Автофокус гибридный или фазовый: Типы автофокуса: фазовый, контрастный и гибридный

Содержание

Автофокус — Википедия

Автофо́кус — адаптивная система, обеспечивающая автоматическую фокусировку объектива фотоаппарата, кинокамеры или видеокамеры на один или несколько объектов съёмки. Автофокус состоит из датчика, управляющей системы и привода, перемещающего оправу объектива или его отдельные линзы. Разновидностью автофокуса можно считать электронный дальномер без исполнительного механизма, но с индикацией направления фокусировки и её завершения. Для обозначения автофокуса обычно используется международная аббревиатура AF.

В меньшей степени понятие автофокуса относят к системам автоматической подстройки резкости проекционных аппаратов. Например, механические лекальные устройства фотоувеличителей, предназначенные для поддержания точной фокусировки при перемещении проекционной головки относительно основания, не принято называть автофокусом.

Технологии

Для автоматической фокусировки необходимо определить точное расстояние от фокальной плоскости до объекта съёмки. В зависимости от способа определения этого параметра все существующие системы автофокуса делятся на два основных типа: активные и пассивные

[1]. Активные системы получили своё название из-за наличия элементов, взаимодействующих с объектом съёмки, таких как ультразвуковой или инфракрасный локатор[* 1]. Подобные устройства позволяют вычислить расстояние, на которое фокусируется объектив, при помощи эхолокации или триангуляции[2]. Ультразвуковой активный автофокус получил широкое распространение в фотоаппаратах одноступенного процесса Polaroid (англ. Sound Navigation Ranging, SONAR) и бытовых кино- и видеокамерах. Инфракрасный локатор автофокуса впервые использован в 1979 году в компактном фотоаппарате «Canon AF-35M»[3].

Фотоаппарат с инфракрасным локатором автофокуса «Canon AF-35M»

Активные системы не зависят от условий освещения и могут наводиться в полной темноте на объекты без контрастных деталей. Вместе с тем, они обладают рядом недостатков, одним из которых считается невозможность точной фокусировки, если между объектом и камерой есть прозрачное препятствие, например стекло. Излучения таких систем, не воспринимаемые человеком, могут пугать животных или представлять опасность для зрения. Кроме того, в связи с трудностями получения направленного пучка ультразвука, фокусировка на конкретный объект съёмки затруднена, часто срабатывая на ближайшее препятствие. По этим причинам активные системы вышли из употребления с появлением более совершенных пассивных. Пассивный автофокус основан на анализе световых пучков, попадающих внутрь камеры, и ничего не излучает в окружающее пространство.

Первая такая система, основанная на измерении света, прошедшего через оптический дальномер, разработана фирмой Leica Camera в 1970 году. Дальнейшие разработки этой технологии использовалось, главным образом в компактных любительских фотоаппаратах. Более широкое распространение получил способ под названием «Визитроник» (англ. Visitronic), который разработан компанией «Honeywell» для однообъективных зеркальных фотоаппаратов[4][5]. Система использовалась также в незеркальной аппаратуре, в том числе в единственном советском фотоаппарате с автофокусировкой «Эликон-автофокус»[5][6]. Современные системы основаны на измерении максимального контраста изображения, создаваемого объективом, или на сравнении противоположных частей пучка света, формирующего изображение точки. Эти технологии называются контрастным и фазовым автофокусом.

Контрастный автофокус

Контрастный автофокус может применяться в любых видеокамерах и цифровых фотоаппаратах, в том числе незеркальных. Принцип его работы основан на том, что микропроцессор камеры сравнивает контраст мелких деталей изображения, получаемого на матрице при разных положениях объектива[2]. Такая технология предполагает поиск наивысшего контраста перемещением объектива в обоих направлениях от положения точной наводки, чаще всего неоднократное.

В силу заложенного принципа быстродействие и точность такого автофокуса невысоки. До тех пор, пока процессор не вычислил максимум контраста и не перешёл его, двигателю даётся команда перемещать объектив ещё раз. Когда экстремум пройден, выполняется шаг назад, возвращающий оптику в пройденную точку, и процесс фокусировки прекращается. Задержка между нажатием на спуск и собственно съёмкой кадра, характерная для большинства компактных цифровых фотоаппаратов, объясняется именно «медленной» работой пассивного контрастного автофокуса. Кроме того, «следящая» фокусировка на движущиеся объекты невозможна. К достоинствам контрастного автофокуса относятся ненужность сложных юстировок оптического тракта и независимость от светосилы объектива. При этом может выбираться любая часть кадра, которая выделяется процессором, как сюжетно важная для фокусировки. Число таких возможных зон и их размер при контрастном автофокусе не ограничены.

Впервые контрастный автофокус был использован в бытовых видеокамерах и зеркальной плёночной фотоаппаратуре. В аналоговых видеокамерах контраст деталей вычисляется на основе частотного спектра получаемого видеосигнала. Первым серийным фотоаппаратом, использующим измерение контраста через объектив, в 1981 году стал «Pentax ME-F»[7][1]. При этом датчик, расположенный под вспомогательным зеркалом на дне камеры, сравнивал контраст двух изображений, получаемых светоделительной призмой[8]. Таким же образом действовал автофокус более поздних «Nikon F3 AF» и «Canon T80» (у «Никона» такой датчик расположен в пентапризме)[9][10]. В дальнейшем в зеркальной аппаратуре такая технология уступила место более совершенному фазовому автофокусу «Визитроник ТСЛ» (англ. Visitronic TCL, Through Camera Lens), ставшему прототипом современных систем

[5][11]. Похожая технология «нулевого контраста» в 1963 году разработана в СССР М. Я. Шульманом[12][1].

Фазовый автофокус

Фазовый автофокус был впервые реализован в однообъективных зеркальных фотоаппаратах и его классическая конструкция требует отдельного оптического тракта, в котором расположен детектор фокусировки. Он устанавливается в нижней части камеры, а свет к нему попадает при помощи вспомогательного зеркала, закреплённого на шарнире под полупрозрачным основным. При этом длина оптического пути света от объектива до детектора в процессе визирования и фокусировки должна точно совпадать с длиной пути до фотоматериала или матрицы во время экспозиции[13]. Это условие достигается юстировкой фотоаппарата, от точности которой зависит точность работы автофокуса[* 2].

Детектор (на рисунке) состоит из конденсора 72, расположенного в фокальной плоскости объектива, и сенсора 8

с ПЗС-линейками 80 и 81. В процессе фокусировки сравниваются противоположные области 31 и 32 выходного зрачка 30 объектива[14]. Для этого в маске 75, на которой конденсор строит действительное изображение выходного зрачка объектива, устанавливаются два микрообъектива 76 и 77, формирующих на линейках 80 и 81 изображения объекта съёмки, видимого через разные половины выходного зрачка. Размер изображений ограничивается окном 70 рамки 71 конденсора. В случае, если объектив сфокусирован точно, изображения объекта находятся в центрах соседних ПЗС-линеек. Таким образом, сигналы, получаемые процессором с разных линеек, совпадают (находятся «в фазе»)[* 3]. При неточной фокусировке эти изображения из-за параллакса смещаются внутрь или наружу линеек в зависимости от направления ошибки, и сигналы перестают совпадать[15]. На основе разности фаз сигналов формируется команда для привода, производящего фокусировку[13].

В современной фотоаппаратуре, чаще всего, используются одновременно несколько таких детекторов, каждый из которых оценивает фокусировку разных частей кадра, позволяя наводить резкость не только по его центру. В зависимости от ситуации включается один из этих детекторов или сравниваются результаты измерения нескольких, работающих одновременно. Фазовый автофокус обеспечивает максимальное быстродействие, поскольку в отличие от контрастного не требует сравнения резкости для разных положений объектива, а величина и направление его перемещения известны сразу. В результате, фокусировка может завершиться одним движением оправы

[* 4]. Точность фокусировки находится в прямой зависимости от расстояния (базиса) между сравниваемыми зонами 31 и 32 выходного зрачка. Следствием этого является потеря работоспособности фазового автофокуса при небольших относительных отверстиях объектива, когда оценочные зоны оказываются на краях или за пределами выходного зрачка, слишком узкого вследствие низкой светосилы объектива, или уменьшенного закрытой диафрагмой[14]. Поэтому автофокус этого типа должен использоваться в фотоаппаратуре совместно с прыгающей диафрагмой, закрывающейся до рабочего значения только в момент съёмки.

