Autofokus- detta är en mekanism (enhet) som gör det möjligt att fokusera så exakt som möjligt med ett tryck på avtryckaren optiskt system lins på motivet. Nästan alla moderna kameror har en autofokusfunktion. Den punkt där strålarna som reflekteras från det fotograferade objektet konvergerar kallas fokus. Autofokus är utformad för att justera skärpan i linsens optik på ett specifikt objekt, grupp av objekt eller någon enskild punkt. Bekvämligheten med autofokussystemet gör att du kan ta bilder snabbt och utan kvalitetsförlust, vilket är mycket viktigt när en fotograf ska fånga ögonblicket.
Aktiva autofokussystem
1986 företaget Polaroid banade väg för användningen av ett aktivt autofokussystem i sina kameror. Funktionsprincip ultraljudssystem bestod av följande: en kraftfull generator skickade ett visst antal pulser i riktning mot det fotograferade objektet, timingsystemet aktiverades omedelbart, och när sensorn fångade ekot, beräknade mekanismen, baserat på mottagna data, avståndet och beordrade enheten att flytta linserna till en viss position. Den här metoden vanligen kallad aktiv, den har en hög fokuseringshastighet och är helt oberoende av objektivets egenskaper. Men med alla fördelar har denna metod en betydande nackdel. Kameror med ultraljudssystem kan inte fokusera genom ett genomskinligt hinder.
Om du till exempel behöver fotografera ett objekt genom glas kommer kameran inte att kunna göra detta.
Utvecklingen av det aktiva autofokussystemet fortsätter med det infraröda avståndsuppskattningssystemet.. Detta system är baserat på tre metoder: triangulering, uppskattning av storleken på reflekterad strålning och tidsuppskattning.
Ljud i luft har en hastighet på cirka 300 m/s och ljusets hastighet är 300 000 m/s. Infraröd strålning är direkt relaterad till ljusspektrumet, så effektiviteten av infraröd strålning är mycket högre än ultraljudssystemet.
Det främsta hindret infrarött system avståndsuppskattningar är föremål som värms upp i solen, lågor, hushållsvärmeapparater - allt som har infraröd strålning. Avståndet till motivet med hög ljusabsorptionskoefficient påverkar också. Det finns en definition inom fysiken svart kropp - P ytor med noll ljusreflektans. Ytor Det finns ingen absolut svart kropp i naturen, men det finns föremål med svaga reflekterande ytegenskaper. Det visar sig att när det infraröda avståndsuppskattningssystemet möter ett material med mycket svaga reflekterande egenskaper, misslyckas det.
I det här fallet måste du fokusera manuellt. Men det här systemet har fördelar: det infraröda systemet kan fokusera både i dålig belysning och i mörker. Tidigare användes detta system aktivt av videokameratillverkare, men senare kom de tillTTL- metod.
Passiva autofokussystem
Funktionsprincip fasdetekterande autofokus består av användningen av speciella sensorer, som tar emot fragment av det överförda ljusflödet från olika punkter i bilden med hjälp av linser och speglar. Inuti sensorn är ljuset uppdelat i två delar, sedan träffar varje del sin egen ljussensor. Fokusering och exakt fokusering uppnås endast om de två ljusströmmarna befinner sig på ett visst avstånd från varandra, specificerat av sensorns design. Sensorn beräknar avståndet mellan ljusströmmarna och beräknar automatiskt hur mycket linsen behöver flyttas för att uppnå exakt fokusering. Fasdetekteringsautofokus är bra när du behöver fotografera ett rörligt motiv, det är snabbt och exakt. Ett stort antal sensorer gör det möjligt att utvärdera ett objekts rörelse, det vill säga det låter dig aktivera spårningsläget. Det är därför fasdetekteringsautofokus används i stor utsträckning idag i SLR, film och digitalkameror.
Nedan är en visuell representation av hur autofokus fungerar genom att flytta skjutreglaget styr du animeringen härifrån.
Bild nr 1
Vid namn " kontrastmetod”Du kan förstå att kameran känner av om bilden är i fokus genom linsernas arrangemang, vilket ger bildens maximala kontrast. Principen för kontrastautofokus är följande: slutaren höjs och kameran tar emot en bild. Från denna bild kan kameran inte avgöra vart linserna ska flyttas för att få en skarpare bild, och därför en mer exakt fokus. Därför börjar kameran flytta linserna i en viss riktning, till exempel framåt. Sedan läser den data igen och kontrollerar värdet på bildens kontrast (skärpa) med det som var tidigare. Minskad kontrast betyder att linserna har rört sig åt fel håll. Nu flyttar kameran linserna i motsatt riktning, bara ännu längre än de var i början. Skiftavståndet är programmerat i kamerans firmware. Kontrast autofokus används i nästan alla spegellösa digitalkameror. Men några av dem är det Nyligen började förses med ett snabbare fasfokuseringssystem.
Bild nr 2
Autofokus motor
Inte en enda autofokusmekanism som flyttar linser klarar sig utan en motor. Kvaliteten på fokuseringen beror på motorns noggrannhet och hastighet, men det påverkar också hållbarheten hos kamerans batterier. Idag är två typer av enheter mycket populära - " skruvmejsel"och" ultraljuds-", de dök upp för inte så länge sedan. "Canon" var en av de första att använda den nya enheten i sina kameror " ultraljudsmotor" för objektivet. Och efter dem introducerade andra företag liknande förbättrade enheter. Du kan se att en motor finns på indexet på objektivramen: USM - för Canon, HSM - för Sigma, SWM - för Nikon och SSM - för Minolta och Sony. Budgetlinsmodeller är i första hand utrustade med en "skruvmejsel"-motor, medan dyrare linser är utrustade med en "ultraljudsmotor".
