:主体与相机之间的镜头有效范围内有明显的前景;主体与其它景物相混反差不大;主体与背景处于相同的静态或动态其轮廓不易识别……。这类情况,EOS10的使用者可以改用 手动选择对焦点自动对焦方式。
手动选择对焦点是最稳妥的对焦点设定方式。无论单次或连续跟踪自动对焦,相机都会按点对焦,能避免特殊条件下全自动选择主体不准确的局限。但是,手动选择自动对焦点又不能满足动态主体变换左、中、右构图位置时的快速跟踪设定自动对焦点的需要。
不负众望,1992年佳能(canon)推出的EOS5高级机型上不仅确定了5点自动对焦与16区评价测光的AIM(先进的多点综合控制)系统,还首创了眼控选择自动对焦功能。以后,此项全新的“人—机”控制方式为基础的技术经过在佳能数字摄像机上应用、改进,相继发展出EOS50E、EOS1XE(APS)、EOS3等逐步完善眼控选择控制技术的新机型。如同1987年EOS650的诞生开创了“电子光学系统”的新时代一样,EOS3机型的问世终于将摄影人领进了“看哪儿,哪儿就清楚”的自动对焦时代。此时回顾早已停产的EOS10——这部“投石问路”的试用机型,对EOS眼控技术的发展可谓功不可没。
“眼控”系统由眼球照射及视线检测光学系统、眼球像检测及视线方向微机检测计算系统和显示系统构成。眼球照射是利用取景器目镜下部的内、外两对共4枚1RED(红外发光二极管)对摄影者的眼睛发射探测光束(中心波长880mm,因为红外光人眼无感觉,能量很弱对眼体无任何伤害),视线检测光学系统将包括红外光照射形成的角膜反射像在内的眼球像通过目镜和复合棱镜两次反射后,再由一块场镜投射到眼球像检测用6000像素的CCD感应器上。
这块CCD感应器与16比特的电脑连接组成眼球像检测及视线方向微机检测计算系统。显示系统由五个发光二极管投射到取景器光学系统上的像组成(眼控选择显示点为亮红色),与EOS5相机的全自动和手动对焦点选择方式共用该显示系统。
“眼控”的工作原理是:眼球经红外光束照射时,会在角膜上反射出红外光斑——称为P像,P像与瞳孔中心会形成横、竖两方向的座标差(角度差),这个差值会随眼球的转动(视线的改变)而变化,视线方向微机检测系统正是读取了这个差值信息并与储存的五个自动对焦点的间隔角度基准值对比,计算出摄影者的视线是透过哪一个自动对角点注视主体,进而在调焦屏上显示出来,并完成相应的自动对焦。
EOS5的取景器调焦屏上,除五点自动对焦位置标志,在上角还设有一个用于眼控景深显示功能的眼控菱形框。摄影者在自动对焦完成后5秒钟之内持续半按快门钮(设定CF-4时为AE锁定钮),并用视线注视菱形框,镜头的光圈会自动收缩为设定光圈值,以便确认景深效果。此功能的工作原理与上述对焦点选择功能相同。
http://www.chyangwa.com/upload/photo-2/999089896.jpg
“眼控”的具体工作程序是:微机首先对CCD感应器上读取眼球像的瞳孔中心点与1RED照射产生的角膜反射(P)像的x-y座标值进行高速运算,求出眼球的转动角度。然后与储存的基准值比较。计算出眼睛注视取景器内的位置,确定出所选择的自动对焦点或景深标记,并以瞬间闪光的方式显示(完成自动对焦或收缩光圈)。
EOS5机型只在水平方向具有“眼控”功能,因此,只有目镜下方两对1RED发光管,内一对发光管是自动针对正常人眼照射的,外一对是自动识别并针对戴眼镜者发光的。采用双光源从两侧照射是为了避免从正面单光源照射眼球会出现幻像及红眼现象。如果幻像与反射P像和瞳孔中心会合,所需的P像将无法识别。采用双光源照射还能检测出眼球与目镜的距离信息并反馈到视线检测计算系统内。
精确地读取P像与瞳孔中心点的座标值是“眼控”功能精确工作的关键——许多影友使用“眼控”失败的因素中,这是关键因素。为此,从EOS5开始的“眼控”功能机型上都设置了“眼控”视线校正登记功能(也称为瞳孔对焦校正功能),只有正确理解并使用好这一功能才能确保“眼控”功能的效果。
为了更正确测出变化不定的视线,必须确定瞳孔中心点的位置。因此要考虑到影响瞳孔位置的所有生理和环境因素及个人的差别,使相机的视线检测系统经常保持最适合特定人眼的最佳标准。而实现这一目的的手段就是对摄影者视线特征的登记、校准。
从EOS5机型开创的“视线输入校正”并不复杂,它的基本顺序为:①将功能选择盘设置为CAL;②用主电子调节盘选择CAL编号(EOS5有1-5个编号可供5位使用者分别选用,或同一人裸眼、戴眼睛、太阳镜时选用;③按习惯的持机取镜状态水平握机,眼睛看定右端红色闪光的AF框,同时按快门钮(此时快门钮只起记忆输入作用)直到一秒钟后“滴”的电子音提示校正量已记忆后,手指按开快门钮。这时左端的AF框开始闪光,接着眼睛看定左框重复③操作,再响“滴”音后松开快门钮。在取景器下部的住处显示出现END标记,通知校正完成其视线特征已输入电脑记忆。然后就可以拨动功能盘脱离CAL,设置自动及DEP之外的任一摄影模式进行眼控选择自动对焦点拍摄。