Современные камеры могут оснащаться дублирующими детекторами автофокуса, работоспособными при разных значениях светосилы объектива. При этом те, которые рассчитаны на максимальное отверстие (как правило, f/2,8 и более), обладают наибольшими точностью и быстродействием за счёт увеличенного базиса между оценочными зонами

[13][15]. Так называемый крестообразный датчик автофокуса состоит из двух детекторов, ПЗС-линейки которых ориентированы перпендикулярно друг к другу. Такая конструкция делает систему одинаково эффективной для фокусировки на объекты с контурами, направленными в разные стороны[16]. Часто крестообразные детекторы рассчитаны на разную предельную светосилу для горизонтального и вертикального датчиков, обеспечивая универсальность[2]. Со светосильной оптикой работают оба датчика, а при использовании объективов с низкой светосилой работоспособным остаётся один из них, чаще всего горизонтальной ориентации. Самые совершенные профессиональные фотоаппараты оснащаются двойными крестообразными датчиками, расположенными под углом 45° друг к другу[16]. Каждая из 61 точки датчика анонсированного 1 февраля 2016 года фотоаппарата «Canon EOS-1D X Mark II» остаются работоспособными при низкой светосиле вплоть до f/8
[17]
.

Гибридный автофокус

В процессе совершенствования систем автофокуса предпринимались попытки совместить активный и пассивный методы в одном устройстве. Многие современные компактные фотоаппараты и видеокамеры сочетают активный инфракрасный автофокус с пассивным контрастным[2]. Такие камеры оснащаются излучателем, расположенным на передней стенке и автоматически включающимся при недостатке освещения, когда эффективность контрастного автофокуса невысока. При этом, фотоприёмник, расположенный на корпусе или за объективом, на основе отражённого света определяет приблизительное расстояние до объекта съёмки, ускоряя работу пассивной системы или заменяя её.

Некоторые современные модели камерафонов в качестве инфракрасного прожектора используют маломощный полупроводниковый лазер, и вся гибридная система автофокуса строится по принципу лазерного дальномера. В сочетании с контрастным автофокусом и большой глубиной резкости сравнительно короткофокусного объектива, такое решение позволяет довести быстродействие до уровня фазового автофокуса зеркальных фотоаппаратов. Например, так называемый лазерный автофокус смартфона LG G3 полностью фокусируется за 0,276 секунды

[18]. Однако, ограниченная мощность лазера, гарантирующая безопасность для зрения окружающих людей, обеспечивает работоспособность активного элемента автофокуса лишь на небольших дистанциях и во всём диапазоне неприменима без пассивной поддержки[18][19].

В некоторых случаях дополнительная подсветка не является частью активного автофокуса, обеспечивая более эффективную работу фазовой системы. По такому принципу работает инфракрасный прожектор, встраиваемый во внешние системные фотовспышки. Срабатывая одновременно с автофокусом камеры (за исключением следящего режима), подсветка создаёт на объекте съёмки дополнительную освещённость, обеспечивая работу системы даже в полной темноте. В некоторых камерах для этой цели используется встроенная фотовспышка в специальном «стробоскопическом» режиме (например, в «Pentax *ist Ds»). Некоторые системы подсветки автофокуса проецируют на объект контрастную «сетку», которая служит ориентиром для пассивной системы. Такое устройство подсветки используется, например, в фотоаппаратах «Pentax Z1p» и «Sony DSC F828».

Современные разработки гибридного автофокуса основаны на комбинации фазовой и контрастной технологий, позволяющей использовать достоинства обоих методов. Наиболее актуальны такие решения для беззеркальных фотоаппаратов, конструктивно непригодных для классического фазового автофокуса. Новейшие модели таких фотоаппаратов предусматривают установку фазовых детекторов непосредственно в матрицу Супер-ПЗС (англ. Cuper CCD EXR, Fujifilm Hybrid Focus)

[20]. В настоящее время по такой технологии работают беззеркальные фотоаппараты серий «Fujifilm FinePix», «Nikon 1», «Samsung NX300», а также зеркальные «Canon EOS 650D» и «Canon EOS 70D»[21]. Фазовые детекторы, встроенные в матрицу, менее эффективны, чем классические, из-за небольшого базиса считывания, поэтому по сравнению с автофокусом зеркальных камер они менее эффективны и используются совместно с контрастным методом. В зеркальной аппаратуре, штатно оснащаемой фазовым автофокусом, контрастный используется в режиме Live View, когда основная система неработоспособна из-за поднятого зеркала.

Представленный в августе 2016 года фотоаппарат «Canon EOS 5D Mark IV» оснащён новейшей КМОП-матрицей с «двойными пикселями», которая впервые позволила приблизить эффективность автофокуса в режиме Live View к классическому фазовому[22]. Кроме того, такое устройство сенсора позволяет в небольших пределах корректировать фокусировку на уже готовых снимках[23][24].

Приводы автофокуса

Первые системы автофокуса для перемещения оправы объектива использовали шаговые электродвигатели, расположенные в корпусе камеры. Такая конструкция пригодна для фотоаппаратов и видеокамер с несменной оптикой. Первые сменные объективы, разработанные для зеркальных фотоаппаратов, содержали датчики автофокуса, процессор с элементами питания и привод фокусировки в приливе оправы. Самым первым из них считается AF-Nikkor 4,5/80, разработанный в 1971 году, но так и не запущенный в серийное производство[9][12][25]. Похожую конструкцию имел зум Canon New FD 35—70/4 AF, в приливе которого размещался датчик автофокуса системы англ. Solid State Triangulation, SST и привод фокусировки[11][26]. Такие объективы могли работать с обычными фотоаппаратами, но фокусировка их была крайне медленной и неточной.

Развитие заобъективных датчиков и появление фазового принципа вынудили конструкторов размещать весь автофокус в корпусе фотоаппарата. При этом вращение привода передавалось в объектив передаточным механизмом с разъёмной муфтой, вмонтированной в байонет. Характерным примером можно считать так называемый «отвёрточный автофокус» Nikon, полумуфта которого оснащалась плоским шлицем[27].

Такой принцип оказался несовершенным, поскольку мощность встроенного в фотоаппарат двигателя была недостаточна для тяжёлой длиннофокусной оптики[28]. Устаревшие к середине 1980-х системы автофокуса с приводом, встроенным в объектив, оснащались сравнительно сложным редуктором, обладавшим значительным моментом инерции и снижавшим быстродействие. Решением стала технология компании Canon, встроившей специально разработанные кольцевые пьезоэлектрические двигатели в оправы всех сменных объективов.

Кольцевой двигатель привода автофокуса

Этот тип привода, впервые использованный в 1987 году в объективах для фотоаппарата «Canon EOS 650», позволил исключить редукторы, соединив статор и ротор непосредственно с кольцами оправы[5]. Кроме того, мощность и быстродействие мотора подбираются в соответствии с характеристиками конкретного объектива, повышая скорость. Ещё одно достоинство такого привода по сравнению с предыдущими типами — бесшумность. В течение последующего десятилетия большинство производителей фотоаппаратуры отказались от двигателей, встроенных в корпус фотоаппарата в пользу кольцевых моторов. Встроенные в объектив редукторные приводы (например, AFD-двигатели Canon) на сегодняшний день остаются только в бюджетной оптике любительского класса.

