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超声波测距仪
摄影 · 术语

超声波测距仪

Ultrasonic Distance Measure
Murnau AI illustration
flow para roll take

40 kHz超声无接触测距(10–50 ms),范围30 cm至6 m。在1 Lux以下弱光下工作;在玻璃和水下失效。

技术细节

该传感器以 40 kHz 的频率工作,每个周期达到 10-50 毫秒的测量时间。343 米/秒(20°C 时)的声速构成了测距计算的基础。存在两种主要变体:单站式系统(收发器集成)和双站式系统(独立组件,间隔 2-4 厘米)。射程根据物体大小和表面特性在 30 厘米到 6 米之间变化,硬质、光滑的表面比柔软或结构化的材料具有更好的反射特性。

历史与发展

宝丽来于 1978 年在 SX-70 Sonar OneStep 中引入了首个超声波自动对焦。到 20 世纪 80 年代初,该技术已进入专业电影相机领域,代表性产品有尼康(F3AF,1983 年)和佳能(T80,1985 年)。对于摄像机来说,突破发生在 1987 年,索尼 CCD-V8 成为首款配备超声波自动对焦的消费级摄像机。直到 20 世纪 90 年代中期,这项技术主导了自动对焦市场,随后相位检测和对比度检测系统取而代之。

在电影中的实际应用

超声波测距仪在 1 勒克斯以下的弱光条件下表现出色,而光学系统在此条件下会失效。纪录片摄影师利用该技术进行隐蔽拍摄,因为它无需可见的 AF 辅助灯。在水下拍摄时,由于水中声速(1500 米/秒)的改变,该系统会失效,导致测量误差达到 4.4 倍。窗户或镜子等反射表面会引起错误测量,因为超声波捕捉到的是物体后面的对象,而不是预期的拍摄对象。

比较与替代方案

与红外测距仪相比,超声波系统在短距离内测量更精确,但更容易受到风噪和声学干扰的影响。现代双像素 CMOS 传感器和激光自动对焦系统已在很大程度上取代了超声波技术,因为它们测量速度快 10-20 倍,并且不受声波反射的干扰。飞行时间(ToF)传感器提供类似的非接触式测量,但使用红外光而非声波,测量时间不到 1 毫秒。

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