相機(jī)是如何自動(dòng)對(duì)焦的？| 問(wèn)答
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生活的美好瞬間
但你知道它是怎么對(duì)焦的嗎？
自動(dòng)對(duì)焦也有很多門(mén)道呢
Q1
日常天空中看到的一朵云大概有多重？白云烏云重量有差別嗎？
by 花生米就豆干
答：通常所說(shuō)白云的密度約
，體積約
，質(zhì)量約500噸；積雨云（烏云）的體積和密度都更大，質(zhì)量可達(dá)100萬(wàn)噸。
by 井筠
Q.E.D.
Q2
7個(gè)基本物理量里面的發(fā)光強(qiáng)度，和物理里面常用的光強(qiáng)（單位面積光功率）有什么區(qū)別嗎？
by wxy131072
答：發(fā)光強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱(chēng)光強(qiáng)）是光度學(xué)的一個(gè)量，用于表示光源給定方向上單位立體角內(nèi)的光通量，而光通量是指人眼感受到的輻射功率，與人視覺(jué)有關(guān)。具體而言，某個(gè)特定波長(zhǎng)的光通量等于此波長(zhǎng)光的輻射功率乘人眼對(duì)此波長(zhǎng)光的相對(duì)視見(jiàn)率。相對(duì)視見(jiàn)率描述人眼對(duì)某個(gè)波長(zhǎng)的光的敏感程度。由于人眼對(duì)555nm綠光最敏感，所以555nm光的相對(duì)視見(jiàn)率為1，其他波長(zhǎng)光的相對(duì)視見(jiàn)率小于1。
所以，發(fā)光強(qiáng)度（甲）與平常說(shuō)的光強(qiáng)（乙）的區(qū)別主要有兩個(gè)：1.甲是單位立體角上的強(qiáng)度，乙是單位面積上的強(qiáng)度；2.甲的度量與人眼有關(guān)，因此表達(dá)式里含有一個(gè)表達(dá)人眼敏感度的加權(quán)函數(shù)，而乙與人眼無(wú)關(guān)，不含這種加權(quán)函數(shù)。
參考資料：
[1]發(fā)光強(qiáng)度
[2]光通量
by 藏癡
Q.E.D.
Q3
激光是光嗎，激光和普通的光有什么不一樣？
by 匿名
答：激光是光的一種。
光是一種電磁波，有頻率和波長(zhǎng)，光包括熱效應(yīng)產(chǎn)生的光（黑體輻射），原子躍遷產(chǎn)生的光，帶電粒子加速運(yùn)動(dòng)發(fā)光（同步輻射）。通常人們所說(shuō)的光是可見(jiàn)光，也就是波長(zhǎng)在400~760nm范圍的光。
激光指的是原子受激輻射發(fā)射的光，也就是上述的第二種情況。原子中的電子吸收能量后從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，再?gòu)母吣芗?jí)回落到低能級(jí)的時(shí)候，所釋放的能量以光子的形式放出。由于電子兩個(gè)能級(jí)的能量差是確定的，釋放出光子的波長(zhǎng)也是一個(gè)確定值。因此，通過(guò)大量電子躍遷過(guò)程可以得到大量相同波長(zhǎng)、頻率等特性的光子，這些光子形成光信號(hào)的放大，相對(duì)于普通光源，單色性，方向性更好。
by 瀟灑的犀牛
Q.E.D.
