摄影师必看，LiDAR激光跟焦系统能否成为主流跟焦模式？DJIRONIN4D评测（中）

大疆如影4D是一个全能型的摄影机，在影像处理、Z轴增稳和图传控制系统等方面都有很多可圈可点之处，但在我们眼里这些都不如把LiDAR激光雷达应用到跟焦系统这一点具有突破性。如影4D激光跟焦系统绕开了传统相机厂商的技术壁垒，让DL卡口镜头、第三方自动镜头和手动镜头都实现了自动对焦，不仅有可视化的对焦交互界面、而且还有灵活的手自一体模式，把准确性和可操控性都做到较高的水平，极大的提升了摄影机的整体使用体验！

技术进步、价格降低

单反相机曾经具备独立的对焦侦测传感器，这块传感器通过反光镜折射的画面来检测焦点，后来无反微单去掉了这块反光镜和独立的对焦传感器，转而采用主影像传感器上的相位或者对比检测点来判断焦点，这个技术变化使得自动对焦性能和影像传感器深度绑定，再加上厂商专利镜头卡口标准与镜头通信协议，给自动对焦性能构筑了较高的技术壁垒。第三方厂家即使采购了在市场上流通销售的同款传感器，也不能完全挖掘出这款传感器的对焦性能。

如影4D的激光跟焦系统在距离侦测环节绕开了传感器的限制，无需依靠传统的传感器相位、对比检测点，在获得距离数据后直接驱动自有的DL卡口镜头或者通过外置对焦马达驱动手动镜头对焦，可以说是完美的绕开了传统相机厂商的技术壁垒。

如影4D采用LiDAR激光跟焦系统，LiDAR全称light detection and ranging，光侦测与测距，也就是我们常说的激光雷达。激光雷达技术已经存在多时而且相当成熟，只不过以前的激光雷达元件相对昂贵，多用于军事、航天以及测绘，比如大疆用于测绘的禅思L1，包含了Livox激光雷达模块，单价已经超过如影4D摄影机本身。

影像行业体量比较小，光依靠自身的市场容量无法让激光雷达技术快速迭代并且降低成本，但得益于近几年汽车自动驾驶领域的飞速发展，激光雷达技术不断快速进步、价格不断下压，车规级激光雷达大规模量产后，其成本已分摊降至数百美元，这个级别的成本对于摄影机来说已经是可以接受的了。

激光雷达对焦如何工作

如影4D的激光雷达模块是一个安装在镜头卡口转接环上的独立模块，上面有一个方形的激光发射接收区域以及视觉传感器区域，雷达模块本体有相当大一部分是散热结构，此外它还有一个USB-C型专用接口用于和主机通信并供电。激光本是点状光源，但通过激光发射器与透镜的配合实现了面扫描，再通过计算发射出的激光信号被反射回来的飞行时间换算成距离数据，这些距离信息和视觉传感器的影像融合运算转换成可视化点云图，也就是我们在如影4D监视器上看到的带有物体轮廓垂直视图的LiDAR示波器。

插个题外话，既然是激光雷达，为什么我们看不见这个激光雷达发射出的光信号？如影4D的激光雷达采用940纳米波长的激光，这个波长正好在可见光光谱380~780纳米波长之外，一般人眼看不见，但通过相机面向激光雷达，我们还是可以捕捉到激光的踪影。同时，这个激光也是满足国际标准的一级Class 1的安全等级，不用担心对人眼造成不可逆的损伤，也不用担心对其它相机传感器造成损伤。

完成距离检测以后接下来就是具体的自动对焦操作，这一步需要先经过AI算法自动识别或者接受人为指令后确定拍摄主体，如影4D的对焦模式有单点、广域和智能三种可选。在单点模式下，可以实现指点选择对象对焦，在智能模式下，可以实现人脸识别自动跟焦或者划像选择物体作为跟焦对象。

确定拍摄主体以后由影像处理器发指令给镜头内部对焦马达或者外置跟焦马达完成对焦。如影4D可以在大疆自有DL卡口镜头、有电子触点的E卡口镜头和通过跟焦马达联动的手动镜头这三类镜头上实现自动对焦。

