Autoenfoque es un mecanismo (dispositivo) que permite enfocar con la mayor precisión posible con solo presionar el botón del obturador sistema óptico lente sobre el sujeto. Casi todas las cámaras modernas tienen función de enfoque automático. El punto donde convergen los rayos reflejados desde el fotografiado se llama foco. El enfoque automático está diseñado para ajustar la nitidez de la óptica de la lente en un objeto específico, un grupo de objetos o un solo punto. La conveniencia del sistema de enfoque automático le permite tomar fotos rápidamente y sin pérdida de calidad, lo cual es muy importante cuando el fotógrafo necesita capturar el momento.
Sistemas de enfoque automático activos
En 1986 la empresa polaroid usó por primera vez un sistema de enfoque automático activo en sus cámaras... Principio de funcionamiento sistema de ultrasonido consistió en lo siguiente: un potente generador en la dirección del objeto disparado envió un cierto número de pulsos, el sistema de conteo de tiempo se activó instantáneamente, y cuando el sensor captó un eco, el mecanismo, basado en los datos recibidos, calculó la distancia y dio la orden al actuador para mover las lentes a una determinada posición. Este método se suele llamar activo, tiene una alta velocidad de enfoque y no depende en absoluto de las características del objetivo. Pero con todas las ventajas, este método tiene un inconveniente importante. Las cámaras con un sistema de ultrasonido no pueden enfocar a través de una barrera transparente.
Por ejemplo, si necesita fotografiar un objeto a través de un cristal, la cámara no podrá hacerlo.
Una continuación del desarrollo del sistema de enfoque automático activo es el sistema de estimación de distancia por infrarrojos.... Este sistema se basa en tres métodos: triangulación, estimación de la cantidad de radiación reflejada y estimación temporal.
El sonido en el aire tiene una velocidad de aproximadamente 300 m / s, y la velocidad de la luz es de 300 000 m / s. La radiación infrarroja está directamente relacionada con el espectro de luz, por lo que la eficiencia de la radiación infrarroja es mucho mayor que la del sistema ultrasónico.
El principal obstáculo sistema de infrarrojos Las estimaciones de distancia son objetos calentados al sol, llamas, aparatos de calefacción domésticos, todo lo que se ha radiación infrarroja... La distancia al sujeto con un alto coeficiente de absorción de luz también afecta. La física tiene una definición cuerpo negro - NS Superficies con reflectancia de luz nula. Superficies no hay un cuerpo absolutamente negro en la naturaleza, pero hay objetos con propiedades débiles de una superficie reflectante. Resulta que cuando el sistema de estimación de distancia por infrarrojos encuentra un material con una propiedad reflectante muy débil, se bloquea.
En este caso, debe enfocar manualmente. Pero este sistema tiene, y las ventajas del sistema de infrarrojos son capaces de enfocar tanto con poca luz como en la oscuridad. Anteriormente, este sistema fue utilizado activamente por los fabricantes de cámaras de video, pero luego llegó aTTL- método.
Sistemas de autoenfoque pasivo
Principio de funcionamiento enfoque automático de detección de fase Consiste en el uso de sensores especiales, que reciben fragmentos del flujo de luz transmitida desde diferentes puntos de la imagen mediante lentes y espejos. Dentro del sensor, la luz se divide en dos partes, luego cada parte golpea su propio sensor de luz. El enfoque y el enfoque preciso se obtienen solo si los dos flujos luminosos están a una cierta distancia entre sí, dada por el diseño del sensor. El sensor calcula la distancia entre los flujos de luz y calcula automáticamente cuánto necesita mover las lentes del objetivo para lograr un enfoque preciso. El enfoque automático por detección de fase es bueno cuando necesita fotografiar un sujeto en movimiento, es rápido y preciso. Una gran cantidad de sensores permiten evaluar el movimiento de un objeto, es decir, le permite activar el modo de seguimiento de disparo. Es por eso que el enfoque automático por detección de fase se usa ampliamente hoy en día en cámaras SLR, películas y digitales.
A continuación puedes ver claramente el trabajo del autofocus, moviendo el control deslizante controlas el enfoque, la animación se toma de aquí.
Imagen No. 1
Por nombre " método de contraste»Se puede entender que la cámara reconoce si la imagen está enfocada por la ubicación de las lentes, en la que se obtiene el máximo contraste de la imagen. El principio de funcionamiento del autofoco de contraste es el siguiente: el obturador se eleva y la cámara adquiere una imagen. A partir de esta imagen, la cámara no puede decir dónde mover las lentes para obtener una imagen más nítida y, por lo tanto, un enfoque más preciso. Por lo tanto, la cámara comienza a mover la lente en una determinada dirección, por ejemplo, hacia adelante. Luego vuelve a leer los datos y comprueba el valor del contraste (nitidez) de la imagen, con lo que era antes. Una disminución en el contraste significa que las lentes se han movido en la dirección incorrecta. Ahora la cámara mueve las lentes en la dirección opuesta, solo que incluso más lejos de lo que estaban al principio. La distancia de compensación está programada en el firmware de la cámara. El AF de contraste se utiliza en prácticamente todas las cámaras digitales sin espejo. Pero algunos de ellos en tiempos recientes comenzó a completarse con un sistema de enfoque de fase más rápido.
Imagen No. 2
Motor de enfoque automático
Ni un solo mecanismo de enfoque automático que mueva las lentes puede prescindir de un motor. La calidad del enfoque depende de la precisión y la velocidad del motor, pero también afecta la durabilidad de las baterías de la cámara. Hoy en día, dos tipos de dispositivos son muy populares: " destornillador" y " ultrasónico", Aparecieron no hace mucho. Canon fue una de las primeras en utilizar la nueva unidad en sus cámaras. motor ultrasónico»Para la lente. Y después de ellos, otras empresas introdujeron dispositivos mejorados similares. El hecho de que el motor esté presente se puede reconocer por el índice en el cilindro del objetivo: USM para Canon, HSM para Sigma, SWM para Nikon y SSM para Minolta y Sony. Los modelos de lentes presupuestarios están equipados principalmente con un motor de "destornillador", mientras que los lentes son más costosos con uno "ultrasónico".