Q4
手機(jī)照相自動(dòng)聚焦是怎么做到的，它怎么知道物體離鏡頭多遠(yuǎn)呢？
by 匿名
答：目前自動(dòng)對(duì)焦的算法主要有兩種：反差對(duì)焦和相位對(duì)焦。
大部分手機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦用的是反差對(duì)焦，顧名思義，就是改變鏡頭與傳感器之間的距離，通過(guò)地毯式地搜索找到成像最清晰，對(duì)比度最高的那個(gè)位置。這種對(duì)焦方法相對(duì)精準(zhǔn)，但耗時(shí)較長(zhǎng)，而且在合焦位置附近會(huì)有“拉風(fēng)箱”一般的往復(fù)推拉。
另一種對(duì)焦方式是相位對(duì)焦，不同廠商的具體實(shí)現(xiàn)光路其實(shí)不太一樣，不過(guò)思路都大同小異。首先在傳感器上選取一些像素作為相位對(duì)焦檢測(cè)點(diǎn)，這些檢測(cè)點(diǎn)分成兩批子像素，在微透鏡的作用下會(huì)成兩個(gè)像。
這兩個(gè)像如果基本相同，就說(shuō)明現(xiàn)在已經(jīng)對(duì)上了焦，如下圖2。如果子像素A成的像比子像素B偏左，如下圖1，那就說(shuō)明當(dāng)前鏡頭與傳感器的距離過(guò)遠(yuǎn)，需要讓鏡頭靠近傳感器。下圖3和4則分別表明鏡頭離傳感器過(guò)近。兩個(gè)子像素所成像的偏差越多，就說(shuō)明失焦越多。這樣我們就可以用成像的偏差量反算出該朝著哪個(gè)方向移動(dòng)鏡頭來(lái)對(duì)焦。
這種算出來(lái)的對(duì)焦方式比反差對(duì)焦的摸瞎式對(duì)焦要快很多，不過(guò)由于部分像素被用來(lái)測(cè)焦，它多少會(huì)對(duì)最后的成像畫(huà)質(zhì)造成影響，這對(duì)廠家也是一種研發(fā)實(shí)力的考驗(yàn)。比如改進(jìn)后的全像素雙核相位對(duì)焦方案[1]，就把這兩批子像素合二為一放在一個(gè)像素塊里，這樣在最終成像時(shí)就能減少有效像素的損失。
總結(jié)一下，反差對(duì)焦是找焦點(diǎn)，準(zhǔn)確但較慢，相位對(duì)焦是算焦點(diǎn)，快但會(huì)損失畫(huà)質(zhì)。它們都是在不知道物體離鏡頭有多遠(yuǎn)時(shí)所采用的被動(dòng)的對(duì)焦方式，大部分廠家也會(huì)兼顧兩者的優(yōu)勢(shì)采用混合對(duì)焦，也就是先用相位對(duì)焦粗略地算出焦點(diǎn)，再把鏡頭推到附近用反差對(duì)焦仔細(xì)對(duì)一遍。
講了被動(dòng)對(duì)焦，我們?cè)偬崽嶂鲃?dòng)對(duì)焦。早先確實(shí)有廠商專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了測(cè)距模塊來(lái)主動(dòng)地對(duì)焦。比如在鏡頭邊上加裝一個(gè)聲吶或紅外線(xiàn)測(cè)距模塊，主動(dòng)測(cè)出物體離鏡頭的距離后再去對(duì)焦。但如今被動(dòng)式對(duì)焦不比這種方式差，而且更節(jié)省成本和機(jī)身空間，所以現(xiàn)在很難看到有廠商選擇這種對(duì)焦方式了。
參考資料：
[1]?全像素雙核CMOS AF
by 牧羊
Q.E.D.