综上所述,不难理解视线校正为何只对五个AF框的左、右两端进行,从中可以看到用红外线感光片从CCD位置通过视线检测光学系统经过目镜拍摄的眼球和瞳孔下部的红外光反射P像亮点。检测计算系统正是从其右至左的最大视线(瞳孔中心点的)转动角度推算出某个被注视的对焦点的。
为了使眼控检测系统获得准确的瞳孔中心点与P像的座标夹角信息,使用者在视线输入校正时要注意以下要领:
1、放松眼部肌肉,以最接近平时取景拍摄的心态手持相机。首先确认眼睛视线对正中心点时能上—下、左—右均匀地看到整个画面(如果需稍作调整才能对正中心,说明平时的取景习惯不标准——眼睛瞳孔中心未与相机主光轴重合——应校正您的习惯位置)。然后再输入眼睛处于标准位置时的右-左最大视角信息。
2、从右到左输入时,视线不要死盯在AF框上,要像平时取景观察主体时一样,视线穿越AF框中心落到2-5米远的景物上。要在视线看定、眼球不动时按下快门钮(输入)。
3、EOS相机的眼控检测计算系统在视线校正输入时都有智能学习功能,它可以累积记忆同一支眼睛的20次校正数据。当输入每21次校正数据后,自动去除最早的第一次记忆数据。这种自动累积和更新功能可以使眼控检测计算系统不断跟踪——分析眼球在各种环境和时间段的生理变化,并从中学习到使用者取景时眼球与目镜之间特有的习惯位置。这样计算的结果就更能适应使用者的生理特点和习惯。因此,眼控输入不能一次算完,可以当光线变化(室内、外)、生理变化(清晨——夜晚)时,在同一CAL编号上累积视线校正输入。
4、同一个CAL编号只能特定人眼使用,如果其他眼球校正数据输入记忆,必然影响原使用者的精度。如果需要更新使用者视线信息,可以选择CAL编号后,同时按下AE锁定钮和焦点选择钮一秒钟,该编号的所有记忆数据都会去除(该CAL——编号会闪动)。然后新的使用者可以重新视线校正输入。
5,最简单可靠的方法是(相隔一段时间),凡重要的摄影活动前再重新视线校正输入,并确认“眼控”效果。认真掌握这五点可以基本避免“眼控”功能出现的失误问题。
http://www.chyangwa.com/upload/photo-2/9426115996.jpg
EOS50E机型的“眼控”功能有所改进。作为中级机型,简化自动对焦点为3点,省略了“眼控”景深显示的瞬间闪烁,但其它功能也有了长足进步。
EOS50E的眼球照射系统在EOS5的基础上增加取景目镜上部内、外两对1RED(共八枚)红外线发光二极管。经过新型机位检测感应器确定相机状态后,可以自动启用相应的一对1RED发光二极管,对水平或垂直使用相机的人眼照射。因此,EOS50E机型的“眼控”视线校正输入要在水平机位的右-左两次之后,再进行垂直机位的上-下两次。其原理和操作要领与上述EOS5相同。
EOS50E采用了在目镜后用二色性干涉膜反光镜将眼球像向上反射到“眼控”区域BASIS感应器上检测计算。取代了EOS5经过复合棱镜向左反射到CCD感应器的方式。BASIS感应器原先用于EOS5机型的AF检测,现在EOS50E机型上升级为“眼控”检测专用。BASIS是一种5伏电压驱动的由区域感应器(7000总像素、尺寸16.6×16.6平方毫米)、存储器及驱动逻辑电路、信息处理电路一体化组成的大规模集成电路块(LSI)。它具有耗电低(为EOS5用CCD区域感应器的1/6)高速读取信号(为EOS5的2倍)的特点。EOS50E还通过提高CUP的运标能力,开发更合理的视线检测计算程序等方面改进,使其“眼控”功能反应更快速、灵敏、水平,垂直双向“眼控”功能也更具实用性。
此外,EOS50E机型还扩展了以下二种功能操作。
1、“眼控”跟踪动体连续AF:设定“眼控”AF和动体预测AF模式之后,对于穿越3个对焦点的主体,只要视线跟踪就能连续自动跟踪对焦,其“眼控”对焦点的转换可在半秒钟内完成。设定AI F0CUS智能对焦模式时,“眼控”功能同样可以视主体动态变化,令相机在ONE SHO单次对焦和AI SERVO连续对焦之间自动切换。
2、“眼控”景深显示待用时间改为6秒之内,并扩展了DEP景深优先自动曝光模式中可以用“眼控”选择景深前点和后点(dEP-1和dEP-2)的功能。
以上两种“眼控”功能是EOS5还不具备的,加上其它方面的差距,EOS50E的性能/价格比应该更高些。