Компания Canon, разработавшая объективы с кольцевыми двигателями, присвоила технологии название «USM» (англ. Ultra Sonic Motor)[* 5]. Из-за патентных ограничений другие производители не имеют права использовать то же торговое название, поэтому присвоили своим разработкам другие обозначения. Nikon указывает маркировку «SWM» (англ. Silent Wave Motor), Pentax — «SDM» (англ. Super-sonic Direct-drive Motor), Samsung — «SSA» (англ. Super Sonic Actuator), Sony/Minolta — «SSM» (англ. Super Sonic Motor), Tamron — «USD» (англ. Ultrasonic Drive), а Sigma — «HSM» (англ. Hyper Sonic Motor). На выставке PMA 2007 Olympus продемонстрировал несколько объективов с новым ультразвуковым двигателем «SWD» (англ. Supersonic Wave Drive). Все эти обозначения являются лишь торговыми названиями, описывающими одну и ту же технологию с незначительными отличиями.

В 1996 году конструктором Масару Ямамото в фотоаппарате «Contax AX» была реализована оригинальная система автофокуса, не требующая перемещения объектива или его частей[29]. Вместо этого фокусировка осуществлялась сдвигом фильмового канала с плёнкой вдоль оптической оси объектива. Такая конструкция позволяет осуществлять автоматическую наводку на резкость любых объективов[30]. Принцип не получил дальнейшего развития из-за сложности и большого момента инерции перемещаемых частей.

Режимы фокусировки

Основным режимом работы автофокуса, доступным для любых его систем, считается покадровый (англ. One Shot, Single Servo Mode)[31]. В этом режиме автофокус срабатывает один раз, фокусируясь на объект съёмки, совпадающий с положением датчика в кадре. В большинстве фотоаппаратов автофокус срабатывает после поджатия спусковой кнопки наполовину, однако в настроечном меню некоторых моделей для этого можно назначить другую кнопку. После срабатывания автофокуса и достижения резкости привод автофокуса блокируется, прекращая дальнейшую работу до тех пор, пока не сработает затвор или не будет отпущена кнопка[32]. Захват фокуса и блокировка отображаются индикацией на дисплеях, которая дублируется звуковым сигналом. При смещении объекта из зоны резкости процедуру необходимо повторить. Съёмка движущихся объектов для контрастного автофокуса затруднена, но в бытовых видеокамерах следящий режим появился одновременно с пассивным автофокусом. В видеотехнике он работает постоянно и считается основным.

В фотоаппаратах, оснащённых фазовым автофокусом, применяется более совершенный алгоритм следящего режима, поскольку такой тип датчиков позволяет вычислять скорость и направление перемещения объекта съёмки[28]. Эта технология получила название упреждающий («предиктивный») автофокус и заранее фокусирует объектив на расстояние, соответствующее вычисленному положению объекта съёмки с учётом задержки срабатывания затвора[32]. Наблюдаемое в видоискателе изображение в этом режиме может казаться не в фокусе, потому что попадает в него только при срабатывании затвора и поднятом зеркале. При этом блокировка, в отличие от покадрового режима, никогда не срабатывает и фокусировка происходит непрерывно, отслеживая все перемещения объектов и изменения кадрировки. Поэтому индикация и звуковой сигнал в этих режимах не работают[32]. Технология поддерживается всеми современными камерами с фазовым автофокусом, однако у разных производителей он называется по разному: у Canon — AI Servo, у Nikon — Continuous servo AF. Среди фотолюбителей более востребован автоматический режим выбора метода фокусировки, когда микропроцессор самостоятельно принимает решение о включении наиболее подходящего способа: покадрового или следящего[31]. Последний включается, если детектор регистрирует движение объекта съёмки. В большинстве современных профессиональных и полупрофессиональных фотоаппаратов выбор покадрового или следящего режимов так или иначе взаимосвязан с режимом выбора точки (конкретного датчика) фокусировки в пределах кадра и режимами автоматического управления экспозицией.

В некоторых случаях, когда основной неподвижный объект не совпадает в кадре с положением датчика, необходима блокировка автофокуса (англ. AF-lock). Она автоматически срабатывает в покадровом режиме после поджатия спусковой кнопки и завершения фокусировки. После этого кадр можно перекомпоновать в соответствии с замыслом и произвести съёмку. Основной объект при этом получается резким, несмотря на то, что в момент съёмки датчик находится на других объектах или фоне. В следящем режиме блокировка включается отдельной кнопкой на фотоаппарате. В профессиональных моделях для этого предусматривается отдельная кнопка AF-stop, расположенная на оправе сменных объективов, как правило, длиннофокусных. Такая кнопка останавливает фокусировку, позволяя избежать ошибки в случае внезапного появления в кадре предметов на более близких дистанциях, или непредвиденной фокусировки на фон из-за смещения сюжетно важного объекта[28].

Ещё одна технология — ловушка автофокуса (англ. Focus Trap) — позволяет производить автоматическую съёмку при попадании движущегося объекта в фокус[33]. Режим доступен в большинстве зеркальных фотоаппаратов профессионального и потребительского уровня при соответствующих настройках. При нажатой спусковой кнопке затвор срабатывает в тот момент, когда датчик автофокуса подтверждает пересечение зоны резкости.

См. также

Примечания

  1. ↑ Инфракрасная подсветка, используемая в современных фотовспышках, служит для облегчения работы пассивного автофокуса в темноте, и не относится к активным системам
  2. ↑ Современные цифровые зеркальные фотоаппараты, оснащённые функцией Live View предусматривают программную коррекцию юстировки при помощи сравнения результатов работы фазового и контрастного автофокуса, последний из которых независим от механических погрешностей [1]
  3. ↑ Патент США 5053799 A [2]
  4. ↑ Современные алгоритмы фазовых систем предусматривают случаи неуверенного захвата фокуса малоконтрастных объектов в темноте, когда необходимы повторные циклы фокусировки
  5. ↑ Название «Micro USM» обозначает более дешёвый привод с аналогичным двигателем, работающим через редуктор [3]