I sina tidiga dagar var autofokussystem verkligen hokuspokus. Nu kan vi inte föreställa oss livet utan autofokus, men nyligen använde alla det och föreställde sig inte ens att automatisering skulle kunna fånga motivet för fotografering tydligt.
Folk började prata om autofokus på 70-talet av förra seklet. Då utmärkte sig det tyska företaget Leica, som utvecklade det första autofokusobjektivet, och introducerade 1976 den första kameran utrustad med ett autofokussystem. Hon blev Leica Correfot, visades som prototyp på utställningen Photokina-1976.
Men det tyska företaget hade ingen brådska att tillverka autofokussystem och sålde tekniken till företaget Minolta, som, tack vare den effektiva implementeringen av autofokus i sina DSLR:er, i mitten av 1980-talet. blev snabbt ledande inom försäljning av fotoutrustning. Parallellt utvecklade andra företag automatiska fokuseringssystem ( Canon, Seiko, Polaroid, Pentax etc.) och tekniken nådde massorna.
Gå in på för mycket tekniska detaljer Vi kommer inte att använda automatiska fokuseringssystem ännu. Men låt oss försöka berätta hur de fungerar.
Idag finns det två huvudtyper av autofokus: fas Och kontrasterande, samt deras symbios, som kallas hybrid.
Fasdetektering autofokus
Denna typ av fokusering används fullt ut i DSLR-kameror. Den är baserad på principen om fasskillnaden för ljusflödet som kommer in i linsen. Skillnaden bestäms av speciella sensorer som är placerade i nära anslutning till kameramatrisen.
Funktionsprincipen för visas tydligt på bilden nedan. Ljusflödet kommer in genom linsens motsatta kanter till huvudspegeln, där det är uppdelat i delar: en del går till sökaren och en annan del går direkt till den extra spegeln, som reflekterar strålarna på fokussensorerna. Om ljusstrålarna, efter att ha passerat genom spegeln och fokuseringslinsen, fokuseras på en punkt, är motivet i fokus. Om linsen fokuseras närmare eller längre bort från motivet kommer avståndet mellan strålarna att bli mindre eller större i enlighet med detta. I det här fallet kommer processorn in i bilden, som beräknar i vilken riktning och hur mycket fokuslinsen behöver flyttas.
Även blotta ögat Det är ett direkt beroende av autofokusprestanda på objektivets bländare. Faktum är att ju mer ljus som kommer in i det främre elementet på linsen, desto mer kommer det att reflekteras och desto bättre fungerar autofokussensorerna. I det här fallet spelar det ingen roll hur mycket du stänger bländaren - den kommer att stänga till det inställda värdet endast i det ögonblick som slutaren släpps, och under fokusering kommer bländaren att vara öppen till maximalt. De där. Med ett objektiv med f/1.2-1.4 bländare i din arsenal kan du räkna med högre fokuseringshastighet och precision. Å andra sidan kompenseras detta av att snabbare linser har ett mer komplext och massivt linssystem, vilket gör att det är svårare för motorn att flytta hela denna mekanism. Dessutom innebär en stor bländare ett mycket grundare skärpedjup som fassensorer behöver penetrera. Ljus för det exempel - ett av de långsammaste (om inte det långsammaste) objektivet från Canon - EF 85mm f/1.2L II USM.
Följande illustration visar tydligt fenomenen bakfokus och frontfokus:
- fokusera närmare – tillbaka fokus;
- fokusera vidare - främre fokus.
Fassensorerna själva kan vara linjär(horisontell Och vertikal) Och korståg(inkl. dubbla kors). Vi kommer att titta på dem mer i detalj i kommande material.
Kontrast autofokus
Denna fokuseringsmetod används ofta i kompakta och spegellösa kameror. De är inte blyga för att installera kontrastsensorer i DSLR:er – de ger fokusering i LiveView-läge när fassensorer inte kan fungera.
Funktionen för kontrastautofokussystemet är baserad på principen att jämföra kontrasten i bilden som kommer in i kameramatrisen. Kamerans processor analyserar histogrammet och flyttar linsen för att se hur mycket kontrasten ändras. Om kontrastnivån sjunker kommer fokuspunkten att börja skifta baksidan. Om kontrasten ökar kommer fokuspunkten att fortsätta att skifta i denna riktning tills det är möjligt att nå maximalt värde kontrast. De där. processen fortsätter tills fokuspunkten når maximal kontrast och återgår till den punkt efter vilken dess nivå började minska. I det här fallet kommer motivet att fokuseras. Stor fördel kontrastfokusering över fasfokusering är att med den finns ingen bak- och frontfokus.
För att visa, flytta muspekaren till det övre högra hörnet och flytta reglaget framåt/bakåt (visualisering - http://graphics.stanford.edu/courses/cs178/applets/autofocusCD.html)
Hybrid autofokus
Idag blir denna typ av automatiska fokuseringssystem allt mer populärt. Och av goda skäl - det kombinerar fördelarna med båda systemen och eliminerar deras nackdelar.
Det fungerar ungefär som följer: fassensorer, som sitter direkt på kameramatrisen, ger primär fokusering. Därefter kopplas kontrastsensorer in som korrigerar skillnaden i bildkontrast och slutligen fokuserar kameran på motivet.
En av de främsta fördelarna med hybrid autofokussystem är kanske frånvaron av bak- och frontfokus. Detta förklaras av att fokusering sker direkt på kameramatrisen. Ett annat viktigt plus är den kompakta storleken på hybridautofokussystemet och frånvaron av behovet av att justera denna mekanism. Men det finns också en fluga i salvan - operationshastigheten i spårningsläget hybrid autofokus når fortfarande inte fasnivån.