En los albores de su aparición, los sistemas de enfoque automático eran realmente un engaño. Ahora no podemos imaginar la vida sin autofocus, y después de todo, hace muy poco, todos lo usaban y ni siquiera imaginaban que la automatización sería capaz de enganchar claramente el tema de la fotografía.
Por primera vez empezaron a hablar de autofocus en los años 70 del siglo pasado. Entonces la empresa alemana se distinguió Leica, que desarrolló la primera lente de enfoque automático y presentó la primera cámara equipada con un sistema de enfoque automático en 1976. Ella se convirtió en Leica Correfot mostrado como un prototipo en la exposición Photokina-1976.
Pero la empresa alemana no tenía prisa por producir sistemas de enfoque automático y vendió la tecnología a la empresa. Minolta, que gracias a la implementación efectiva del enfoque automático en sus DSLR a mediados de la década de 1980. Rápidamente irrumpió en los líderes en las ventas de equipos fotográficos. Paralelamente, otras corporaciones ( Canon, Seiko, Polaroid, Pentax etc.) y la tecnología salió a las masas.
Profundizar en detalles técnicos todavía no trabajaremos con sistemas de enfoque automático. Pero “en nuestros dedos” intentaremos contarte cómo funcionan.
Hoy en día existen dos tipos principales de enfoque automático: fase y contrastando, así como su simbiosis, que se llama híbrido.
Enfoque automático por detección de fase
Este tipo de enfoque se utiliza en su totalidad en DSLR. Se basa en el principio de la diferencia de fase del flujo luminoso que entra en la lente. La diferencia está determinada por sensores especiales que se colocan en las inmediaciones de la matriz de la cámara.
El principio de funcionamiento del sistema de enfoque automático por detección de fase se demuestra claramente en la siguiente imagen. El flujo de luz entra a través de los bordes opuestos de la lente al espejo principal, donde se divide en partes: una parte va al visor y otra parte va directamente al espejo adicional, que se transmite a los sensores de enfoque. Si los rayos de luz, después de atravesar el espejo y la lente de enfoque, enfocan en un punto, entonces el sujeto está enfocado. Si el objetivo se enfoca más cerca o más lejos que el sujeto, la distancia entre los rayos será respectivamente menor o mayor. En este caso, se enciende el procesador, que calcula la dirección y la cantidad en la que se debe cambiar la lente de enfoque.
Incluso ojo desnudo Existe una dependencia directa de la operación de enfoque automático de la apertura del objetivo. De hecho, cuanta más luz ingrese a la lente frontal de la lente, más rebotará y mejor funcionarán los sensores AF. En este caso, no importa cuánto cierre la apertura: se cerrará al valor establecido solo en el momento en que se suelte el obturador y, en el proceso de enfoque, la apertura se abrirá al máximo. Aquellos. Con una lente f / 1.2-1.4 en su arsenal, puede contar con una velocidad y precisión de enfoque más rápidas. Por otro lado, esto se compensa con el hecho de que las lentes más rápidas tienen un sistema de lentes más complejo y masivo, lo que significa que todo el mecanismo es más difícil de girar para el motor. Además, una relación de apertura grande implica una profundidad de campo mucho menor que los sensores de fase deben alcanzar. Brillante para ejemplo - uno de los objetivos Canon más lentos (si no el más lento) - EF 85 mm f / 1,2L II USM.
La siguiente ilustración ilustra aspectos como el enfoque posterior y el enfoque frontal:
- enfocar más cerca - enfoque posterior;
- enfocarse más - enfoque frontal.
Los propios sensores de fase pueden lineal(horizontal y vertical) y Cruz(incl. tender una trampa). Detengámonos en ellos con más detalle en los próximos materiales.
Enfoque automático por contraste
Este método de enfoque se utiliza con fuerza y principalmente en cámaras compactas y sin espejo. No dude en instalar sensores de contraste en las DSLR: proporcionan enfoque en el modo LiveView cuando los sensores de fase no pueden funcionar.
El sistema de autoenfoque de contraste se basa en el principio de comparar el contraste de la imagen que se alimenta a la matriz de la cámara. El procesador de la cámara analiza el histograma y cambia la lente para ver cuánto cambia el contraste. Si el nivel de contraste baja, el punto de enfoque comenzará a cambiar a reverso... Si aumenta el contraste, el punto de enfoque continuará moviéndose en esta dirección hasta que sea posible lograr valor máximo contraste. Aquellos. el proceso continúa hasta que el punto de enfoque alcanza el máximo contraste y vuelve al punto después del cual su nivel comenzó a disminuir. En este caso, el sujeto estará enfocado. Gran ventaja enfoque de contraste sobre el enfoque de fase, en el sentido de que no hay enfoque posterior ni frontal con él.
Para ver, mueva el cursor del mouse a la esquina superior derecha y desplace el control deslizante hacia adelante / hacia atrás (visualización: http://graphics.stanford.edu/courses/cs178/applets/autofocusCD.html)
Enfoque automático híbrido
Hoy en día, este tipo de sistemas de enfoque automático se está volviendo cada vez más popular. Y por una buena razón: combina las ventajas de ambos sistemas y neutraliza sus desventajas.
Funciona aproximadamente de la siguiente manera: los sensores de fase, que se encuentran directamente en la matriz de la cámara, proporcionan un enfoque primario. En el futuro, se conectarán sensores de contraste, que corrigen la diferencia en el contraste de la imagen y finalmente enfocan la cámara en el objeto a disparar.
Quizás una de las principales ventajas de los sistemas de enfoque automático híbridos es la falta de enfoque frontal y posterior. Esto se debe al hecho de que el enfoque se realiza directamente en la matriz de la cámara. Otra ventaja importante es el tamaño compacto del sistema de enfoque automático híbrido y la ausencia de la necesidad de ajustar este mecanismo. Pero también hay una mosca en la pomada, en términos de velocidad de trabajo en el modo de seguimiento. enfoque automático híbrido todavía está por debajo de la fase.