Источники

  1. 1 2 3 Советское фото, 1986, с. 42.
  2. 1 2 3 4 Системы автофокуса цифровых фотоаппаратов (рус.). Ремонт фотоаппаратов. Фоторемонт (21 апреля 2010). Проверено 23 августа 2014.
  3. ↑ Фотоаппараты, 1984, с. 101.
  4. ↑ Фотоаппараты, 1984, с. 102.
  5. 1 2 3 4 Vladimir Dorofeev. История систем автофокуса (рус.). Info. Фотография для любителей. Проверено 24 августа 2014.
  6. ↑ Эликон-автофокус (1986) (рус.). Фотолюбитель (31 января 2014). Проверено 24 августа 2014. (недоступная ссылка)
  7. ↑ Фотокурьер, 2005, с. 7.
  8. ↑ Советское фото, 1982, с. 42.
  9. 1 2 Foo Leo. Introduction to the F3 AF (англ.). Modern Classic SLRs Series. Photography in Malaysia. Проверено 24 августа 2014.
  10. ↑ Canon T80 Camera (англ.). Main Features Part II. Photography in Malaysia. Проверено 24 августа 2014.
  11. 1 2 Фотоаппараты, 1984, с. 104.
  12. 1 2 Фотокурьер, 2005, с. 3.
  13. 1 2 3 Foto&video, 2008, с. 86.
  14. 1 2 Foto&video, 2008, с. 85.
  15. 1 2 Vladimir Dorofeev. Об автофокусе простыми словами (рус.). Info. Фотография для любителей (август 2010). Проверено 22 августа 2014.
  16. 1 2 Доступно о датчиках автофокуса (рус.). Info. Фотография для любителей (март 2012). Проверено 22 августа 2014.
  17. Dan Havlik. Fast & Furious: Canon Intros Speedy, 4K-Shooting 20.2MP, Full Frame EOS-1D X Mark II Pro DSLR (англ.). DSLR News. журнал «Shutterbug» (1 February 2016). Проверено 2 февраля 2016.
  18. 1 2 Лазерный автофокус на свой смартфон LG переставила с пылесоса (рус.). Физика. Новости информационных технологий (29 мая 2014). Проверено 1 августа 2015.
  19. Andrew Williams. How the LG G3 laser AF camera focus works (англ.). Opinions. Trusted Reviews (28 May 2014). Проверено 1 августа 2015.
  20. Дмитрий Крупский. Гибридный автофокус в матрицах Fujifilm (рус.). OnPhoto (14 февраля 2013). Проверено 23 августа 2014.
  21. Владимир Медведев. Пара мыслей про Canon 70D (рус.). LiveJournal (2 июля 2013). Проверено 23 августа 2014.
  22. ↑ Dual Pixel CMOS AF will change —High Image Quality” the basic assumptions about Digital SLRs (англ.). Canon. Проверено 26 августа 2016.
  23. ↑ Анонсированa камера Canon EOS 5D Mark IV (рус.). Новости. Fototips (25 августа 2016). Проверено 28 августа 2016.
  24. Stephen Shankland. Adobe to support advanced photo format debuting in Canon's hot new SLR (англ.). Photography. CNET (25 August 2016). Проверено 26 августа 2016.
  25. ↑ Фотомагазин №5, 1996, с. 16.
  26. ↑ AF Zoom New FD 35-70 f/4.0 (англ.). Canon FD Resources. Photography in Malaysia. Проверено 24 августа 2014.
  27. Константин. Автофокус. В чём разница между AF-S и AF объективами (рус.). Про Фото. Проверено 24 августа 2014.
  28. 1 2 3 Фотомагазин №7—8, 1999, с. 14.
  29. Борис Бакст. Contax АХ (рус.). Contax, рождённый в Японии. Фотомастерские РСУ (3 марта 2011). Проверено 28 сентября 2015.
  30. ↑ Фотомагазин, 2000, с. 15.
  31. 1 2 Режимы фокусировки One-Shot и AI-Servo: правила применения (рус.). On-line журнал о фотографии (3 октября 2012). Проверено 25 августа 2014.
  32. 1 2 3 Онищенко Александр. О работе автофокуса в камерах Nikon (рус.). LiveJournal. Проверено 25 августа 2014.
  33. Аркадий Шаповал. Фотохитрости (рус.). Мысли про Фото. Радожива (15 декабря 2012). Проверено 24 августа 2014.

Литература

  • Борис Бакст. Pentax и автофокус (рус.) // «Фотокурьер» : журнал. — 2005. — № 1/97. — С. 3—10.
  • Ю. Волков, Н. Капустина, В. Коротков. Системы автоматической фокусировки (рус.) // «Советское фото» : журнал. — 1986. — № 11. — С. 42. — ISSN 0371-4284.
  • Александр Доброславский. Автофокус — простота через сложность (рус.) // «Советское фото» : журнал. — 1982. — № 11. — С. 42—44. — ISSN 0371-4284.
  • Владимир Самарин. Система автофокусных камер Nikon (рус.) // «Фотомагазин» : журнал. — 1996. — № 5. — С. 16—22. — ISSN 1029-609-3.
  • Владимир Самарин. Contax — линейка, в которой нет любительских камер (рус.) // «Фотомагазин» : журнал. — 2000. — № 10. — С. 9—20. — ISSN 1029-609-3.
  • Андрей Шеклеин, Владимир Самарин. Анатомия и физиология современной зеркалки (рус.) // «Фотомагазин» : журнал. — 1999. — № 7—8. — С. 10—18. — ISSN 1029-609-3.
  • М. Я. Шульман. Фотоаппараты / Т. Г. Филатова. — Л.: «Машиностроение», 1984. — 142 с. — 100 000 экз.

Ссылки

Системы автофокуса в фотоаппарате

В 1970 фирма Leica совершила небольшую революцию в технологии производства фототехники, придумав систему автоматической фокусировки объектива на объект съёмки. За прошедшие годы мы настолько привыкли к этому изобретению, что считаем его само собой разумеющимся и недоумеваем, не найдя его в гаджете. На сегодняшний день распространение получили две системы — контрастная, основанная на измерении контраста изображения и фазовая, сравнивающая противофазные части пучка, формирующего точку. А совсем недавно, буквально на наших глазах, появилась новая система автофокуса — гибридная, объединяющая скорость фазового автофокуса с точностью контрастного (как заявляет рекламный слоган Samsung).

Контрастный автофокус.

Принцип действия основан на вычислении микропроцессором наибольшего контраста между деталями изображения на матрице. Далее программа заставляет двигаться линзы объектива вперед-назад до тех пор, пока не будет найден максимум контраста (максимум разницы яркостей). Примерно также мы и фокусируемся вручную.

Минусы данной системы — низкая скорость, невозможность следящей фокусировки, невысокая точность. Ведь блоку линз придётся сначала пройти через точку максимума, а затем вернуться назад, и, возможно, повторить действие.

Плюсы — дешевизна, отсутствие сложных деталей и необходимости настройки оптической системы, независимость от светосилы объектива, возможность применения в любой системе: в компактных камерах, беззеркалках и видеокамерах.

Фазовый автофокус.

Думаю, что не буду приводить здесь очень сложную механическую и оптическую схему фазового автофокуса, отослав интересующихся в интернетные глубины (вот, например, хорошее начало). Отмечу лишь, что система фазового автофокуса требует наличия особых датчиков, вычисляющих разность фаз светового потока, разделённого специальными зеркалами. Первые аппараты имели лишь один такой датчик — горизонтальный, дальнейший прогресс сделал его крестовым (фактически объединяющим два датчика — горизонтальный и вертикальный), затем высокоточным, потом количество датчиков стало увеличиваться.

Двойной крестообразный датчик

Нынешние зеркалки даже начального уровня могут похвастаться 9-11 крестовыми датчиками, а в профессиональных моделях их число доходит до 60.

Главным минусом системы фазового автофокуса является его сложность, необходимость точной юстировки и настройки, в том числе программной, а следовательно — цена.

Модуль автофокуса Canon 5D Mark III

Плюсы — максимальное быстродействие, так как величина и направление перемещения объектива известны сразу. Благодаря многочисленным датчикам и мощному процессору — возможность слежения за объектом съёмки и даже предсказание его перемещения в кадре.

Гибридный автофокус.

С недавних пор во многих зеркальных камерах появился интересный режим съёмки — LiveView, позволяющий делать снимки или проводить видеосъёмку, наблюдая картинку на мониторе в режиме реального времени. Зеркало при этом поднято, поэтому автофокус может быть использован только контрастный. Возможен также смешанный режим автофокуса — при полунажатии на кнопку спуска включается фазовый режим, а после фокусировки камера вновь переключается в режим LiveView. Понятно, что подобные компромиссы заставляют конструкторов придумывать более интересные решения.

В некоторых современных аппаратах — как зеркальных (например, Canon 650D, Canon 70D), так и беззеркальных (Nikon 1, Samsung NX300) инженерам удалось совместить «фазовую» систему фокусировки с «контрастной» — датчики определения фазы встроили прямо в матрицу.

Такая «псевдо»фазовая система работает менее точно и быстро, чем настоящая, и на этом, видимо её минусы заканчиваются, и начинаются плюсы. Относительная «простота» конструкции — нет необходимости в сложных оптических и механических схемах. Вся работа ложится на плечи матрицы и процессора, а его мощность растёт все мы знаем с какой скоростью, поэтому цена этого решения будет только снижаться..

Одним из неочевидных плюсов гибридного автофокуса является отсутствие фронт- и бэкфокуса объектива, так как наводка на резкость происходит непосредственно на матрице.

Более того — очень похоже на то, что на развитие именно гибридного способа фокусировки будут брошены основные силы инженеров в ближайшие 10-15 лет, а может, и меньше. Если прогноз верен, то фактически это означает отказ от зеркального аппарата как от класса.

| Фокус-покус – автофокус Kaddr.com

На заре своего появления системы автоматической фокусировки действительно являлись таким себе фокусом-покусом. Это сейчас мы не представляем себе жизнь без автофокуса, а ведь совсем недавно все пользовались исключительно ручками и даже не предполагали о том, что автоматика сможет чётко зацепить объект съёмки.