Om du vill lära dig mer om driften av automatiska fokuseringssystem (med formler och beräkningar), skriv i kommentarerna. Om det finns tillräckligt många intresserade kommer vi definitivt att skriva ett separat material om detta ämne.
Funktionsprinciper för autofokussystemet.
Fokusering är en öm punkt för de flesta amatörfotografer (och även proffs). Tro det eller kolla det: vilket fotoforum som helst kommer att övertyga dig, och kameratester innehåller alltid ett avsnitt som enbart ägnas åt autofokusprestanda.
Diskussioner om autofokus på fotografiska forum slutar oftast i ömsesidiga anklagelser om okunnighet eller virtuellt grepp om jackans slag och ropar "Vem är du?!" Jag tänkte att jag skulle börja utbilda mig själv och ta reda på, på vardagsnivå, hur autofokus fungerar i moderna digitalkameror. Det visade sig att det finns väldigt få material på Internet, och ännu färre som är begripliga för en person utan specialutbildning. Sökresultaten och sammanställningen av information (tack vare LenzRentals!) beskrivs nedan.
Moderna digitalkameror använder två autofokussystem: kontrastautofokus och fasdetekteringsautofokus. Låt oss börja med ett enklare (och mindre vanligt i DSLR) autofokussystem: kontrastautofokus.
Kontrast autofokus
Kontrastautofokus fungerar så här: processorn utvärderar histogrammet som tas emot från kamerasensorn, flyttar linsen något - flyttar fokuspunkten och utvärderar den sedan för att se om kontrasten har ökat eller minskat. Om kontrasten har ökat fortsätter kameran att flytta fokuspunkten i den valda riktningen tills bilden har maximal kontrast. Om kontrasten har minskat instrueras objektivet att flytta fokuspunkten till andra sidan. Processen upprepas tills maximal kontrast uppnås (vilket i huvudsak innebär att flytta fokuspunkten något förbi den maximala kontrastpositionen och återgå till den punkt där kontrasten började minska). En bild "fokuserad" med kontrast autofokus är en bild med maximal kontrast.
Om din kamera visar ett histogram i Live View kan du fokusera manuellt med kontrast.
Med kontrast autofokus utvärderas bilden från ett litet område av matrisen - används som en sensor och sammanfaller med den fokuspunkt som valts av fotografen. Detta gör att du kan välja det motiv du vill fokusera på, och befriar kameraprocessorn från att behöva utvärdera kontrasten i hela bilden - endast kontrasten vid de valda AF-punkterna utvärderas.
Nackdelar med kontrast autofokus
Den största nackdelen med kontrast autofokus är dess långsamhet. Flerstegsprocessen att ”skifta fokuspunkten/objektivet – bedöma – skifta – bedöma” tar tid, och kameran kan börja med att flytta fokuspunkten åt fel håll – då måste du gå tillbaka. På grund av den extremt låga hastigheten och omöjligheten att spåra fokusering är kontrastautofokus inte lämplig för dynamiska scener. Långsamheten gör det svårt att ens fotografera stillastående motiv. Kontrastautofokus, mycket mer än fasautofokus, är beroende av bra belysning, och – vilket är uppenbart – det kräver god kontrast av objektet som fokuseras på.
Fördelar med kontrast autofokus
Kontrast autofokus har också fördelar, tack vare vilka det inte bara fortfarande används i kameror, utan också ökar sin närvaro. För det första är kontrastautofokussystemet enklare. Det kräver inga ytterligare sensorer och chips som behövs för fasdetekteringsautofokus. Enkelhet minskar kostnaderna och (och för många är priset viktigare än hastigheten) är det främsta skälet till att använda kontrastautofokus i kompakta digitalkameror. (En annan anledning är att skärpedjupet för kompaktkameror är i sig större och kraven på autofokusnoggrannhet är betydligt lägre.)
Enkelheten hos Contrast AF-systemet minskar dess storlek. Till exempel tenderar nyligen framväxande spegellösa digitalkameror med utbytbara linser att vara miniatyrer, och kontrastautofokussystemet kräver inte att "flytta" bilden bort från kameramatrisen: det betyder att prismor, speglar och linser är nödvändiga för en fasfas autofokus system behövs inte. Miniatyr är en av de viktigaste fördelarna spegellösa kameror med utbytbara linser - alla använder kontrastautofokus.
Den andra fördelen är att kontrastautofokussystemet använder kamerans sensor. Det finns inget behov av att "dra tillbaka" ljusstrålen genom speciella prismor och speglar till ytterligare sensorer, som kanske inte justeras i förhållande till kameramatrisen. Med kontrast autofokus utvärderas den verkliga bilden på kameramatrisen, och inte en separat bild, som måste vara (och "bör" betyder inte att den är) exakt inriktad med matrisen.
Det är av denna anledning som kontrastautofokus ger mer exakt autofokus än fasdetekteringsautofokus. Låt mig betona: "när du använder en matris för kontrastfokusering." Olympus och Sonys DSLR-kameror använder en extra, mindre sensor för kontrastautofokus i Live View-läge, vilket innebär - som med alla system som kräver justering - att det fortfarande finns möjlighet till felaktig justering.
Sammantaget är kontrastdetekteringsautofokus enklare, billigare, mindre och teoretiskt mer exakt än fasdetekteringsautofokus. Men det går mycket långsammare. Tillverkare gör allt för att påskynda kontrast autofokus, det finns framgångar, men det kommer att förbli långsammare inom en snar framtid.