Si quieres conocer más sobre el trabajo de los sistemas de enfoque automático (con fórmulas y cálculos), cancela la suscripción en los comentarios. Si hay suficientes personas dispuestas, definitivamente escribiremos un artículo separado sobre este tema.
Cómo funciona el sistema de enfoque automático.
El enfoque es un punto delicado para la mayoría de los fotógrafos aficionados (y también para los profesionales). Créalo o compruébelo: cualquier foro fotográfico le convencerá, y las pruebas de cámara necesariamente contienen una sección dedicada exclusivamente al funcionamiento del autofocus.
Las discusiones sobre el enfoque automático en foros fotográficos terminan con mayor frecuencia con acusaciones mutuas de ignorancia o agarre virtual de las solapas de una chaqueta y gritos "¿Quién eres?". Pensé en hacer la autoeducación y descubrir, a nivel diario, cómo funciona el enfoque automático en las cámaras digitales modernas. Resultó que hay muy pocos materiales en Internet, y aún menos comprensible para una persona sin educación especial. Los resultados de la búsqueda y la recopilación de información (¡gracias a LenzRentals!) Se detallan a continuación.
Las cámaras digitales modernas utilizan dos sistemas de enfoque automático: enfoque automático por detección de contraste y enfoque automático por detección de fase. Comencemos con un sistema de enfoque automático más simple (y menos común en las DSLR): el enfoque automático de contraste.
Enfoque automático por contraste
El enfoque automático de contraste funciona de la siguiente manera: el procesador evalúa el histograma recibido de la matriz de la cámara, mueve la lente del objetivo ligeramente, cambiando el punto de enfoque, luego vuelve a evaluar para ver si el contraste ha aumentado o disminuido. Si el contraste ha aumentado, la cámara continúa desplazando el punto de enfoque en la dirección seleccionada hasta que la imagen tenga el mayor contraste. Si el contraste ha disminuido, se indica a la lente que cambie el punto de enfoque al otro lado. El proceso se repite hasta que se logra el máximo contraste (lo que esencialmente significa mover el punto de enfoque un poco más allá de la posición de máximo contraste y regresar al punto después del cual el contraste comenzó a disminuir). Una imagen “enfocada” por AF de detección de contraste es la imagen con el máximo contraste.
Si su cámara muestra un histograma en Live View, puede enfocar manualmente por contraste.
Con el autofoco de contraste, se evalúa una imagen a partir de un área pequeña de la matriz, que se utiliza como sensor y coincide con el punto de enfoque elegido por el fotógrafo. Esto le permite seleccionar el sujeto que desea enfocar y evita que el procesador de la cámara tenga que evaluar el contraste de toda la imagen; el contraste se evalúa solo en los puntos AF seleccionados.
Desventajas del enfoque automático por contraste
La principal desventaja del enfoque automático por contraste es su lentitud. El proceso de varios pasos de "cambiar el punto de enfoque / lente de la lente - estimar - cambiar - estimar" toma tiempo, y la cámara puede comenzar moviendo el punto de enfoque en la dirección incorrecta, luego tendrá que retroceder. Debido a la velocidad extremadamente baja y la imposibilidad de seguir el enfoque, el enfoque automático de contraste no es muy adecuado para escenas dinámicas. La lentitud hace que sea difícil incluso fotografiar sujetos estacionarios. El enfoque automático de contraste depende mucho más que la fase de una buena iluminación y, obviamente, requiere un buen contraste del sujeto en el que se enfoca.
Beneficios del enfoque automático por contraste
El autoenfoque de contraste también tiene ventajas, gracias a las cuales no solo se sigue usando en cámaras, sino que también aumenta su presencia. Primero, el sistema de AF de contraste es más simple. No requiere sensores ni microcircuitos adicionales, que son necesarios para el enfoque automático de detección de fase. La simplicidad reduce los costos y (para muchos, el precio es más importante que la velocidad) es la razón principal para utilizar el enfoque automático de contraste en las cámaras digitales compactas. (Otra razón es que la profundidad de campo en las cámaras compactas es inicialmente mayor y los requisitos para la precisión del enfoque automático son significativamente menores).
La simplicidad del sistema AF de detección de contraste reduce su tamaño. Por ejemplo, las cámaras digitales sin espejo de reciente aparición con lentes intercambiables tienden a estar miniaturizadas, y el sistema de enfoque automático de contraste no requiere "desviar" la imagen de la matriz de la cámara: por lo tanto, los prismas, espejos y lentes requeridos para el sistema de enfoque automático de detección de fase no son necesarios. La pequeñez es una de las ventajas más importantes cámaras sin espejo con ópticas intercambiables: todas utilizan el enfoque automático por contraste.
La segunda ventaja es que el sistema AF de contraste utiliza el sensor de la cámara. No es necesario "desviar" el haz de luz a través de prismas y espejos especiales a sensores adicionales que pueden desequilibrarse con respecto a la matriz de la cámara. En contraste con el enfoque automático, se evalúa la imagen real en la matriz de la cámara, y no una imagen separada, que debería estar (y "debería" no significa que esté) calibrada con precisión para cumplir con la matriz.
Es por esta razón que el AF de contraste proporciona un AF más preciso que el AF de fase. Hago hincapié en: "cuando se utiliza una matriz para el enfoque de contraste". Las cámaras Olympus y Sony SLR utilizan un sensor adicional más pequeño para el AF de contraste en el modo Live View, lo que significa que, como con cualquier sistema que requiera alineación, todavía existe la posibilidad de una alineación incorrecta.
En general, el sistema de AF de contraste es más simple, más barato, más pequeño y, en teoría, más preciso que el enfoque automático por detección de fase. Pero es mucho más lento. Los fabricantes están trabajando duro para acelerar el enfoque automático de contraste, hay éxitos, pero seguirá siendo más lento en el futuro cercano.