Q5
如何把凝結(jié)成坨的芒硝恢復(fù)成小顆粒晶體狀態(tài)？
正常從藥房買(mǎi)來(lái)的芒硝是大小均勻且分散的一粒粒小顆粒結(jié)晶，類(lèi)似鹽，只是顆粒比鹽粒大。但芒硝很難搞，稍微遇熱遇濕都會(huì)凝結(jié)成圖片右側(cè)那樣的一整坨結(jié)晶。。沒(méi)法用了就。藥房都是放冰柜冷藏，家庭冰箱濕度太大，放進(jìn)去就成坨?，F(xiàn)在天太熱，室溫放著也直接成坨。圖片左側(cè)是干燥處晾曬后的芒硝，結(jié)晶里的水份幾乎全部蒸發(fā)，變粉末了，還是沒(méi)法用。。咋整啊這。。??藥用外敷只能是小顆粒晶體才行啊，我最?lèi)?ài)的公眾號(hào)，求助啊???。。?/p>
by 匿名
答：芒硝的化學(xué)成分是
，失水后會(huì)結(jié)塊。在華北內(nèi)陸地區(qū)，芒硝一般常溫密閉保存。
芒硝比較便宜，如果條件允許可以不再使用這些失水以及結(jié)塊的芒硝。新買(mǎi)些芒硝用封口袋1密封，再把袋1和一些干燥劑一起放封口袋2中密封。然后再視當(dāng)?shù)鼐唧w氣候放冰箱或常溫避光保存。
如果必須使用這些芒硝，那么可以把它們?nèi)芙獾剿?，將溶液加熱蒸發(fā)掉一部分，獲得接近飽和的溶液后冷卻降溫，等
by 藏癡
Q.E.D.
Q6
為什么會(huì)暈車(chē)？
by α和β去旅游
答：暈車(chē)是暈動(dòng)病的一種，現(xiàn)在對(duì)于暈動(dòng)病產(chǎn)生原因的普遍解釋是：由人眼、前庭等感覺(jué)器官感受的外界情況與預(yù)期的狀況的不匹配。為了更清晰地理解，我們可以參考Stott給出的判斷何時(shí)匹配“經(jīng)驗(yàn)法則”：
1.視覺(jué)-前庭匹配：頭部向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，視覺(jué)畫(huà)面應(yīng)向相反方向運(yùn)動(dòng)；
2.耳道-耳石匹配：頭部在非水平面上的旋轉(zhuǎn)，應(yīng)伴隨著重力矢量方向的適當(dāng)角度變化；
3.胞囊匹配：任何持續(xù)的線(xiàn)性加速度都是由重力引起的，強(qiáng)度為1g，定義為“向下”。
如果實(shí)際的情況與上述的某種情況不符，就有可能引發(fā)某種不適。比如當(dāng)你佩戴VR或者觀看電影時(shí)，頭部明明基本不動(dòng)，畫(huà)面卻在飛速移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)，這會(huì)使得“視覺(jué)-前庭匹配”被打破。
對(duì)于暈車(chē)、暈船等，有一個(gè)很重要的“低頻平移運(yùn)動(dòng)”場(chǎng)景，即當(dāng)我們處于某種接近0.2Hz的低頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)中時(shí)，會(huì)感到極度不適。比如：乘坐船只、長(zhǎng)途客車(chē)、穿過(guò)湍流的飛機(jī)、駱駝、大象等。而在更高頻(>1Hz)的運(yùn)動(dòng)中如騎馬時(shí)，反而不會(huì)不適。這種頻率依賴(lài)性被解釋為耳道-耳石和體感系統(tǒng)之間的信號(hào)在運(yùn)動(dòng)中的相位誤差，或者其他形式的感知或主管預(yù)期的不匹配。當(dāng)然，汽車(chē)的剎車(chē)或急轉(zhuǎn)彎等也會(huì)引起暈車(chē)。
參考資料：
[1] Golding, J.F. 2016. Motion Sickness. in: Furman, J.M. and Lempert, T. (ed.) Handbook of Clinical Neurology, Volume 137 Elsevier. pp. 371-390
[2] Money K E. Motion sickness[J]. Physiological reviews, 1970, 50(1): 1-39.
[3] Iskander J, Attia M, Saleh K, et al. From car sickness to autonomous car sickness: A review[J]. Transportation research part F: traffic psychology and behaviour, 2019, 62: 716-726.
by 云開(kāi)葉落
Q.E.D.