Fasdetektering autofokus
Grundläggande principer
Fasmatchningsautofokussystemet (även känt som fasmatchning) introducerades av Honeywell på 1970-talet; den användes först kommersiellt i Minolta Maxxum 7000-kameran Honeywell stämde Minolta för patentintrång och vann. så tillverkarna fick betala Honeywell för rätten att använda autofokussystemet för fasdetektering.
Fasdetekteringsautofokus är baserad på principen att strålar som emanerar/reflekterar från en punkt i fokus kommer att belysa objektivets motsatta sidor (”kommer att vara i fas”). Om linsen är fokuserad framför eller bakom denna punkt, passerar dessa ljusstrålar genom linsens kanter annorlunda ("ur fas").
Majoritet befintliga system fasdetekteringsautofokus använder speglar, linser eller prismor (stråldelare) för att dela strålar som passerar genom motsatta kanter av linsen i två strålar; och ett sekundärt linssystem för att fokusera dessa strålar tillbaka på autofokussensorn (vanligtvis en CCD). Denna sensor avgör var ljusstrålar som passerar genom motsatta kanter av linsen faller. Om punkten är i fokus träffar strålarna sensorn på ett visst avstånd från varandra. Om linsen fokuseras närmare eller längre än den önskade punkten kommer avståndet mellan dessa strålar att bli mindre eller större. Många ord, låt oss försöka titta på den grafiska visningen av processen - (Fig. 1).
Ris. 1 Hur fasdetekteringsautofokus fungerar
Jag kommer att göra en reservation omedelbart: beskrivningen och figuren ger en mycket förenklad förklaring av funktionsprincipen för fasdetekteringsautofokus - bara för att få en uppfattning om "hur det fungerar". Fysiken och mekaniken i processen, vars beskrivning skulle ta mer än en sida full av formler, siffror och annan obegriplighet, förblev "bakom kulisserna".
Bilden visar tydligt att kameraprocessorn i omedelbart avgör om objektivet är fokuserat för nära eller för långt från motivet, så en av nackdelarna med kontrastautofokus (kameran vet inte åt vilket håll den ska flytta fokus punkt) är initialt frånvarande - istället för att flytta framåt och bakåt och bestämma i vilken riktning den större kontrasten ligger, i fasdetekteringsautofokus ser processorn omedelbart i vilken riktning fokuspunkten ska flyttas.
Och så kommer processen. Varje autofokusobjektiv har en mikroprocessor som talar om för kameran dess närvaro och tillstånd, till exempel "Jag är ett 50/1.4-objektiv och mitt fokuseringselement är i en position 20% närmare än oändligheten" - eller något liknande. När du trycker ned avtryckaren halvvägs händer följande:
Kameran läser data från autofokussensorn, konsulterar en datamatris som innehåller information om egenskaperna hos autofokuslinser från den tillverkaren, gör några beräkningar och säger till objektivet något i stil med "Flytta autofokuspunkten så långt till oändligheten."
Linsen innehåller sensorer och chips som mäter antingen mängden ström som tillförs fokuseringsmotorn eller hur mycket fokuseringselementet har rört sig. Linsen ändrar fokuseringselementet och skickar en signal till kameran att den är "nästan där."
Kameran kontrollerar igen data från autofokussensorerna och skickar en signal till objektivet för mer exakta justeringar; den exakta fokuseringsprocessen kan upprepas flera gånger tills objektivet fokuserar "rätt på målet". Om något går fel uppstår linsens ökända "giring".
Efter fokusering beordrar kameran objektivet att låsa fokus och informerar fotografen (med ljud och en indikator i sökaren). Hela processen tar en bråkdel av en sekund. Väldigt snabbt.
Fasdetekterande autofokuskrets
Autofokussensorn kan inte vara framför sensorn, så tillverkare använder delvis genomskinliga områden i spegeln som överför ljus till sekundärspegeln, varifrån det reflekteras till autofokussensorn (fig. 2).
Ris. 2-fasdetekterande autofokuskrets
Vanligtvis är autofokussensorn placerad under huvudspegeln (fig. 3) tillsammans med sensorer för exponeringsmätning. Den röda pilen visar autofokussensorn på Canon EOS 5D-kameran. Bilden är tagen från Canon USAs webbplats
Ris. 3 AF-sensorplacering
Typer av fasdetekterande autofokussensorer
Varje sensor kan bara utvärdera en liten del av bilden. Horisontella sensorer fungerar mer exakt med vertikala delar. I de flesta bilder dominerar vertikala detaljer, så det finns fler horisontella sensorer. Det finns även vertikala sensorer, vanligtvis anordnade på tvären med horisontella (Fig. 4). Vissa kameror är till och med utrustade med sensorer för diagonal fasdetektering.
Vissa autofokussensorer (nästan alltid centralt placerade), med olika objektiv och storleken på själva sensorn, uppnår större autofokusnoggrannhet, speciellt när man använder snabba objektiv. Oftast spelar de bara in när man använder objektiv med en bländare på f/2.8 eller snabbare. Figur 4 visar till exempel att användning av ett f/2.8-objektiv kommer att använda en korsformad sensor, medan mörkare objektiv bara kommer att använda en enda, mindre exakt AF-sensor.
Ris. 4 Korsformad autofokussensor
Autofokussystem för tidig fasdetektering (och vissa moderna mellanformatskameror) hade bara en sensor i mitten av bilden. I takt med att datorkraften och ingenjörsskickligheten växte tillkom fler och fler sensorer. Nuförtiden har de flesta kameror från sju/nio till 52. Beroende på kraven på scenen som fotograferas kan du välja en, alla eller en grupp av sensorer. Du kan tala om för kameran vilken/vilka sensorer som ska användas.