Enfoque automático por detección de fase
Principios básicos
Honeywell introdujo el emparejamiento de fases (también conocido como emparejamiento de fases) en la década de 1970; se utilizó por primera vez comercialmente en una cámara Minolta Maxxum 7000. Honeywell demandó a Minolta por infracción de patente y ganó; por lo que los fabricantes tuvieron que pagar a Honeywell para utilizar el enfoque automático por detección de fase.
El autofoco de detección de fase se basa en el principio de que, salientes / reflejados desde un punto enfocado, los rayos iluminarán igualmente los lados opuestos de la lente ("estarán en fase"). Si la lente se enfoca delante o detrás de este punto, estos rayos de luz atraviesan los bordes de la lente de manera diferente ("fuera de fase").
Mayoria sistemas existentes el autofoco de detección de fase utiliza espejos, lentes o prismas (divisores de haz) para dividir los haces que pasan a través de los bordes opuestos de la lente en dos haces; y un sistema de lentes secundario para reenfocar estos rayos en el sensor de enfoque automático (típicamente un CCD). Este sensor detecta dónde caen los rayos de luz a través de los bordes opuestos de la lente. Si el punto está enfocado, los rayos golpean el sensor a cierta distancia entre sí. Si la lente se enfoca más cerca o más lejos que el punto deseado, la distancia entre estos rayos será menor o mayor. Muchas palabras, intentemos mirar la pantalla gráfica del proceso - (Fig. 1).
Arroz. 1 Cómo funciona el enfoque automático por detección de fase
Haré una reserva de inmediato: la descripción y la figura brindan una explicación muy simplificada de cómo funciona el enfoque automático de detección de fase, solo para tener una idea de "cómo funciona". La física y la mecánica del proceso, cuya descripción ocuparía más de una página, llena de fórmulas, números y demás incomprensibilidad, quedó entre bastidores.
La figura muestra claramente que el procesador de la cámara en el sistema de enfoque automático por detección de fase determina inmediatamente si la lente está enfocada demasiado cerca o demasiado lejos del sujeto, por lo que una de las desventajas del enfoque automático de contraste (la cámara no sabe en qué dirección mover la punto de enfoque) está inicialmente ausente: en lugar de moverse hacia adelante y hacia atrás y determinar en qué dirección se encuentra el alto contraste, en el enfoque automático de detección de fase, el procesador ve inmediatamente en qué dirección cambiar el punto de enfoque.
Y luego el proceso continúa. Cada lente de enfoque automático está equipada con un microprocesador que informa a la cámara sobre su presencia y estado, por ejemplo, "Soy una lente 50 / 1.4 y mi elemento de enfoque está un 20% más cerca que el infinito", o algo similar. Cuando presiona el disparador hasta la mitad, sucede lo siguiente:
La cámara lee los datos del sensor de enfoque automático, compara una serie de datos que contienen información sobre las propiedades de las lentes de enfoque automático de este fabricante, hace algunos cálculos y le dice a la lente algo como "Mueva el punto de enfoque automático de esta manera al infinito".
La lente tiene sensores y microcircuitos que miden la cantidad de corriente suministrada al motor de enfoque o cuánto se ha movido el elemento de enfoque. La lente cambia el elemento de enfoque y envía una señal a la cámara "cerca del objetivo".
La cámara vuelve a verificar los datos de los sensores de enfoque automático y envía una señal a la lente para un ajuste más preciso; el proceso de enfoque fino se puede repetir varias veces hasta que la lente se enfoque "directamente en el objetivo". Si algo sale mal, se produce el infame "desvío" de la lente.
Después de enfocar, la cámara ordena al objetivo que bloquee el enfoque e informa al fotógrafo (con sonido e indicador en el visor). Todo el proceso toma una fracción de segundo. Muy rapido.
Circuito de enfoque automático de detección de fase
El sensor de enfoque automático no puede estar delante del sensor, por lo que los fabricantes utilizan áreas parcialmente transparentes en el espejo, lo que permite que la luz pase a través del espejo secundario, desde donde se refleja hacia el sensor de enfoque automático (Fig.2).
Arroz. Circuito de enfoque automático de detección de 2 fases
Normalmente, el sensor AF se encuentra debajo del espejo principal (Fig. 3) junto con los sensores de medición. La flecha roja muestra el sensor de enfoque automático de la Canon EOS 5D. Imagen a través de Canon EE. UU.
Arroz. 3 Ubicación del sensor AF
Tipos de sensores de detección de detección de fase
Cada sensor es capaz de evaluar solo una pequeña parte de la imagen. Los sensores horizontales funcionan con mayor precisión con piezas verticales. En la mayoría de las imágenes predomina el detalle vertical, por lo que hay más sensores horizontales. También hay sensores verticales, por regla general, ubicados en forma transversal con los horizontales (Fig. 4). Algunas cámaras incluso están equipadas con sensores de enfoque automático con detección de fase diagonal.
Algunos sensores AF (casi siempre ubicados en el centro), utilizando diferentes lentes y el tamaño del propio sensor, logran una mayor precisión de AF, especialmente cuando se utilizan lentes rápidos. La mayoría de las veces, solo entran en juego cuando se usan lentes f / 2.8 o más brillantes. La Figura 4, por ejemplo, muestra que cuando se usa una lente f / 2.8, se usará un sensor de tipo cruzado, mientras que para lentes más oscuras, solo se usará un sensor AF menos preciso.
Arroz. 4 sensor AF tipo cruz
Los sistemas de detección de detección de fase temprana (y algunas cámaras modernas de formato medio) tenían solo un sensor en el centro de la imagen. A medida que aumentaba la potencia informática y la destreza de la ingeniería, se añadieron más y más sensores. Ahora la mayoría de las cámaras tienen de siete / nueve a 52. Puede, según los requisitos de la escena que se filma, elegir uno, todos o un grupo de sensores. Puede decirle a la cámara qué sensor / sensores usar.