Впервые об автофокусе заговорили в 70-х годах прошлого века. Тогда отличилась немецкая компания Leica, которая разработала и первый автофокусный объектив, и представила в 1976 г. первую фотокамеру, оснащённую системой автоматической фокусировки. Ею стала Leica Correfot, показанная в качестве прототипа на выставке Photokina-1976.

Автофокус

Но производить автофокусные системы немецкая компания не спешила и продала технологию компании Minolta, которая благодаря эффективному внедрению автофокуса в свои зеркалки к середине 1980-х гг. стремительно вырвалась в лидеры по продажам фототехники. Параллельно разработкой систем автоматической фокусировки занимались другие корпорации (Canon, Seiko, Polaroid, Pentax и т.п.) и технология вышла в массы.

Сильно вдаваться в технические подробности работы систем автоматической фокусировки мы пока не будем. Но “на пальцах” попробуем рассказать о том, как же они функционируют.

На сегодняшний день существует два основных вида автофокуса: фазовый и контрастный, а также их симбиоз, который называется гибридным.

Фазовый автофокус

Этот вид фокусировки во всю используется в зеркалках. В его основу положен принцип разности фаз светового потока, который поступает в объектив. Разницу определяют специальные датчики, которые размещаются в непосредственной близости от матрицы фотокамеры.

Автофокус

Принцип действия системы фазовой автофокусировки наглядно продемонстрирован на картинке ниже. Световой поток поступает через противоположные края объектива на основное зеркало, где разделяется на части: часть уходит к видоискателю, а ещё часть – непосредственно к дополнительному зеркалу, которое отбивает лучи на датчики фокусировки. Если световые лучи после прохождения зеркала и фокусировочной линзы сфокусируются в одной точке, значит, объект съёмки находится в фокусе. Если объектив сфокусирован ближе или дальше объекта съёмки, расстояние между лучами соответственно будет меньше или больше. В этом случае в работу включается процессор, который вычисляет направление и величину, на которую нужно сдвинуть фокусировочную линзу.

Автофокус

Даже невооружённым глазом прослеживается прямая зависимость работы автофокуса от светосилы объектива. И действительно, чем больше света поступает на переднюю линзу объектива, тем больше его будет отбито и тем лучше сработают датчики автоматической фокусировки. При этом всё равно, на сколько вы прикроете диафрагму – она закроется до заданного значения только в момент спуска затвора, а в процессе фокусировки диафрагма будет открыта по максимуму. Т.е. имея в своём арсенале объектив со светосилой f/1.2-1.4, можно рассчитывать на более высокую скорость и точность фокусировки. С другой стороны, это нивелируется тем, что более светосильные объективы имеют более сложную и массивную систему линз, а значит, весь этот механизм мотору сложнее ворочать. Кроме того, большая светосила подразумевает гораздо меньшую глубину резкости, в которую нужно фазовым датчикам попасть. Яркий тому пример – один из самых медленных (если не самый медленный) объектив у Canon – EF 85mm f/1.2L II USM.

На следующей иллюстрации наглядно показаны такие явления, как бэк-фокус и фронт-фокус:

Автофокус

  • фокус ближе – бэк-фокус;
  • фокус дальше – фронт-фокус.

Сами фазовые датчики могут быть линейными (горизонтальными и вертикальными) и крестовыми (в т.ч. двойными крестовыми). Остановимся на них подробнее в ближайших материалах.

Основные плюсы: Основные минусы:
отличная скорость фокусировки необходимость очень точной юстировки
эффективная работа в следящем режиме невозможность работы в режиме LiveView

Контрастный автофокус

Этот метод фокусировки вовсю используется в компактах и беззеркалках. Не стесняются ставить контрастные датчики и в зеркалки – они обеспечивают наводку на резкость в режиме LiveView, когда фазовые датчики работать не могут.

В основе работы системы контрастной автофокусировки лежит принцип сравнения контраста изображения, которое поступает на матрицу фотоаппарата. Процессор фотокамеры анализирует гистограмму и смещает линзы объектива, чтобы посмотреть, насколько изменится при этом контраст. Если уровень контраста пойдёт вниз – точка фокусировки начнёт смещаться в обратную сторону. Если контраст повысится – точка фокусировки продолжит своё смещение в данную сторону, пока не удастся достичь максимального значения контраста. Т.е. процесс продолжается до тех пор, пока точка фокусировки не достигнет максимального контраста и не вернётся к точке, после которой его уровень начал снижаться. В этом случае объект съёмки и будет сфокусирован. Большое преимущество контрастной фокусировки над фазовой – в том, что с ней не бывает бэк- и фронт- фокуса.

Для просмотра наведите курсор мыши в правый верхний угол и покрутите ползунок вперёд/назад (визуализация – http://graphics.stanford.edu/courses/cs178/applets/autofocusCD.html)

Основные плюсы: Основные минусы:
простота конструкции невысокая скорость работы
точность и аккуратность невозможность использования автофокуса в следящем режиме

Гибридный автофокус

На сегодняшний день данный вид систем автоматической фокусировки становится всё популярнее. И не зря – он объединяет в себе преимущества обеих систем и нивелирует их недостатки.

Работает он примерно следующим образом: фазовые датчики, которые расположены непосредственно на матрице фотокамеры, обеспечивают первичную наводку на резкость. В дальнейшем подключаются контрастные датчики, которые корректируют разность контраста изображения и окончательно фокусируют камеру на объекте съёмки.

Автофокус

Пожалуй, одно из главных преимуществ гибридных систем автоматической фокусировки – отсутствие бэк- и фронт-фокуса. Это объясняется тем, что наводка на резкость происходит непосредственно на матрице фотоаппарата. Ещё один немаловажный плюс – компактные размеры гибридной системы автофокуса и отсутствие необходимости юстировки сего механизма. Но есть и ложка дёгтя – по скорости работы в следящем режиме гибридный автофокус всё ещё не дотягивает до фазового.

Основные плюсы: Основные минусы:
компактные размеры и отсутствие необходимости юстировки невысокая скорость в следящем режиме (в сравнении с фазовым методом)
отсутствие явлений бэк- и фронт-фокуса

Если хотите более подробно узнать о работе систем автоматической фокусировки (с формулами и расчётами), отписывайтесь в комментариях. Если наберётся достаточное количество желающих, мы обязательно напишем отдельный материал на эту тему.

Основы фотографии # 5.23.2

Каковы особенности контрастного автофокуса? Или эффективное применение автофокуса «по контрасту»

Всё, чем пользуется контрастный автофокус для выполнения своей функции – цифровое изображение снимаемой сцены. Такое изображение, как Вам известно, создаёт светочувствительный сенсор, установленный в любой цифровой фотоаппарат. В дополнительных компонентах нет необходимости. Поэтому успех автоматической фокусировки «по контрасту» зависит целиком от качества создаваемого изображения.

Далее приведу шесть особенностей контрастного автофокуса, включающие краткие практические рекомендации и сравнения с системой ранее рассмотренного типа.

Первая особенность

Контрастный автофокус требователен к интенсивности освещения снимаемого объекта.

Как и в случае с фазовым автофокусом, рассматриваемый тип системы функционирует в нормальных съёмочных условиях. В условиях съёмки с низкой интенсивностью освещения либо цифровое изображение получится тёмным, и управляющая программа не сможет оценить локальный контраст, либо цифровой шум исказит анализируемую картинку.

В сравнении с фазовым автофокусом, детекторы которого чувствительнее к свету, чем основной сенсор камеры, нормальное функционирование контрастного автофокуса требует более высокой интенсивности освещения снимаемого объекта. Так, автофокус «по контрасту» вряд ли сработает, если снимаемый объект освещается светом полной луны. В то время как некоторым современных конструкциям фазового автофокуса, рассматриваемая задача «по плечу».