Många fasdetekterande autofokussensorer, tillsammans med kameraprocessorn, kan göra anmärkningsvärda saker. Genom att bestämma vilka sensorer som har ett rörligt objekt i fokus och hur det förändras – mäta motivets rörelse och ta avläsningar med korta intervaller – kan kameran förutse var ett rörligt objekt kommer att befinna sig efter en viss tidsperiod. Detta är vad spårande autofokus fungerar på.
Effekt av objektivets bländare
Oavsett sensortyp blir autofokusen mer exakt när du använder snabba objektiv. Under fokusering öppnar kameran objektivet så mycket som möjligt och stänger bländaren till det värde du väljer först när slutarna öppnas. Fasdetekteringsautofokus är mer exakt ju bredare ljusstrålarnas vinkel är. I diagrammet nedan, vinkeln för strålar som tas emot från f/2.8-linsen ( blå linjer), kommer att vara större än för ett f/4-objektiv (röda linjer), vilket i sin tur är större än det för ett f/5,6-objektiv (gula linjer). När du använder ett objektiv med en maximal bländare på f/8 är det bara de mest exakta sensorerna som kan fungera, men fokuseringen blir långsam och mindre exakt. Det är därför f/5.6-objektiv slutar autofokusera när vi försöker använda en telekonverter som minskar deras maximala bländare till f/8 eller f/11.
Fördelar med fasdetekteringsautofokus
Vi har redan nämnt de viktigaste fördelarna med autofokus med fasdetektering:
Det är mycket snabbare än kontrast – tillräckligt snabbt för att fotografera rörliga föremål.
Kameran kan använda en grupp sensorer för att uppskatta motivets rörelse, vilket ger oss spårning/prediktiv autofokus.
Det finns också mindre uppenbara fördelar. Grupper av autofokussensorer för fasdetektering kan användas för "elektronisk DOF" – preliminär bedömning skärpedjup. Vissa kameror (även om det inte finns många av dem) är utrustade med en fällautofokusfunktion – de tar ett foto i det ögonblick när något träffar kameran. aktiv punkt fokusering. Om sensorerna upptäcker rörelse i en statisk scen kan de rapportera att kameran rör sig onormalt. Men huvudsaken är hastighet och spårande autofokus
Nackdelar med fasdetekteringsautofokus
För det första, fasdetektering autofokussystem kräver fysisk inriktning. Ljusvägen till kamerasensorn måste matchas med ljusvägen till AF-sensorn så att ett objekt som är i fokus på AF-sensorn också är i fokus på sensorn. Varje lins måste innehålla ett chip som ger respons med kameran och informera den om den exakta positionen för fokuseringselementet, hur långt elementet rör sig när en viss ström appliceras på autofokusmotorn. Allt detta måste vara exakt koordinerat och kalibrerat på ett sådant sätt att objektivet flyttar fokuspunkten exakt där kameran riktade den, och kameran vet den exakta positionen för denna punkt. Minsta inkonsekvens leder till felaktig fokusering.
För det andra, systemet kräver mjukvaruinställningar . Varje kamera och objektiv programmeras av tillverkaren och lagras i minnet Ett stort antal data. Dessa data säkerställer att kameran och objektivet fungerar tillsammans i harmoni, och autofokusnoggrannheten kan ibland förbättras genom firmwareuppdateringar. Dessa uppdateringar släpps ofta efter lanseringen av nya linser.
Tillverkare döljer driftalgoritmerna för sina autofokussystem för fasdetektering. Tredjepartslinstillverkare tvingas experimentellt läsa och avkoda signalerna som utbyts mellan kameran och objektivet och, baserat på dessa data, utveckla sina egna mikroprocessorer och sina egna algoritmer. Som ett resultat kan autofokusnoggrannheten bli lägre när du använder objektiv från tredje part. Ändring av algoritmer från kameratillverkare leder till att autofokus på objektiv från tredje part vägrar att fungera (de måste programmeras om, vilket nyligen hände med Sigma AF 120-300/2.8 och Nikon D3X).
Som redan nämnts påverkar objektivets bländare noggrannheten för fasdetekteringsautofokus. Snabba linser kunna fokusera mer svåra förhållanden. Bländarberoende orsakar vanligtvis inga problem eftersom mörka linser har ett stort skärpedjup. Det finns dock maximala bländarvärden (vanligtvis f/5.6 eller f/8) när fasdetekteringsautofokus helt enkelt vägrar att fungera. (Kom ihåg, vi pratar om om objektivets maximala bländare - kameran öppnar automatiskt objektivets bländare helt under fokusering, så det inställda värdet påverkar inte autofokusen om objektivets maximala bländare motsvarar kamerans möjligheter).
Eftersom ljus träffar autofokussensorerna endast när spegeln är nere, slutar de att fungera i samma ögonblick som bilden tas, och börjar inte fungera förrän spegeln återgår till sin ursprungliga position. Detta är anledningen till att fasdetekteringsautofokus inte fungerar i Live View-läget, och spårningsautofokus kan misslyckas under seriefotografering.
Det finns andra problem som vi inte märker. Linjära polariserande filter stör fasdetekteringsautofokus. Det finns bara några linjära polarisatorer kvar nu, men det händer att efter att ha köpt en "billigt" blir ägaren senare överraskad av felaktigheten i autofokus. Fasautofokus kan helt enkelt blåsas bort i vissa scener (som ett schackbräde eller galler), men kontrast autofokus kan lätt klara av dem.
Realtidsbild:
Jag lyfte fram Live View eftersom det är det som tvingar tillverkarna att arbeta med att förbättra kontrastautofokus och skapa hybridsystem. Som nämnts har kontrastautofokus sina fördelar, och att övervinna dess begränsningar kommer att gynna alla fotografer.