Numerosos sensores de enfoque automático de detección de fase, junto con el procesador de la cámara, son capaces de realizar cosas maravillosas. Al determinar en qué sensores está enfocado el objeto en movimiento y cómo cambia, midiendo el movimiento del objeto y leyendo las lecturas en los intervalos de tiempo más cortos, la cámara puede predecir dónde estará el objeto en movimiento después de un cierto período de tiempo. El enfoque automático de seguimiento funciona en esto.
Efecto de la apertura de la lente
Independientemente del tipo de sensor, el enfoque automático será más preciso cuando utilice lentes rápidos. En el proceso de enfoque, la cámara abre la lente tanto como sea posible, cerrando la apertura al valor que haya elegido solo en el momento en que se abren los obturadores. Cuanto más amplio sea el ángulo de los haces de luz, más preciso será el enfoque automático de detección de fase. En el diagrama anterior, el ángulo de los rayos recibidos de la lente f / 2.8 ( lineas azules) será más grande que con una lente f / 4 (líneas rojas), que a su vez será más grande que con una lente f / 5.6 (líneas amarillas). Cuando utilice una lente con una apertura máxima de f / 8, solo funcionarán los sensores más precisos, pero el enfoque será más lento y menos preciso. Es por este motivo que los objetivos f / 5.6 dejan de enfocar automáticamente cuando intentamos utilizar un teleconvertidor que reduce su apertura máxima af / 8 of / 11.
Beneficios del enfoque automático por detección de fase
Ya hemos mencionado las principales ventajas del enfoque automático por detección de fase:
Es mucho más rápido que la relación de contraste, lo suficientemente rápido para sujetos en movimiento.
La cámara es capaz de utilizar un grupo de sensores para estimar el movimiento de un objeto, lo que nos da seguimiento / enfoque automático predictivo.
También hay beneficios menos obvios. Se pueden utilizar grupos de sensores de enfoque automático de detección de fase para la "profundidad de campo electrónica" - Una revisión preliminar profundidad de campo. Algunas cámaras (aunque no hay muchas) están equipadas con una función de enfoque automático (autofoco de captura): toman una fotografía en el momento en que algo cae dentro punto de acceso enfoque. Si los sensores detectan movimiento en una escena estática, pueden informar de un movimiento inadecuado de la cámara. Pero, lo principal, la velocidad y el enfoque automático de seguimiento.
Desventajas del enfoque automático por detección de fase
En primer lugar, El sistema de enfoque automático de detección de fase requiere una alineación física... El camino de la luz al sensor de la cámara debe coincidir con el camino de la luz al sensor AF para que el sujeto enfocado en el sensor AF esté enfocado y en el sensor. Cada lente debe contener un microcircuito que proporcione realimentación con una cámara e informándole sobre la posición exacta del elemento de enfoque, sobre qué tan lejos se mueve el elemento cuando se suministra una cierta corriente al motor de enfoque automático. Todo esto debe ser coordinado y verificado con precisión de tal manera que la lente mueva el punto de enfoque exactamente donde la cámara lo apuntó, y la cámara conoce la posición exacta de este punto. La más mínima inconsistencia conduce a un enfoque inexacto.
En segundo lugar, el sistema requiere personalización de software ... Cada cámara y lente son programados por el fabricante, la memoria se ingresa un gran número de datos. Estos datos garantizan que la cámara y el objetivo funcionen en perfecta armonía y, en ocasiones, la precisión del AF se puede mejorar mediante actualizaciones de firmware. Estas actualizaciones a menudo se publican después de la introducción de nuevos lentes.
Los fabricantes ocultan los algoritmos de sus sistemas de enfoque automático de detección de fase. Los fabricantes de lentes de terceros se ven obligados a leer y decodificar experimentalmente las señales intercambiadas entre la cámara y la lente y, basándose en estos datos, desarrollar sus propios microprocesadores y sus algoritmos. Esto puede hacer que la precisión del AF sea inferior cuando se utilizan objetivos de otros fabricantes. Los cambios en los algoritmos de los fabricantes de cámaras llevan al hecho de que el enfoque automático en lentes de terceros se niega a funcionar (deben reprogramarse, como sucedió recientemente con la Sigma AF 120-300 / 2.8 y la Nikon D3X).
Como ya se mencionó, la apertura de la lente afecta la precisión del enfoque automático por detección de fase. Lentes de gran apertura capaz de concentrarse más condiciones difíciles... Por lo general, la dependencia de la apertura no es un problema porque las lentes oscuras tienen una mayor profundidad de campo. Sin embargo, hay aperturas máximas (generalmente f / 5.6 of / 8) donde el enfoque automático de detección de fase simplemente se niega a funcionar. (Recordar Viene acerca de la apertura máxima de la lente: la cámara abre automáticamente la apertura de la lente completamente durante el enfoque, por lo que el valor establecido no afecta el enfoque automático si la apertura máxima de la lente coincide con las capacidades de la cámara).
Dado que la luz llega a los sensores AF solo cuando se baja el espejo, dejan de funcionar en el momento en que se toma la fotografía y no comienzan a funcionar hasta que el espejo vuelve a su posición original. Esta es la razón por la que el enfoque automático por detección de fase no funciona en la Vista en vivo, y el enfoque automático de seguimiento puede fallar con el disparo continuo.
Hay otros problemas que no notamos. Los filtros polarizadores lineales interfieren con el enfoque automático de detección de fase. No quedan muchos polos lineales ahora, pero sucede que habiéndolo comprado "barato", el propietario se sorprende por la inexactitud del enfoque automático. El enfoque automático de fase puede simplemente "volar" en algunos sujetos (como un tablero de ajedrez o una celosía), y la detección de contraste los maneja fácilmente.
Vista en vivo:
Destaqué Live View porque es lo que impulsa a los fabricantes a trabajar para mejorar el enfoque automático de contraste y crear sistemas híbridos. Como se mencionó, el enfoque automático por contraste tiene ciertas ventajas, y superar sus limitaciones beneficiará a todos los fotógrafos.