Пользуясь автофокусом «по контрасту», позаботьтесь о достаточной интенсивности освещения снимаемого объекта.

Вторая особенность

Контрастный автофокус чувствителен к постоянству сюжета.

Если Вы снимаете «с рук», то сюжет изображения, фиксируемого светочувствительным сенсором, может изменяться из-за периодичных коротких смещений камеры из стороны в сторону – «дрожания» фотоаппарата. Тогда, содержимое области, в которой измеряется степень локального контраста, также, может изменяться во время фокусировки. Соответственно, служебные цифровые изображения из набора будут отличаться не только положением фокальной плоскости в пространстве, но и сюжетом, что приведёт к вычислительным ошибкам. Отмечу, чем больше фокусное расстояние объектива, тем сильнее «дрожание» картинки.

В некоторых компактных фотоаппаратах и камерах, встроенных в мобильные устройства, автофокус сигнализирует пользователю, когда не может навести снимаемый объект на резкость именно из-за «дрожания».

Воспользуйтесь штативом или закрепите камеру неподвижно иным способом, чтобы учесть рассматриваемую особенность.

Третья особенность

Чтобы контрастный автофокус сработал, картинка снимаемого объекта, наведённого на резкость, должна обладать сильным локальным контрастом.

Как и фазовый автофокус, системы рассматриваемого типа едва ли могут навести объект на резкость, изображение которого является однородным, другими словами, не содержит тоновых переходов или состоит из «медленных» тоновых переходов. К таким объектам, в частности, относятся однородно окрашенные предметы (лист бумаги, стена и так далее), платье невесты, фотографируемое на удалении.

Здесь Вам понадобиться вспомогательный объект, который следует навести на резкость вместо снимаемого объекта. Приём «наведение по объекту-ориентиру» я приведу в следующей статье.

Четвёртая особенность

Контрастный автофокус не чувствителен к расположению снимаемого объекта в сцене.

В отличие от фазового автофокуса, системы рассматриваемого типа могут навести на резкость объект, расположенный вдалеке от оптической оси объектива. Изображение такого объекта вблизи края кадра. Из-за того что контрастный автофокус использует в качестве «ориентира» цифровое изображение, создаваемое светочувствительным сенсором камеры, любой объект, изображение которого фиксирует сенсор, система может сфокусировать.

Отмечу, автофокусы обоих типов – «по фазе» и «по контрасту» – могут ошибиться с выбором снимаемого объекта, если перед последним располагается объект, сделанный из полупрозрачного материала, например, фата невесты, оконная занавеска, сетчатое ограждение или прутья клетки.

Как учесть описываемую особенность, я расскажу в одной из следующих статей.

Отмечу, как и фазовый автофокус система рассматриваемого типа чувствительна к сюжетам с повторяющимся геометрическим рисунком. Подобным сюжетам свойственны городские пейзажи, на которых крупным планом изображается фасад современного бизнес-центра: окна и перекрытия образуют геометрический рисунок. В случае с фазовым автофокусом подобным сюжетам соответствуют графики распределений пучков световых лучей, изображённые справа на рисунке 11 в статье «Основы фотографии # 5.20».

Пятая особенность

Контрастный автофокус медленнее фазового автофокуса.

Автоматическая фокусировка «по контрасту» основывается на сравнении между собой нескольких изображений снимаемого объекта, это следует из принципа действия систем данного типа. Чтобы получить эти изображения, управляющая программа автофокуса перемещает линзы внутри объектива, затем сравнивает картинки и находит оптимальную позицию линз. Движение линз требует наибольших временных затрат относительно остальных процедур. Поэтому, чем дальше находятся линзы от оптимальной позиции во время включения автофокуса, чем длиннее путь между крайними положениями линз, чем ниже производительность привода, тем медленнее фокусируется фотоаппарат.

Вспомните, в сравнении с системами рассматриваемого типа автофокус «по фазе», чаще всего, даёт приводу всего одну точную команду: никаких «лишних» движений.

Описанную особенность иллюстрирует график ниже:

Рис. 8. Графики, демонстрирующие перемещение линз, которые отвечают за положение в пространстве фокальной плоскости, с течением времени. Сверху – движение линз, управляемое контрастным автофокусом. Снизу – движение линз, управляемое фазовым автофокусом. Графики описывают одну и ту же съёмочную ситуацию, которую я выбрал произвольно.

Используйте объективы, которые оснащаются высокопроизводительным приводом, например, кольцевым ультразвуковым мотором, чтобы увеличить скорость автоматической фокусировки. Дополнительно, учтите первую и вторую особенности.

Шестая особенность

Контрастный автофокус точнее фазового автофокуса.

Причина заключается в относительной простоте систем, рассматриваемого типа, и высокой точности вычислительного алгоритма, определяющего степень локального контраста. По сути, точность автоматической фокусировки в данном случае зависит лишь от точности математических операций, которая при современном состоянии цифровых технологий может быть высокой. В это же время точность наведения на резкость «по фазе» зависит от целого ряда условий: юстировки конкретного объектива относительно датчика автофокуса в конкретном экземпляре камеры, калибровка датчика автофокуса и точности вычислительных алгоритмов и операций, выполняемых управляющей программой.

Применяйте эту особенность, когда Вам требуется максимальная резкость изображения. Типичными съёмочными ситуациями является макросъёмка ювелирных украшений, монет, крошечных представителей флоры и фауны. В статье «Основы фотографии # 5.15» в секции «Пример использования таблицы» я привёл соответствующий пример.

Промежуточный итог

Я рассмотрел принцип действия и особенности контрастного автофокуса, привёл краткие рекомендации к более эффективному применению последнего.

Теперь Вы знаете об особенностях двух современных типов автофокусов. Не появилась ли у Вас к этому моменту идея, наподобие: «А почему бы ни объединить “проворный” фазовый автофокус и точный, относительно простой в реализации контрастный автофокус!»? Если появилась, то описание следующего типа автофокуса Вам принесёт особенное удовольствие. Инженеры воплотили озвученную идею в жизнь в виде комбинированной системы автоматической фокусировки. Опишу её коротко далее.

Гибридный автофокус

В системах нового типа, появившихся сравнительно недавно, в 2010-ых, роль датчика фазового автофокуса берёт на себя основной светочувствительный сенсор.

Функцию детекторов выполняют спаренные сенсели, над которыми устанавливаются индивидуальные пары микроскопических сепарационных линз. Получается, каждую пару детекторов обслуживает одна линзо-призмовая группа.

Специальные сенсели помещаются среди одиночных, «традиционных», сенселей светочувствительного сенсора. Расположение спаренных сенселей варьируется от конструкции к конструкции, однако, все модификации обладают единой особенностью, перенятой у классических конструкций фазового автофокуса. Детекторы не способны наблюдать за объектами снимаемой сцены, изображения которых располагаются вблизи края кадра. Как и прежде, причиной такого ограничения являются «оптические» особенности метода.

Сначала задействуется «фазовая» часть гибридного автофокуса. Управляющая программа определяет дистанцию съёмки (ошибку фокусировки), затем с помощью одной точной команды приводу располагает линзы вблизи оптимальной позиции. Здесь вступает «контрастная» часть гибридного автофокуса. Так как круг поиска теперь существенно уже, чем в традиционном случае, управляющая программа лишь уточняет позицию линз, используя служебные изображения, запечатлеваемые светочувствительным сенсором.

График ниже иллюстрирует наведение на резкость автофокусом комбинированного типа:

Рис. 9. Принцип действия гибридного автофокуса. График, связывающий положение линз, которые отвечают за позицию фокальной плоскости в пространстве, с течением времени.

Описанный принцип действия позволяет сохранить скорость фазового и точность контрастного автофокусов. К тому же, он упрощает систему – исключает применение обособленного датчика автофокуса – и позволяет встраивать гибридную систему автоматической фокусировки в цифровую камеру любого вида: от компактного фотоаппарата до зеркальной камеры.