Olympus och Sony har redan skapat system som delar upp ljusstrålen och skickar en del till sökaren och en del till en extra bildsensor. Detta system låter dig använda fasdetekteringsautofokus även i Live View-läge. Men risken för felaktig fokusering ökar också, eftersom inte en matris används, utan en hjälpsensor.
Canon beskrev ett system som använder fasdetekteringsautofokus initialt och sedan finjusterar fokus med kontrastdetekteringsautofokus.
Nikon verkar ha lämnat in en patentansökan för principen att använda vissa pixlar på en kamerans sensor som fasdetekterande autofokussensorer. Detta, enligt min mening, kommer helt enkelt att bli en revolution.
FujiFilm har redan släppt en serie kompakta digital kameror med hybrid autofokussystem.
Vänta och se. Men det är uppenbart att för första gången i senaste åren förändringar av autofokussystem kan vara revolutionerande snarare än evolutionära. Som, du ser, innehåller många intressanta och spännande saker för amatörfotografer.
Artikeln är väldigt användbar! Tack!
Och återigen tack så mycket för bra ord och recensioner! Jag är mycket glad om du tyckte att materialet var användbart och intressant.
Kan jag ställa en fråga?
Är sensorn känslig för ljusets spektrala sammansättning och hur påverkar detta fokuseringsnoggrannheten?
Tack.
det står i titeln "JUST ABOUT AF", var fan är det så enkelt? Visst är det skrivet på ett lättillgängligt sätt, men såååå komplext språk, inte ett uns av förenkling
Utvecklingen av mobil autofokus:
från kontrast till Dual Pixel
När du fotograferar med en smartphone är det mycket viktigt att bilderna blir tydliga. För att göra detta måste motivet vara i fokus innan du klickar på knappen "Ta foto". Den senaste tiden har ett antal tillverkare arbetat med att förbättra autofokusteknikerna och idag ska vi titta på hur de skiljer sig från varandra.
När man väljer en kameratelefon är många uppmärksamma på antalet megapixlar - de säger att den som har mer är coolare. Det är dock ofta viktigare och nyttigare att titta på andra faktorer som har en lika allvarlig inverkan på kvaliteten på fotografier. Bland dem finns kamerans autofokustyp. Apple, Samsung, LG och andra tillverkare rusar nu aktivt in på detta område, och många har faktiskt lyckats göra betydande framsteg.
Vad är autofokus och varför behöver vi det?
Autofokussystemet justerar objektivet så att det fokuserar direkt på ditt motiv, vilket gör skillnaden mellan en tydlig bild och ett missat tillfälle.
På ett förenklat sätt är kamerans funktionsprincip att ljusstrålar reflekteras från objekten som fotograferas och träffar sedan sensorn som omvandlar strömmen av fotoner till en ström av elektroner. Efter detta omvandlas strömmen till en uppsättning bitar, data bearbetas och registreras i kamerans minne. CMOS-sensorer är nu särskilt populära bland smartphonetillverkare, som omvandlar laddning till spänning direkt i pixeln, och sedan ger direkt tillgång till innehållet i en godtycklig pixel.
I teorin fungerar det så här: linser fokuserar ljuset på en sensor, som sedan skapar ett digitalt foto. I verkligheten är allt inte så enkelt. Vinkeln på de inkommande ljusstrålarna beror på det avstånd på vilket det fotograferade objektet befinner sig. Diagrammet till vänster visar linser som fokuserar ljusstrålar på ett blått objekt: de gröna och röda objekten är oskarpa och blir suddiga i det slutliga fotot. Om vi vill fokusera på gröna eller röda föremål måste vi ändra avståndet mellan linserna och sensorn.
I början av tillverkningen av kameratelefoner hade de flesta enheter ett fast fokus. Moderna smartphones ger möjlighet att justera avståndet mellan linserna och sensorn. Därför får du högkvalitativa detaljerade bilder. För närvarande används främst tre metoder för att implementera autofokus i smartphones: kontrast, fas och laser.
Kontrast autofokus
Kontrast autofokus är en passiv typ av autofokus. Denna lösning används fortfarande i de flesta smartphones, till stor del för att den är en av de enklaste. Med hjälp av sensorn mäts mängden ljus på föremålet, varefter det flyttar linsen beroende på kontrasten. Om kontrasten är maximal är motivet i fokus.
I allmänhet klarar kontrastautofokus sin uppgift ganska bra och har en betydande fördel - det är ganska enkelt och kräver ingen komplex hårdvara.
Men det har också flera nackdelar. Speciellt Kontrast-AF är långsammare än andra, det tar vanligtvis ungefär en sekund att fokusera på ett motiv. Under den här tiden kan du ändra uppfattning om att ta ett foto, eller om du till exempel vill fånga ett objekt som rör sig snabbt, kommer ögonblicket att missas. Detta beror på det faktum att lejonparten av tiden är upptagen av processen att "skifta fokuspunkten/linsen på linsen - kontrastbedömning - skift - kontrastbedömning." Dessutom saknar kontrastautofokus spårningsfokuseringsmöjligheter, och i svagt ljus är det osannolikt att det kommer att imponera på dig. Därför används denna typ av autofokus idag främst inom budget smartphones, som Lenovo A536, ASUS Zenfone Go och andra.
Fasdetekteringsautofokus: ett snabbt och avancerat alternativ
En av pionjärerna här var Samsung företag, som lånade teknik från digitala SLR-kameror och utrustade sin Galaxy S5-smartphone med fasdetekteringsautofokus. Poängen är att i I detta fall speciella sensorer används - de fångar det passerande ljusflödet från olika punkter i bilden, med hjälp av linser och speglar. Inuti sensorn är ljuset uppdelat i två delar som var och en träffar en ultrakänslig sensor. Avståndet mellan ljusströmmarna mäts av sensorn, varefter den avgör hur mycket linsen behöver flyttas för korrekt fokusering. Till exempel tar Samsung Galaxy S5 bara 0,3 sekunder att fokusera på ett objekt.