Olympus y Sony ya han creado sistemas que dividen el haz de luz, enviando algunos al visor y otros al sensor de imagen secundario. Este sistema permite utilizar la detección de fase incluso en Live View. Pero el riesgo de un enfoque inexacto aumenta, porque no se usa una matriz, sino un sensor auxiliar.
Canon ha descrito un sistema que utiliza el enfoque automático de detección de fase inicialmente y luego ajusta el enfoque con el enfoque automático de contraste.
Nikon parece haber solicitado una patente sobre el principio de que ciertos píxeles del sensor de la cámara se utilizarán como sensores de enfoque automático de detección de fase. Esto, en mi opinión, será solo una revolución.
FujiFilm ya ha lanzado una línea de compactos cámaras digitales con sistema de enfoque automático híbrido.
Espera y verás. Pero es obvio que por primera vez en últimos años Los cambios en los sistemas de enfoque automático pueden ser revolucionarios más que evolutivos. Eso, debes estar de acuerdo, oculta muchas cosas interesantes y emocionantes para los fotógrafos.
¡El artículo es muy útil! ¡Gracias!
Y de nuevo, muchas gracias por palabras amables y reseñas! Me alegro mucho si el material me pareció útil e interesante.
¿Puedes hacer una pregunta?
¿Es el sensor sensible al contenido espectral de la luz y cómo afecta esto a la precisión del enfoque?
Gracias.
escrito en el título "SÓLO sobre el enfoque automático", ¿dónde está el panqueque? por supuesto que está escrito disponible, pero muuuuy lenguaje complicado, ni una onza de simplificación
La evolución del enfoque automático móvil:
de contraste a Dual Pixel
Al disparar con un teléfono inteligente, es muy importante que las fotos sean nítidas. Para hacer esto, el sujeto debe estar enfocado antes de hacer clic en el botón "Tomar foto". Recientemente, varios fabricantes han estado trabajando para mejorar las tecnologías de enfoque automático, y hoy veremos en qué se diferencian entre sí.
Al elegir un teléfono con cámara, muchos prestan atención a la cantidad de megapíxeles; dicen, quien tiene más es el más fresco. Sin embargo, a menudo es más importante y útil considerar otros factores que tienen un impacto igualmente grave en la calidad de las fotografías. Entre ellos se encuentra el tipo de enfoque automático de la cámara. Apple, Samsung, LG y otros fabricantes ahora se están apresurando activamente en esta área, y muchos realmente han logrado hacer un progreso significativo.
¿Qué es el enfoque automático y por qué lo necesitamos?
El sistema de enfoque automático ajusta la lente para enfocar directamente al sujeto, marcando la diferencia entre una toma nítida y una oportunidad perdida.
Simplificado, el principio de la cámara es que los rayos de luz se reflejan en los objetos fotografiados y luego golpean el sensor, que convierte la corriente de fotones en una corriente de electrones. Después de eso, la corriente se convierte en un conjunto de bits, los datos se procesan y se escriben en la memoria de la cámara. Los sensores CMOS son especialmente populares entre los fabricantes de teléfonos inteligentes, que convierten la carga en voltaje directamente en el píxel, proporcionando posteriormente acceso directo al contenido de un píxel arbitrario.
En teoría, funciona así: las lentes enfocan la luz en un sensor, el sensor luego crea una fotografía digital. En realidad, no todo es tan sencillo. El ángulo de los rayos de luz entrantes depende de la distancia a la que se encuentra el objeto fotografiado. El diagrama de la izquierda muestra lentes que enfocan los rayos de luz sobre un objeto azul: los objetos verdes y rojos están desenfocados y aparecerán borrosos en la imagen final. Si queremos enfocar objetos verdes o rojos, necesitamos cambiar la distancia entre la lente y el sensor.
En los primeros días de la tecnología de las cámaras, la mayoría de los dispositivos tenían un enfoque fijo. En los teléfonos inteligentes modernos, es posible ajustar la distancia entre las lentes y el sensor. Por lo tanto, obtiene imágenes detalladas de alta calidad. Ahora, para implementar el enfoque automático en los teléfonos inteligentes, se utilizan principalmente tres métodos: contraste, fase y láser.
Enfoque automático por contraste
El AF de contraste es un tipo de enfoque automático pasivo. Hasta ahora, esta solución se usa en la mayoría de los teléfonos inteligentes, en gran parte porque es una de las más simples. Con la ayuda del sensor, se mide la cantidad de luz sobre el objeto, después de lo cual también mueve la lente en función del contraste. Si el contraste es máximo, el sujeto también está enfocado.
En general, el enfoque automático de contraste hace frente a su tarea bastante bien y tiene una ventaja significativa: es bastante simple y no requiere ningún hardware complicado.
Pero también tiene varias desventajas. En particular, el enfoque automático de contraste es más lento que otros; por lo general, se tarda aproximadamente un segundo en enfocar un sujeto. Durante este tiempo, puede cambiar de opinión acerca de tomar la foto o, por ejemplo, si desea capturar un sujeto que se mueve rápidamente, se perderá el momento. Esto se debe al hecho de que la mayor parte del tiempo lo toma el proceso de "cambio del punto de enfoque / lente del objetivo - evaluación del contraste - desplazamiento - evaluación del contraste". Además, el enfoque automático de contraste carece de la capacidad de seguimiento de enfoque y, en condiciones de poca luz, es poco probable que lo impresione. Por tanto, este tipo de autofoco se utiliza actualmente principalmente en smartphones económicos como Lenovo A536, ASUS Zenfone Go y otros.