大疆把在无人机领域积累的计算机视觉和深度学习技术转移到如影4D身上，结合影像处理核心CineCore 3.0的算力实现了人脸与肢体识别与跟踪， 再辅以如影4D自身的4轴云台，可以实现持续稳定的云台跟随，可以锁定人脸或者划选其它物品实现追踪跟焦，还可以随时微调构图。在一套原生系统之内同时实现自动跟焦和自动跟随，这是如影4D区别于其它系统的重要特征。总结一下，如影4D激光雷达跟焦系统的工作模式是独立式侦测，一体化执行。

大疆自动对焦方案迭代史

大疆在影像拍摄自动对焦方面早有尝试，在如影4D之前，大疆在RS 2稳定器发布的时候就同期发布了一款3D跟焦系统。RS 2的3D跟焦系统采用TOF传感器，和大疆无人机用于下视定位的TOF传感器类似，算是从无人机技术移植而来。大疆主打视觉传感器侦测方案，消费级无人机的飞行规划和避障都是以视觉传感器为主，而且通过双视觉传感器，也能获得较为准确的深度信息。

除了无人机领域的视觉传感器和TOF传感器，大疆还通过在智能驾驶领域的投入积累了领先的激光雷达侦测技术，比如大疆自己孵化出来的激光雷达企业览沃Livox在车载激光雷达领域就推出了很多高性价比的产品，其最便宜的激光雷达模块已不到4000元人民币，这对激光雷达技术在更多领域的延伸应用奠定了基础。所以，大疆在影像自动跟焦领域的第一次落地选择了红外TOF传感器，在第二次升级迭代时直接选择LiDAR激光雷达，也就完全合情合理了，这两项技术都来自大疆有足够储备的领域。

如影4D的激光雷达和之前发布的RS 2的3D跟焦系统有很大不同，3D跟焦系统发射红外信号并通过计算折返飞行时间转换成距离数据，TOF传感器支持中心目标单点检测，单点对焦，有效距离较短，最大作用距离约为6米。而LiDAR测距器支持面扫描，可以测距43200个点，对焦速度更快、精度更高，可精确探测10米以内的物体。我们通过红外摄像头可以捕捉到这两个系统扫描的区域范围特点，RS 2的3D跟焦系统扫描范围其实并不是一个点，而是一个圆形区域。如影4D的扫描范围类似长方形，应该是在激光发射器前增加了一个棱镜，把扫描的图案从圆形变成长方形，加宽了其FOV视角，变成类似传统相机的矩形对焦区域。这个对焦区域面积较大，覆盖范围比RS 2的3D跟焦系统大了不少。

放眼整个影像领域，在传统的对焦方式之外，激光雷达、超声波雷达和视觉传感器识别都有尝试先例，奥地利公司Cmotion开发过单点测距激光雷达cfinder和基于双目视觉传感器的cvision focus assist，来自加拿大的Focusbug公司开发了Cine RT超声波雷达测距对焦系统，这些解决方案都在市场上已经存在好几年，而且都曾经和ARRI摄影机系统合作甚至绑定，不过他们无一例外都价格昂贵，单价都超过了如影4D机身，难以普及。而且这些系统还有一个痛点，那就是交互界面比较简单。

不知是否是巧合，同样在智能驾驶领域有深度投入的苹果公司也在LiDAR技术方面有诸多应用，苹果最开始在2020款iPad Pro上配备了LiDAR扫描功能，后来又在Pro版iPhone上增加了LiDAR模块。LiDAR一方面用于增强iPhone暗光环境下的自动对焦精确度，另一方面则被用于辅助AR增强现实相关的应用。