Здесь я остановлюсь. Как я отмечал прежде, во введение к статье «Основы фотографии # 5.21», у меня ещё не было возможности исследовать на практике особенности гибридного автофокуса. По моему мнению, которое основывается на наблюдаемом мной большом количестве современных патентов по теме, гибридный автофокус является достаточно перспективным типом автоматической фокусировки в цифровых фотоаппаратах. Поэтому, по возможности, воспользуйтесь случаем и самостоятельно оцените особенности системы данного типа. Критерии оценки, которые предлагаю, я привёл в статье «Основы фотографии # 5.18».

В завершение приведу сравнительную таблицу трёх рассмотренных типов автофокуса. В следующих двух статьях разберу съёмочные ситуации, связанные с автоматической фокусировкой, которые я впервые озвучил в начале статьи «Основы фотографии # 5.2». Таким образом, в завершение пятого раздела «основ» Вас ожидают «практичные» тонкости автоматической фокусировки и наведения на резкость вручную, а также резюме с традиционным вопросами-ответами в конце раздела.

Современные типы систем автоматической фокусировки. Ключевая информация

Предыдущие главы

Автофокус — Википедия

Автофо́кус — адаптивная система, обеспечивающая автоматическую фокусировку объектива фотоаппарата, кинокамеры или видеокамеры на один или несколько объектов съёмки. Автофокус состоит из датчика, управляющей системы и привода, перемещающего оправу объектива или его отдельные линзы. Разновидностью автофокуса можно считать электронный дальномер без исполнительного механизма, но с индикацией направления фокусировки и её завершения. Для обозначения автофокуса обычно используется международная аббревиатура AF.

В меньшей степени понятие автофокуса относят к системам автоматической подстройки резкости проекционных аппаратов. Например, механические лекальные устройства фотоувеличителей, предназначенные для поддержания точной фокусировки при перемещении проекционной головки относительно основания, не принято называть автофокусом.

Технологии

Для автоматической фокусировки необходимо определить точное расстояние от фокальной плоскости до объекта съёмки. В зависимости от способа определения этого параметра все существующие системы автофокуса делятся на два основных типа: активные и пассивные[1]. Активные системы получили своё название из-за наличия элементов, взаимодействующих с объектом съёмки, таких как ультразвуковой или инфракрасный локатор[* 1]. Подобные устройства позволяют вычислить расстояние, на которое фокусируется объектив, при помощи эхолокации или триангуляции[2]. Ультразвуковой активный автофокус получил широкое распространение в фотоаппаратах одноступенного процесса Polaroid (англ. Sound Navigation Ranging, SONAR) и бытовых кино- и видеокамерах. Инфракрасный локатор автофокуса впервые использован в 1979 году в компактном фотоаппарате «Canon AF-35M»[3].

Фотоаппарат с инфракрасным локатором автофокуса «Canon AF-35M»

Активные системы не зависят от условий освещения и могут наводиться в полной темноте на объекты без контрастных деталей. Вместе с тем, они обладают рядом недостатков, одним из которых считается невозможность точной фокусировки, если между объектом и камерой есть прозрачное препятствие, например стекло. Излучения таких систем, не воспринимаемые человеком, могут пугать животных или представлять опасность для зрения. Кроме того, в связи с трудностями получения направленного пучка ультразвука, фокусировка на конкретный объект съёмки затруднена, часто срабатывая на ближайшее препятствие. По этим причинам активные системы вышли из употребления с появлением более совершенных пассивных. Пассивный автофокус основан на анализе световых пучков, попадающих внутрь камеры, и ничего не излучает в окружающее пространство.

Первая такая система, основанная на измерении света, прошедшего через оптический дальномер, разработана фирмой Leica Camera в 1970 году. Дальнейшие разработки этой технологии использовалось, главным образом в компактных любительских фотоаппаратах. Более широкое распространение получил способ под названием «Визитроник» (англ. Visitronic), который разработан компанией «Honeywell» для однообъективных зеркальных фотоаппаратов[4][5]. Система использовалась также в незеркальной аппаратуре, в том числе в единственном советском фотоаппарате с автофокусировкой «Эликон-автофокус»[5][6]. Современные системы основаны на измерении максимального контраста изображения, создаваемого объективом, или на сравнении противоположных частей пучка света, формирующего изображение точки. Эти технологии называются контрастным и фазовым автофокусом.

Контрастный автофокус

Контрастный автофокус может применяться в любых видеокамерах и цифровых фотоаппаратах, в том числе незеркальных. Принцип его работы основан на том, что микропроцессор камеры сравнивает контраст мелких деталей изображения, получаемого на матрице при разных положениях объектива[2]. Такая технология предполагает поиск наивысшего контраста перемещением объектива в обоих направлениях от положения точной наводки, чаще всего неоднократное.

В силу заложенного принципа быстродействие и точность такого автофокуса невысоки. До тех пор, пока процессор не вычислил максимум контраста и не перешёл его, двигателю даётся команда перемещать объектив ещё раз. Когда экстремум пройден, выполняется шаг назад, возвращающий оптику в пройденную точку, и процесс фокусировки прекращается. Задержка между нажатием на спуск и собственно съёмкой кадра, характерная для большинства компактных цифровых фотоаппаратов, объясняется именно «медленной» работой пассивного контрастного автофокуса. Кроме того, «следящая» фокусировка на движущиеся объекты невозможна. К достоинствам контрастного автофокуса относятся ненужность сложных юстировок оптического тракта и независимость от светосилы объектива. При этом может выбираться любая часть кадра, которая выделяется процессором, как сюжетно важная для фокусировки. Число таких возможных зон и их размер при контрастном автофокусе не ограничены.

Впервые контрастный автофокус был использован в бытовых видеокамерах и зеркальной плёночной фотоаппаратуре. В аналоговых видеокамерах контраст деталей вычисляется на основе частотного спектра получаемого видеосигнала. Первым серийным фотоаппаратом, использующим измерение контраста через объектив, в 1981 году стал «Pentax ME-F»[7][1]. При этом датчик, расположенный под вспомогательным зеркалом на дне камеры, сравнивал контраст двух изображений, получаемых светоделительной призмой[8]. Таким же образом действовал автофокус более поздних «Nikon F3 AF» и «Canon T80» (у «Никона» такой датчик расположен в пентапризме)[9][10]. В дальнейшем в зеркальной аппаратуре такая технология уступила место более совершенному фазовому автофокусу «Визитроник ТСЛ» (англ. Visitronic TCL, Through Camera Lens), ставшему прототипом современных систем[5][11]. Похожая технология «нулевого контраста» в 1963 году разработана в СССР М. Я. Шульманом[12][1].

Фазовый автофокус

Фазовый автофокус был впервые реализован в однообъективных зеркальных фотоаппаратах и его классическая конструкция требует отдельного оптического тракта, в котором расположен детектор фокусировки. Он устанавливается в нижней части камеры, а свет к нему попадает при помощи вспомогательного зеркала, закреплённого на шарнире под полупрозрачным основным. При этом длина оптического пути света от объектива до детектора в процессе визирования и фокусировки должна точно совпадать с длиной пути до фотоматериала или матрицы во время экспозиции[13]. Это условие достигается юстировкой фотоаппарата, от точности которой зависит точность работы автофокуса[* 2].

Детектор (на рисунке) состоит из конденсора 72, расположенного в фокальной плоскости объектива, и сенсора 8 с ПЗС-линейками 80 и 81. В процессе фокусировки сравниваются противоположные области 31 и 32 выходного зрачка 30 объектива[14]. Для этого в маске 75, на которой конденсор строит действительное изображение выходного зрачка объектива, устанавливаются два микрообъектива 76 и 77, формирующих на линейках 80 и 81 изображения объекта съёмки, видимого через разные половины выходного зрачка. Размер изображений ограничивается окном 70 рамки 71 конденсора. В случае, если объектив сфокусирован точно, изображения объекта находятся в центрах соседних ПЗС-линеек. Таким образом, сигналы, получаемые процессором с разных линеек, совпадают (находятся «в фазе»)[* 3]. При неточной фокусировке эти изображения из-за параллакса смещаются внутрь или наружу линеек в зависимости от направления ошибки, и сигналы перестают совпадать[15]. На основе разности фаз сигналов формируется команда для привода, производящего фокусировку[13].