Enfoque automático por detección de fase: una alternativa rápida y avanzada
Uno de los pioneros aquí fue Samsung, que tomó prestada la tecnología de las cámaras SLR digitales y equipó su teléfono inteligente Galaxy S5 con enfoque automático de detección de fase. La conclusión es que en en este caso Se utilizan sensores especiales que captan el flujo de luz transmitida desde diferentes puntos de la imagen utilizando lentes y espejos. Dentro del sensor, la luz se divide en dos partes, cada una de las cuales incide en un sensor ultrasensible. El sensor mide la distancia entre los haces de luz, después de lo cual determina qué tan lejos debe moverse la lente para un enfoque preciso. Por ejemplo, el Samsung Galaxy S5 tarda solo 0,3 segundos en enfocarse en un sujeto.
La primera y principal ventaja del enfoque automático por detección de fase es que es mucho más rápido que la detección de contraste, es simple debe tener para fotografiar objetos en movimiento. Además, la cámara puede evaluar el movimiento de un objeto mediante sensores, desde aquí tenemos la posibilidad de realizar un seguimiento del autofoco.
Pero también hay desventajas. El enfoque automático por detección de fase, como la detección de contraste, no funciona muy bien en condiciones de poca luz. También requiere un hardware más potente, por lo que suele estar disponible en smartphones de gama alta. Entre ellos, por ejemplo, Huawei Honor 7, Sony Xperia M5 y Samsung Galaxy Note 5.
Algunos fabricantes fueron más allá y decidieron usar el enfoque automático por láser en los teléfonos inteligentes (más sobre esto más adelante), mientras que otros están mejorando activamente la tecnología de enfoque automático por detección de fase. Por ejemplo, Apple usa los llamados "píxeles focales" en su iPhone 6s y iPhone 6s Plus: el punto es que la tecnología usa algunos de los píxeles como sensor de fase, y disparar en los teléfonos inteligentes de Apple es realmente rápido.
Pero la tecnología Dual Pixel, que Samsung usa en sus teléfonos inteligentes Galaxy S7 y Galaxy S7 Edge, realmente difiere del enfoque de fase estándar. Aunque es una especie de enfoque automático por detección de fase, todavía tiene algunas diferencias y sutilezas. En los teléfonos inteligentes, el enfoque automático de detección de fase es algo limitado en sus capacidades: para asignar un sensor focal a cada píxel, debe reducirlo en gran medida, por lo que obtenemos ruido y fotos borrosas. Por lo general, alrededor del 10% de los puntos sensibles a la luz están equipados con sensores, sin embargo, algunos fabricantes no van más allá del 5%.
En Dual Pixel, cada píxel está equipado con un sensor separado debido al aumento en el tamaño del píxel. El procesador procesa las lecturas de cada píxel, pero lo hace tan rápido que el enfoque automático aún toma décimas de segundo. Samsung dice que la tecnología Dual Pixel es similar a enfocar con el ojo humano, pero más bien una metáfora. Sin embargo, debemos admitir la innovación de este enfoque para el enfoque automático de detección de fase. Ahora es una verdadera exclusiva para Galaxy S7 y Galaxy S7 Edge.
Enfoque automático láser: más activo
Al igual que el autofoco de detección de fase, el autofoco láser es un tipo activo de autofoco. Esta direccion largo tiempo fue manejado por LG, que implementó por primera vez el enfoque automático láser en su teléfono inteligente G3. La tecnología se basa en el principio de un telémetro láser: el emisor láser ilumina el objeto y el sensor mide el tiempo de llegada del rayo láser reflejado, determinando la distancia al objeto.
Una de las principales ventajas de este enfoque automático es el tiempo. Según LG, todo el proceso de enfoque automático con láser tarda 0,276 segundos. Enfoque automático por detección de contraste significativamente más rápido y un poco más rápido que el enfoque automático por detección de fase.
Una ventaja obvia del enfoque automático con láser es que es increíblemente rápido y hace bien su trabajo en condiciones de poca luz. Pero funciona solo a una cierta distancia, la más mejor efecto se logra si la distancia entre el teléfono inteligente y el sujeto es inferior a 0,6 metros. Y después de cinco metros, hola, autoenfoque de contraste.
¿Cómo funciona el enfoque automático en un teléfono inteligente? ¿Qué tipo de enfoque automático funciona mejor? Pros y contras del AF láser, de fase y de contraste. ¿Por qué el doble píxel es tan bueno?
¿Cómo funciona el enfoque automático en un teléfono inteligente? No hay una respuesta sencilla a esta pregunta. Debe comprender cada tipo de enfoque automático, estudiar las características de una tecnología de enfoque en particular. Solo después de eso se pueden sacar al menos algunas conclusiones. Por eso, ahora hablaremos de los tipos de tecnologías de autoenfoque, y las ventajas y desventajas de cada una de ellas.
¿Qué es el enfoque de la cámara y el enfoque automático?
Aquí todo es simple: la lente del objetivo refracta los rayos y recoge toda la luz en un punto: el enfoque. Y si el sensor de la matriz está ubicado en este punto, entonces el marco es más detallado y de alta calidad. Naturalmente esto fenómeno físico disfrutado por todos los fotógrafos. Ponen cualquier parte del encuadre “enfocada”, ajustan la lente manualmente y llevan la atención del espectador al primer plano o al fondo, el sujeto principal o el detalle menor. El resto de la imagen se verá borrosa.
Bueno, los fotógrafos novatos pueden usar el sistema de enfoque automático, cuando el automático captura uno o varios objetos en el encuadre "en foco" controlando tanto la lente como la matriz. Y estos objetos (u objeto) se obtienen lo más nítidos y detallados posible. Y aquí no se necesita habilidad ni sentido del marco.
Esta es probablemente la razón por la que la fotografía digital se ha vuelto más popular que la versión de arte en papel y película. Después de todo, el enfoque automático en la cámara de un teléfono o una cámara barata le permite tomar una foto detallada sin ningún esfuerzo adicional. Todo el proceso se reduce a regla simple: "Señalar y hacer clic".
Variedades de enfoque automático y los principios básicos de su trabajo.
La lente de una cámara enfoca los rayos reflejados por un objeto frente a la lente. Al enfocar, la cámara se guía por la distancia al objeto y la intensidad del brillo que emana de él. Hoy en día existen dos tipos de modos de enfoque automático:
- Opción activa: se basa en medir la distancia utilizando un localizador de telémetro.