Den första och största fördelen med fasdetekteringsautofokus är att det är mycket snabbare än kontrastautofokus, det är enkelt måste ha för att fotografera rörliga föremål. Dessutom kan kameran utvärdera ett objekts rörelse med hjälp av sensorer, därav möjligheten att spåra autofokus.
Men det finns också nackdelar. Fasdetekteringsautofokus, som kontrastautofokus, gör inte sitt jobb särskilt bra i svagt ljus. Det kräver också mer kraftfull hårdvara, så det är vanligtvis tillgängligt i avancerade smartphones. Bland dem till exempel Huawei Honor 7, Sony Xperia M5 och Samsung Galaxy Note 5.
Vissa tillverkare har gått längre och bestämt sig för att använda laserautofokus i smartphones (mer om detta senare), medan andra är aktivt engagerade i att förbättra. Till exempel använder Apple så kallade "focal pixels" i sin iPhone 6s och iPhone 6s Plus: poängen är att tekniken använder en del av pixlarna som en fassensor, och att fotografera med Apple-smartphones går riktigt snabbt.
Men Dual Pixel-tekniken som Samsung använder i sina Galaxy S7 och Galaxy S7 Edge-smarttelefoner skiljer sig verkligen från standardfasfokusering. Även om det är en typ av autofokus för fasdetektering har den fortfarande vissa skillnader och finesser. I smartphones är fasdetekteringsautofokus något begränsad i sina möjligheter - för att tilldela en fokalsensor till varje pixel måste du minska den kraftigt, vilket resulterar i brus och suddiga bilder. Vanligtvis är cirka 10 % av ljuskänsliga punkter utrustade med sensorer, men vissa tillverkare går inte längre än 5 %.
I Dual Pixel är varje pixel utrustad med en separat sensor på grund av ökningen av pixelstorlekar. Processorn bearbetar avläsningarna av varje pixel, men gör det så snabbt att autofokusen fortfarande tar tiondelar av en sekund. Samsung säger att Dual Pixel-tekniken liknar att fokusera med det mänskliga ögat, men det här är mer en metafor. Ändå måste vi erkänna innovativiteten i detta tillvägagångssätt för fasdetekteringsautofokus. Nu är detta en riktigt exklusiv för Galaxy S7 och Galaxy S7 Edge.
Laser autofokus: den mest aktiva
Precis som fasdetektering är laserautofokus en aktiv typ av autofokus. Denna riktning under en lång tid utfördes av LG, som först implementerade laserautofokus i sin G3-smarttelefon. Tekniken är baserad på principen om en laseravståndsmätare: en lasersändare lyser upp ett objekt och en sensor mäter ankomsttiden för den reflekterade laserstrålen och bestämmer avståndet till objektet.
En av de främsta fördelarna med denna autofokus är tiden. Enligt LG tar hela laserautofokusprocessen 0,276 sekunder. Betydligt snabbare än kontrast autofokus och något snabbare än fasdetektering.
Den uppenbara fördelen med laserautofokus är att den är otroligt snabb och gör sitt jobb bra i svagt ljus. Men det fungerar bara på ett visst avstånd – som mest bästa effekt uppnås om avståndet från smarttelefonen till objektet är mindre än 0,6 meter. Och efter fem meter - hej, kontrast autofokus.
Hur fungerar autofokus på en smartphone? Vilken typ av autofokus fungerar bäst? För- och nackdelar med laser, fas och kontrast AF. Varför är dubbla pixlar så bra?
Hur fungerar autofokus på en smartphone? Det finns inget enkelt svar på denna fråga. Du måste förstå varje typ av autofokus och studera funktionerna hos en specifik fokuseringsteknik. Först efter detta kan vi dra några slutsatser. Därför kommer vi nu att prata om typerna av automatisk fokuseringsteknik och fördelarna och nackdelarna med var och en av dem.
Vad är kamerafokus och autofokus
Allt är enkelt här: objektivlinsen bryter strålarna och samlar allt ljus på en punkt - fokus. Och om matrissensorn är placerad vid denna punkt, visar sig ramen vara mer detaljerad och av högre kvalitet. Naturligtvis detta fysiskt fenomen Alla fotografer använder det. De fokuserar en del av ramen, justerar objektivet manuellt och fokuserar tittarens uppmärksamhet på förgrunden eller bakgrunden, huvudmotivet eller en sekundär detalj. Resten av bilden blir suddig.
Tja, nybörjare fotografer kan använda det automatiska fokuseringssystemet, när automatiken fångar ett eller flera objekt i ramen "i fokus", och kontrollerar både linsen och matrisen. Och dessa föremål (eller föremål) visar sig vara så skarpa och detaljerade som möjligt. Och ingen skicklighet eller känsla för ram behövs här.
Det är förmodligen därför digital fotografering har blivit mer populär än film- och pappersversionen av konst. När allt kommer omkring låter autofokus i en telefon eller billig kamera dig ta ett detaljerat foto utan någon extra ansträngning. Hela processen handlar om enkel regel: Peka och klicka.
Typer av autofokus och grundläggande principer för deras funktion
Kameralinsen fokuserar strålar som reflekteras från ett föremål som befinner sig i rymden framför linsen. Vid fokusering styrs kameran av avståndet till objektet och intensiteten av glöden som kommer från det. Idag finns det två typer av autofokuslägen:
- Aktivt alternativ - det är baserat på att mäta avstånd med hjälp av en avståndsmätare.