http://www.chyangwa.com/upload/photo-2/5626407799.jpg
EOS-3准专业机型的“眼控”功能有更大的改进。首先,它的“眼控”选择对焦点多达45点,可以AIM方式与21个评价测光区同步联动。也可以设定简化的眼控,11点AF选择与11个点测光位置联动,进而可以进行累积5个数据的专业化多点测光控制摄影。EOS3的眼控选择已从EOS5的5点线性布局发展成宽阔区域内自动响应的方式。在取景器内看不到固定的AF点的框形标志,只需视线在宽区范围内盯定或跟踪主体,相应的红色AF框就会自动在主体处亮起或随主体移动跟踪显示,并实时完成自动对焦。由于EOS3机型采用3个CPU微处理器分别处理相机各种功能的计算数据,其中32比特最高运算能力的CPU专用于包括“眼控”在内的AF运算。还开发了全新的宽区BASIS“眼控”感应器,改进了“眼控”检测运算有关的一系列功能,使其眼控选择自动对焦的实际速度提高到了67ms(毫秒)(EOS5是220ms、EOS50E是120ms)。
EOS3机型使用新型机位检测器确定相机水平或垂直状态,设在取景目镜上,下部有4对(8枚)1RED红外发光二极管用于视线校正输入和拍摄时视线检测的照射。为了适应宽区域内“眼控”对45点选择,EOS3机型的眼球视线校正输入操作要在水平状态进行右-左,上-下和垂直状态右-左、上-下共8次。其原理和操作要领与EOS5、EOS50E相同,只是检测精确更高,从而对眼睛的适应性更强。如能积累输入使用者的视线校正信息,其眼控选择自动对焦的灵敏度和准确性更能满足实际摄影需要。
http://www.chyangwa.com/upload/photo-2/3843530889.jpg
本文结束前,要解答一个许多使用EOS“眼控”相机的人士提出过的共同问题,即“眼控”功能虽然比全自动和手动选择自动对焦点灵活,但在连续自动对焦方式时有一个“致命的弱点”——当半按快门“眼控”对主体自动对焦完成后,如果眼睛再观察其他景物(这种观察有时是必不可少的),焦点会随视线移向其它景物(单次自动对焦方式时、松开快门钮后,如果再按下快门钮拍摄,焦点也会随视线转移)。因此,会延误主要的拍摄时机。这种情况在新闻、体育题材摄影中多见。
笔者认为这类问题的出现是必然的,但问题不在“眼控”功能本身(相反证明其“眼控”很灵),问题在于使用者对手中的相机性能还未真正了解掌握——使用者肯定不了解各种EOS相机自选择功能“CF-4”项目的共同作用:将快门钮控制自动对焦改为机背上的AE*测光锁定钮进行自动对焦;快门钮只进行测光锁定和拍摄。
使用快门(半按)自动对焦、自动测光——全程按下快门曝光的操作是早期全自动业余相机延续下来的约定俗成的方式,这种先入为主的方式并不适合专业摄影。所以,Canon EOS机型系列里,凡中级以上机型(EOS630、EOS10、EOS5、EOS50E以上)都设有用户自选功能。其中“CF-4”项目的共同内容正是为了克服大家习惯的由快门钮自动对焦方式产生的弊病,令曝光操作更具专业性。
EOS5、EOS50E和EOS3机型的“眼控”功能,都存在上述拍摄情况的失误可能,避免的方法也是相同的——设定自选功能CF-4,具体设定方法因机型而定。
EOS5和EOS50E机型的使用者只需将功能设定盘设定CF,然后用主电子调节轮选择“C04 0”、再按下“*-CF”钮就会出现“C04 1”,此选择设定即完成,将功能设定盘选择自动模式以外的任一摄影模式拍摄(设各种自动模式仍由半按快门钮自动对焦)。
EOS3机型的使用者可以从右手柄机显盖内按一下CF钮,用主电子轮选择“F-4 0”,再按一下CF钮将“F-4 0”设定为“F-4 1”即可完成。
使用自选择功能“CF-4”拍摄,在对焦时以视线跟踪主体,用右手拇指按AE*钮(连续对焦方式就连续按),相机会以视线锁定的目标为主体自动对焦。需要观察其它景物先松开AE*钮(自动对焦停止),处于焦点锁定状态),然后伺机按快门钮拍摄,焦点不再会随视线偏移。此项“CF-4”功能,在“眼控”之外的自动对焦方式中使用也有不可取代的优点。
EOS“眼控”功能机型都同时具有多种焦点选择方式,使用者只有熟悉它们性能特点,配合摄影题材和条件变化,灵活选用最适合的焦点设定方式才能充分发挥相机自动对焦的最大效能。为此,EOS3机型的“眼控”开关特别设置在便于触摸的取景器右侧。如果配合自选功能,CF-11-2的设定,“眼控”功能与全自动选择及手动快速选择方式之间的转换就更为方便(甚至眼睛不离开取景目镜就能利用右手拇指和食指随意切换)◆

摘自:《大众摄影》1999年第2期