激光跟焦对比传统对焦系统的优劣势

传统对焦系统依靠检测物体表面的颜色和纹路变化，而如影4D检测的是物体的距离并转换成外形轮廓，这样不同技术路径的选择导致在不同的场景下各自有优劣势。

如影4D的激光跟焦系统属于主动发光扫描方式，因而不受环境光线的限制和干扰，在特别暗光的环境也能对焦，全黑的环境也能跟焦。比如我们测试拍摄窗帘这个场景，如影4D的激光跟焦系统很直观的检测到了窗帘的形状，即便我们关了灯，完全处于黑暗环境，激光雷达上的波形毫无变化。虽然我们看不见，但镜头焦点在摄影机移动过程中丝毫不受环境影响，牢牢锁住焦点。

这套跟焦系统除了在智能模式下的Track跟踪功能启动时需要通过影像传感器捕捉画面判断选择跟焦对象，其它AF自动对焦模式下完全不受传感器感光能力的影响，即使拍摄主体出现严重的运动模糊，即使拍摄主体曝光严重不足也不影响焦点侦测。

激光对焦系统直接测得距离信息，无需像对比检测系统那样进行焦点前后折返检测，在对焦目标明确的情况下不会有拉风箱的现象。不过在拍摄主体被遮挡的情况下，在影像处理器通过轮廓识别重新选定拍摄主体之前，如影4D的自动跟焦系统可能会触发焦点转移出现拉风箱现象，但这可以通过算法优化，或者将来通过固件升级，实现拍摄主体检测灵敏度的自定义设置。

如影4D这种基于距离基础上的对焦系统并不是万能的，也会有不适合的场景，比如斜放的纸箱，本来纸箱的立体轮廓非常适合激光侦测，激光雷达图也很好的呈现了纸箱的外轮廓，但是当我们需要摇镜头到纸箱侧面，拍摄侧面LOGO时，在广域对焦模式下的如影4D无法识别画面正中心的LOGO图案，除非切换到中心点对焦模式，系统才会识别画面中心点的物理距离变化并转移焦点。而传统的对焦系统则擅长捕捉LOGO这样的目标，对于对比度较低的纸箱轮廓部分反而施展不开。

传统对焦系统依靠镜头的光学特性，能通过长焦镜头对较远物距的拍摄主体进行分辨并对焦，检测区域相对画幅来说始终是固定的。而如影4D的对焦系统独立于镜头工作，激光雷达的探测有效距离和范围是固定的，目前能保证精度的有效距离是10米以内，在0.3米至1米范围之内精度是1%，也就是3毫米到1厘米以内，越近精度越高，越远则误差增大。

对比实测

我们在第一期评测内容时曾经放出过如影4D和索尼FX3在几乎相同设置下的自动对焦对比，在明亮环境下两者的表现可以说是不相上下。在几乎同样的构图情况下，如影4D和FX3因为算法不同而选择了不同的初始焦点，一个在无限远，一个在近处，但这不影响两个机器在拍摄主体由远及近过程中几乎同时识别主体并聚焦。

我们逐帧播放，可以大致还原两个机器对焦的过程。如影4D在拍摄主体离机位很远的时候就识别了人脸，但这并没有触发任何对焦操作，直到主体走到大概10米远的有效距离时，激光雷达侦测到信号，然后才驱动镜头合焦，这个过程会根据焦点距离不同有大概10到20帧左右的行程。FX3这边也在几乎同样距离识别了人脸，但只用了几帧的时间就实现了合焦。单从合焦速度来说，FX3肯定更快。但在实际拍摄过程中，我们一般不会选择这么快速的合焦效果，这样感觉太跳跃，反而会设置较低的合焦速度，看起来更加平滑。如影4D目前只有三档AFC灵敏度可调，建议后续对新目标识别速度、焦点切换速度可以进行更细致的分级调节。

在拍摄主体背向远离的过程中，超过10米距离后，如影4D的焦点就暂停跟随，直到在更远的一个触发距离或者触发时间之后，焦点才被转移到无限远，而这个转移过程目前稍微有点生硬，建议后续通过固件改善的平滑一点。

通过对比我们可以看到，如影4D的对焦有效距离有一个明确的界限，拍摄主体如果超过这个距离，即便被影像传感器自动识别，也不会触发自动对焦操作。而传统相机的长焦端有效对焦距离并不取决于物距，而是由被摄主体在画面中所占大小比例来决定。同时我们也可得出一个判断，如影4D的外置式对焦系统和拍摄帧率、分辨率完全独立，不会出现其它部分相机厂商AF系统的对焦限制条件。