- Opción pasiva: funciona con un haz de luz y mide su intensidad.
El primer modo (activo) utiliza radiación láser infrarroja o ultrasónica con una velocidad de propagación de ondas conocida en el aire. El módulo emisor emite un flujo dirigido, que se refleja desde el objeto y es capturado por el módulo receptor después de un cierto período de tiempo. A continuación, la calculadora de enfoque automático multiplica este tiempo por la velocidad de propagación de onda conocida y divide el resultado por dos, obteniendo valor exacto distancia. Al dirigir el emisor al área deseada, el usuario obtiene un enfoque óptimo, dirigiendo la atención del espectador a esta área particular de la foto.
El segundo modo (pasivo) está organizado de forma algo diferente. Utiliza sensores especiales (fotodiodos) que miden la intensidad del brillo y un procesador especial que determina el enfoque por el valor de este parámetro. En la práctica, se ve así: los sensores registran la intensidad del brillo, luego el procesador cambia el enfoque, después de lo cual se vuelve a medir la intensidad, si la densidad de flujo ha aumentado, entonces el enfoque se considera aceptable. Si no es así, el enfoque se cambia de nuevo. Y así sucesivamente hasta encontrar la máxima intensidad. En las matrices de cámaras serias hay hasta 40-60 fotodiodos.
Sobre la base de estos principios, la mayoría sistemas conocidos enfoque: fase, láser, contraste y doble píxel. Y más adelante en el texto, vamos a cada opción, a lo largo del camino evaluando sus ventajas y desventajas básicas.
Pros y contras del enfoque automático con láser
En este caso, un emisor láser y un receptor están integrados en el modelo de cámara del teléfono. El primero genera un haz estrecho, el segundo recibe la señal reflejada. Como resultado, la velocidad de enfoque se reduce a milésimas de segundo. Por lo general, es alrededor de 250-300 milisegundos ya que el láser viaja a la velocidad de la luz.
La principal ventaja del enfoque láser es la alta velocidad de reacción del módulo y la principal desventaja son los frecuentes fallos. Un emisor de láser de haz estrecho a veces "dispara" más allá del objetivo, y la señal reflejada se pierde fácilmente, especialmente en espacios abiertos. Por lo tanto, el enfoque automático láser en la cámara de un teléfono inteligente, en la mayoría de los casos, funciona en conjunto con una opción de orientación de fase o contraste.
Funciones de enfoque de fase
La tecnología se basa en dividir el haz que atraviesa la lente en dos corrientes. Esto se hace para medir la distancia entre las corrientes que pasan por los bordes opuestos de la lente. Si esta distancia se ajusta a ciertos valores especificados en la matriz de datos, la imagen se considera enfocada. Para fijar la distancia, se utilizan sensores especiales que reaccionan a la luz. Sus señales son procesadas por el procesador, que compara los parámetros leídos con la matriz de datos base y da una señal para cambiar el enfoque en la dirección deseada.
La principal ventaja de la tecnología es su disposición para captar un objeto en movimiento enfocado. Además, esta opción es más rápida que el AF de contraste. También puede utilizar este sistema para calcular un parámetro como la profundidad de campo.
La principal desventaja de la tecnología de fase es su compleja implementación. El sistema de prismas, espejos, lentes requiere una alineación física ultraprecisa y un ajuste de software no menos escrupuloso. Además, la precisión de dicho enfoque depende de la apertura de la lente, y para teléfonos móviles hay grandes problemas con este parámetro.
Pros y contras del enfoque de contraste
La tecnología no cambia ni la matriz ni el sistema óptico de la cámara del teléfono inteligente. Como sensor se utiliza todo el fotosensor o parte de él. El procesador lee el histograma actual del sensor y evalúa el contraste del marco. Y luego se le da la orden a la lente para cambiar el enfoque, después de lo cual se realiza una nueva lectura del histograma con una reevaluación del contraste. Y todo el ciclo se repite hasta llegar Nivel maximo contraste en el área seleccionada del encuadre en la que se enfoca.
La principal ventaja de la tecnología es una combinación de facilidad de implementación, bajo costo de construcción y tamaño compacto. Todos los fabricantes de teléfonos inteligentes económicos utilizan este enfoque automático.
La principal desventaja de esta opción es la velocidad de trabajo muy lenta. A veces, el procesador entra en el modo eterno de "búsqueda del enfoque", que termina con la pérdida de un cuadro poco común.
Tecnología Dual Pixel
Esta tecnología de enfoque se utiliza en costosos Cámaras SLR... En dispositivos móviles, todavía se usa solo en los modelos insignia de Samsung, reduciendo deliberadamente la resolución de la matriz fotográfica con un aumento simultáneo de sus dimensiones físicas.
Estos trucos se realizan por el deseo de unir a cada píxel del sensor fotográfico un sensor individual que responda a la intensidad del brillo. Luego, las señales de los sensores se procesan de acuerdo con los algoritmos de enfoque de fase y contraste, logrando no solo una imagen idealmente nítida, sino también la más contrastante.
Si, en el caso del enfoque de fase clásico, la proporción de sensores no es más del 10% de el total píxeles en la cámara, luego, en el caso de Dual Pixel, se dividen en una proporción 50/50. En pocas palabras, cada píxel es un elemento sensible a la luz y un sensor al mismo tiempo. Esta tecnología proporciona un enfoque más preciso y rápido.
De las desventajas de Dual Pixel, cabe señalar que es muy difícil implementar este tipo de soluciones. Solo los dispositivos insignia están equipados con tales trucos, por ejemplo, los dispositivos de la serie S de Samsung (del séptimo modelo y superior). Los últimos iPhones (sexto modelo en adelante) tienen algo similar, pero Apple llama a esta tecnología de enfoque Focus pixels, y está más cerca del autofocus de detección de fase regular que Dual Pixel.