Q7
請(qǐng)問(wèn)火焰到底是什么？它有質(zhì)量嗎？
by 匿名
答：火焰（來(lái)自拉丁語(yǔ)flamma）是火中可見(jiàn)的氣態(tài)部分。它是由高度放熱的化學(xué)反應(yīng)引起的。[1]少數(shù)情況下，即當(dāng)火焰足夠熱、具有足夠密度的電離氣體成分時(shí)，它們被認(rèn)為是等離子體，氣液固之外物質(zhì)的第四狀態(tài)，它有個(gè)酷炫的別名:“電漿”(微波爐加熱葡萄警告? !!!)。[2]
因此，它的質(zhì)量是可以忽略不計(jì)的，這里有一些關(guān)于重力對(duì)火焰影響的有趣現(xiàn)象。2000年有實(shí)驗(yàn)證實(shí)，重力在火焰的形成和組成中起著間接作用。[3]在正常重力條件下，火焰的常見(jiàn)分布取決于對(duì)流，因?yàn)闊熁彝鶗?huì)上升到火焰的頂部（例如在正常重力情況下的蠟燭中），使其變黃。在微重力或零重力環(huán)境中，例如在軌道上，自然對(duì)流不再發(fā)生，火焰變成球形，并有變得更藍(lán)、更高效的趨勢(shì)。對(duì)于這種差異有幾種可能的解釋?zhuān)渲凶钣锌赡艿氖羌僭O(shè)溫度分布足夠均勻，從而不會(huì)形成煙灰并發(fā)生完全燃燒。[4]這些發(fā)現(xiàn)在應(yīng)用科學(xué)和私營(yíng)工業(yè)中具有潛在的應(yīng)用，特別是在燃料效率方面。
參考資料：
[1]Law, C. K. (2006). "Laminar premixed flames". Combustion physics. Cambridge, England: Cambridge University Press. p. 300. ISBN 0-521-87052-6.
[2]"Do flames contain plasma?". Science Questions with Surprising Answers. Retrieved 26 June 2022.
[3] Spiral flames in microgravity Archived 19 March 2010 at the Wayback Machine, National Aeronautics and Space Administration, 2000.
[4] Candle Flame in Microgravity Archived 26 October 2011 at the Wayback Machine. NASA
by 草莓熊
Q.E.D.
Q8
科學(xué)家是如何測(cè)定元素的半衰期的，例如一個(gè)元素半衰期很長(zhǎng)，從宇宙爆炸到現(xiàn)在放射性還沒(méi)有減少一半，或者半衰期極短幾毫秒內(nèi)放射性就衰變的接近消失。
by 匿名
答：在我們說(shuō)半衰期這個(gè)詞時(shí)，就蘊(yùn)含了一個(gè)前提，即這個(gè)元素衰變一半所用的時(shí)間是固定的。換句話(huà)說(shuō)，它從1份衰變到半份，和從半份衰變到四分之一份所需的時(shí)間T都是一樣的。寫(xiě)成函數(shù)的形式就是
也就是對(duì)自變量加一個(gè)常數(shù)T相當(dāng)于對(duì)函數(shù)乘以一個(gè)二分之一。我們可以猜想這個(gè)函數(shù)是一個(gè)指數(shù)函數(shù)
這個(gè)猜想是對(duì)的。當(dāng)然滿(mǎn)足“半衰”這個(gè)條件的函數(shù)不只是這種指數(shù)函數(shù)，不過(guò)事實(shí)上，我們是先測(cè)出了元素的衰變滿(mǎn)足指數(shù)關(guān)系，再總結(jié)出了“半衰期”這樣的量來(lái)描述它的指數(shù)衰減速率。有了這個(gè)指數(shù)函數(shù)關(guān)系，我們可以通過(guò)測(cè)量一段時(shí)間測(cè)后該元素的剩余量，反解出半衰期
也就是說(shuō)，并不一定真的要測(cè)它衰變到一半所用的時(shí)間，而是可以測(cè)它任意時(shí)間衰變的比例，再依據(jù)指數(shù)衰變關(guān)系算出半衰期。
by 牧羊
Q.E.D.
#本期答題團(tuán)隊(duì)
井筠、藏癡、瀟灑的犀牛、牧羊、云開(kāi)葉落、草莓熊
編輯：牧羊