- Passivt alternativ - det fungerar med en ljusstråle och mäter dess intensitet.
Det första (aktiva) läget använder infraröd laser- eller ultraljudsstrålning med en känd vågutbredningshastighet i luften. Emittermodulen avger ett riktat flöde, som reflekteras från objektet och fångas upp av mottagarmodulen efter en viss tid. Därefter multiplicerar autofokusdatorn denna tid med den kända våghastigheten och dividerar resultatet med två exakt värde avstånd. Genom att rikta sändaren mot det önskade området får användaren optimal fokusering och riktar tittarens uppmärksamhet mot just detta område av fotot.
Det andra (passiva) läget är uppbyggt något annorlunda. Den använder speciella sensorer (fotodioder) som mäter intensiteten på glöden och en speciell processor som bestämmer fokus baserat på värdet på denna parameter. I praktiken ser det ut så här: sensorer registrerar glödens intensitet, sedan flyttar processorn fokus, varefter intensiteten mäts igen om flödestätheten har ökat, då anses fokuseringen vara acceptabel. Om inte ändras fokus igen. Och så vidare tills maximal intensitet upptäcks. Matriserna för seriösa kameror innehåller upp till 40-60 fotodioder.
De flesta arbetar utifrån dessa principer kända system fokusering: fas, laser, kontrast och dubbla pixlar. Och längre fram i texten kommer vi att diskutera varje alternativ och utvärdera deras grundläggande fördelar och nackdelar.
För- och nackdelar med laser autofokus
I det här fallet är en lasersändare och mottagare inbyggda i telefonens kameramodell. Den första genererar en smal stråle, den andra tar emot den reflekterade signalen. Som ett resultat reduceras fokuseringshastigheten till tusendelar av en sekund. Vanligtvis talar vi om 250-300 millisekunder, eftersom lasern färdas med ljusets hastighet.
Den största fördelen med laserfokus är modulens höga svarshastighet, och den största nackdelen är frekventa fel. En snävt riktad lasersändare "skjuter" ibland förbi målet, och den reflekterade signalen går lätt förlorad, särskilt i öppna utrymmen. Därför fungerar laserautofokus i en smartphonekamera i de flesta fall tillsammans med fas- eller kontrastinriktning.
Funktioner av fasfokusering
Tekniken bygger på att dela strålen som passerar genom linsen i två strömmar. Detta görs för att mäta avståndet mellan flödena som passerar genom linsens motsatta kanter. Om detta avstånd passar inom vissa värden som anges i datamatrisen anses bilden vara fokuserad. För att registrera avståndet används speciella sensorer som reagerar på ljus. Deras signaler bearbetas av en processor, som jämför läsparametrarna med basdatamatrisen och ger en signal för att flytta fokus i önskad riktning.
Den största fördelen med tekniken är dess beredskap att fokusera på ett rörligt föremål. Dessutom är det här alternativet snabbare än kontrast autofokus. Detta system kan också användas för att beräkna en sådan parameter som skärpedjup.
Den största nackdelen med fasteknik är dess komplexa implementering. Systemet med prismor, speglar och linser kräver ultraexakt fysisk justering och inte mindre noggranna mjukvaruinställningar. Dessutom beror noggrannheten för en sådan fokusering på objektivets bländare och mobiltelefoner Det finns stora problem med denna parameter.
För- och nackdelar med kontrastfokus
Tekniken förändrar inte vare sig matrisen eller det optiska systemet för smarttelefonkameran. Antingen används hela fotosensorn eller en del av den som sensor. Processorn läser av det aktuella histogrammet från sensorn och utvärderar kontrasten i ramen. Och sedan får linsen ett kommando att flytta fokus, varefter ett nytt histogram avläses med en omskattning av kontrasten. Och hela cykeln upprepas tills den når högsta nivån kontrast i det valda området av bilden som fokuseras.
Den största fördelen med tekniken är kombinationen av enkel implementering, låg kostnadsdesign och kompakt storlek. Alla tillverkare av budgetsmartphones använder sådan autofokus.
Den viktigaste nackdelen med detta alternativ är den mycket långsamma hastigheten. Ibland går processorn in i ett evigt "jakt efter fokus"-läge, vilket slutar med att en sällsynt bildruta försvinner.
Dual Pixel-teknik
Denna fokuseringsteknik används i dyra DSLR-kameror. I mobila enheter används den än så länge endast i Samsungs flaggskeppsmodeller, vilket medvetet sänker upplösningen på den fotografiska matrisen samtidigt som den ökar dess fysiska dimensioner.
Dessa knep används på grund av önskan att fästa en individuell sensor till varje pixel i den fotografiska sensorn som reagerar på glödens intensitet. Sedan bearbetas signalerna från sensorerna med både fas- och kontrastfokuseringsalgoritmer, vilket ger inte bara en perfekt skarp, utan också den mest kontrasterande bilden.
Om, vid klassisk fasfokusering, andelen sensorer inte är mer än 10 % av Totala numret pixlar i kameran, då delas de i fallet med Dual Pixel i förhållandet 50/50. Enkelt uttryckt är varje pixel ett ljuskänsligt element och en sensor på samma gång. Denna teknik ger mer exakt och snabbare fokusering.
En av nackdelarna med Dual Pixel är den mycket komplexa implementeringen av sådana lösningar. Endast flaggskeppsenheter är utrustade med sådana trick, till exempel enheter från Samsungs S-serie (från den sjunde modellen och uppåt). Det finns något liknande i de senaste iPhones (från den sjätte modellen och uppåt), men Apple kallar denna fokuseringsteknik för Focus pixels, och den är närmare vanlig fasdetekteringsautofokus än Dual Pixel.