在暗光环境下，激光雷达的优势逐渐显现，如影4D独立的激光雷达不受环境光影响，能在昏暗环境保持和白天一样的对焦速度，而传统相机的对焦速度随着光线的减弱受到的影响越来越明显。

驱动不同的镜头效果有啥差异？

高效的对焦系统离不开镜头驱动系统的配合，如影4D对焦系统的基础可以回溯到当年与X7云台相机同期发布的DL卡口与DL卡口原生镜头。如影4D可以很好的驱动DL卡口原生镜头，通过第三方镜头转接环的协议转换，也可以如自家原生镜头一般驱动E卡口镜头，如果再加上跟焦电机，还可以驱动纯手动镜头实现跟焦。这三者的实现流程和最终效果有啥区别？

从跟焦效果上看，有电子触点的E卡口镜头由于使用的是镜头内部对焦马达，可以很及时的响应对焦指令，使用效果和原生镜头几乎一样。但E卡口镜头必须经过镜头标定这个操作之后才能使用，如果使用定焦镜头，则一次标定即可。如果使用变焦镜头，则需要对使用的不同焦段分别标定。

手动镜头需要通过跟焦马达传动，镜头与主机之间经过了多级机械结构的传递，而且不同镜头阻尼力度不同，对焦响应速度会有不同程度的差异。比如老蛙这只35mm F0.95定焦大光圈镜头，通过跟焦电机可以实现自动跟焦，但在垂直方向快速行走和跑动过程中，还是有一定比例的跟焦延迟，尤其是光圈从F2.8放大到F0.95，景深很浅，更容易出现主体运动过快跑出景深范围的现象，相信这些问题能通过更快速的跟焦响应设置选项或者自定义目标焦平面来解决。即便是这样，能让这些手动镜头在专业摄影机上实现自动对焦，这种操控体验感的提升是相当明显的。

可视化操作界面与人机交互

除了扫描方式不同，如影4D激光雷达还在监视器上通过LiDAR示波器实现了可视化对焦效果，这个可视化有以下几个特点：1，有距离标尺，可以显示焦点位置，但目前还不能显示景深。2，通过激光识别对焦对象的点云图像，可以再现对象轮廓，以俯视视角直观显示焦平面和对焦对象的相对关系和大致距离。3，这个俯视视角的雷达影像需要一定的熟悉时间，移动的人物雷达影像容易被辨识，但其它固定物体的雷达影像经过俯视转换以后不容易区分。

传统相机一般采用峰值来辅助识别焦点，但峰值只能在平面上突出显示合焦物体轮廓，对于焦点前后关系无法区分。最近索尼A7M4同期发布了焦点图功能，对焦点前后的画面通过不同颜色标注区分出来，这是一个值得肯定的尝试，但受限于底层技术的限制，它和如影4D的LiDAR示波器使用体验还是有很大差距。

总结与展望

和传统相机自动对焦系统的定位不一样，如影4D的对焦系统为专业影视拍摄而设计，这要求它在速度、准确率、自定义、操作界面、人机交互等方面都要有不错的表现，目前这个系统软硬件框架已经搭好了，部分单项不一定是顶尖性能，但综合在一起的表现绝对刷新了行业标杆。进一步提升的空间也有，那就是菜单里可自定义的选项需要进一步丰富以满足不同的场景和使用习惯。

自动跟焦已经从能不能、快不快，升级到准不准、速度可否自定义、AI识别是否精确的全新阶段，对于那些还坚守全手动对焦的小伙伴，要么他们还没有找到趁手的自动对焦工具，要么他们觉得手动对焦就像胶片电影一样无法被取代，如果你是这其中一员，强烈建议你上手体验一下这套LiDAR激光跟焦系统，亲身感受以后再做判断。

完整评测视频即将在影像麦客B站频道发布，敬请关注！