В современной фотоаппаратуре, чаще всего, используются одновременно несколько таких детекторов, каждый из которых оценивает фокусировку разных частей кадра, позволяя наводить резкость не только по его центру. В зависимости от ситуации включается один из этих детекторов или сравниваются результаты измерения нескольких, работающих одновременно. Фазовый автофокус обеспечивает максимальное быстродействие, поскольку в отличие от контрастного не требует сравнения резкости для разных положений объектива, а величина и направление его перемещения известны сразу. В результате, фокусировка может завершиться одним движением оправы[* 4]. Точность фокусировки находится в прямой зависимости от расстояния (базиса) между сравниваемыми зонами 31 и 32 выходного зрачка. Следствием этого является потеря работоспособности фазового автофокуса при небольших относительных отверстиях объектива, когда оценочные зоны оказываются на краях или за пределами выходного зрачка, слишком узкого вследствие низкой светосилы объектива, или уменьшенного закрытой диафрагмой[14]. Поэтому автофокус этого типа должен использоваться в фотоаппаратуре совместно с прыгающей диафрагмой, закрывающейся до рабочего значения только в момент съёмки.

Современные камеры могут оснащаться дублирующими детекторами автофокуса, работоспособными при разных значениях светосилы объектива. При этом те, которые рассчитаны на максимальное отверстие (как правило, f/2,8 и более), обладают наибольшими точностью и быстродействием за счёт увеличенного базиса между оценочными зонами[13][15]. Так называемый крестообразный датчик автофокуса состоит из двух детекторов, ПЗС-линейки которых ориентированы перпендикулярно друг к другу. Такая конструкция делает систему одинаково эффективной для фокусировки на объекты с контурами, направленными в разные стороны[16]. Часто крестообразные детекторы рассчитаны на разную предельную светосилу для горизонтального и вертикального датчиков, обеспечивая универсальность[2]. Со светосильной оптикой работают оба датчика, а при использовании объективов с низкой светосилой работоспособным остаётся один из них, чаще всего горизонтальной ориентации. Самые совершенные профессиональные фотоаппараты оснащаются двойными крестообразными датчиками, расположенными под углом 45° друг к другу[16]. Каждая из 61 точки датчика анонсированного 1 февраля 2016 года фотоаппарата «Canon EOS-1D X Mark II» остаются работоспособными при низкой светосиле вплоть до f/8[17].

Гибридный автофокус

В процессе совершенствования систем автофокуса предпринимались попытки совместить активный и пассивный методы в одном устройстве. Многие современные компактные фотоаппараты и видеокамеры сочетают активный инфракрасный автофокус с пассивным контрастным[2]. Такие камеры оснащаются излучателем, расположенным на передней стенке и автоматически включающимся при недостатке освещения, когда эффективность контрастного автофокуса невысока. При этом, фотоприёмник, расположенный на корпусе или за объективом, на основе отражённого света определяет приблизительное расстояние до объекта съёмки, ускоряя работу пассивной системы или заменяя её.

Некоторые современные модели камерафонов в качестве инфракрасного прожектора используют маломощный полупроводниковый лазер, и вся гибридная система автофокуса строится по принципу лазерного дальномера. В сочетании с контрастным автофокусом и большой глубиной резкости сравнительно короткофокусного объектива, такое решение позволяет довести быстродействие до уровня фазового автофокуса зеркальных фотоаппаратов. Например, так называемый лазерный автофокус смартфона LG G3 полностью фокусируется за 0,276 секунды[18]. Однако, ограниченная мощность лазера, гарантирующая безопасность для зрения окружающих людей, обеспечивает работоспособность активного элемента автофокуса лишь на небольших дистанциях и во всём диапазоне неприменима без пассивной поддержки[18][19].

В некоторых случаях дополнительная подсветка не является частью активного автофокуса, обеспечивая более эффективную работу фазовой системы. По такому принципу работает инфракрасный прожектор, встраиваемый во внешние системные фотовспышки. Срабатывая одновременно с автофокусом камеры (за исключением следящего режима), подсветка создаёт на объекте съёмки дополнительную освещённость, обеспечивая работу системы даже в полной темноте. В некоторых камерах для этой цели используется встроенная фотовспышка в специальном «стробоскопическом» режиме (например, в «Pentax *ist Ds»). Некоторые системы подсветки автофокуса проецируют на объект контрастную «сетку», которая служит ориентиром для пассивной системы. Такое устройство подсветки используется, например, в фотоаппаратах «Pentax Z1p» и «Sony DSC F828».

Современные разработки гибридного автофокуса основаны на комбинации фазовой и контрастной технологий, позволяющей использовать достоинства обоих методов. Наиболее актуальны такие решения для беззеркальных фотоаппаратов, конструктивно непригодных для классического фазового автофокуса. Новейшие модели таких фотоаппаратов предусматривают установку фазовых детекторов непосредственно в матрицу Супер-ПЗС (англ. Cuper CCD EXR, Fujifilm Hybrid Focus)[20]. В настоящее время по такой технологии работают беззеркальные фотоаппараты серий «Fujifilm FinePix», «Nikon 1», «Samsung NX300», а также зеркальные «Canon EOS 650D» и «Canon EOS 70D»[21]. Фазовые детекторы, встроенные в матрицу, менее эффективны, чем классические, из-за небольшого базиса считывания, поэтому по сравнению с автофокусом зеркальных камер они менее эффективны и используются совместно с контрастным методом. В зеркальной аппаратуре, штатно оснащаемой фазовым автофокусом, контрастный используется в режиме Live View, когда основная система неработоспособна из-за поднятого зеркала.

Представленный в августе 2016 года фотоаппарат «Canon EOS 5D Mark IV» оснащён новейшей КМОП-матрицей с «двойными пикселями», которая впервые позволила приблизить эффективность автофокуса в режиме Live View к классическому фазовому[22]. Кроме того, такое устройство сенсора позволяет в небольших пределах корректировать фокусировку на уже готовых снимках[23][24].

Приводы автофокуса

Первые системы автофокуса для перемещения оправы объектива использовали шаговые электродвигатели, расположенные в корпусе камеры. Такая конструкция пригодна для фотоаппаратов и видеокамер с несменной оптикой. Первые сменные объективы, разработанные для зеркальных фотоаппаратов, содержали датчики автофокуса, процессор с элементами питания и привод фокусировки в приливе оправы. Самым первым из них считается AF-Nikkor 4,5/80, разработанный в 1971 году, но так и не запущенный в серийное производство[9][12][25]. Похожую конструкцию имел зум Canon New FD 35—70/4 AF, в приливе которого размещался датчик автофокуса системы англ. Solid State Triangulation, SST и привод фокусировки[11][26]. Такие объективы могли работать с обычными фотоаппаратами, но фокусировка их была крайне медленной и неточной.

Развитие заобъективных датчиков и появление фазового принципа вынудили конструкторов размещать весь автофокус в корпусе фотоаппарата. При этом вращение привода передавалось в объектив передаточным механизмом с разъёмной муфтой, вмонтированной в байонет. Характерным примером можно считать так называемый «отвёрточный автофокус» Nikon, полумуфта которого оснащалась плоским шлицем[27].

Такой принцип оказался несовершенным, поскольку мощность встроенного в фотоаппарат двигателя была недостаточна для тяжёлой длиннофокусной оптики[28]. Устаревшие к середине 1980-х системы автофокуса с приводом, встроенным в объектив, оснащались сравнительно сложным редуктором, обладавшим значительным моментом инерции и снижавшим быстродействие. Решением стала технология компании Canon, встроившей специально разработанные кольцевые пьезоэлектрические двигатели в оправы всех сменных объективов.

Кольцевой двигатель привода автофокуса

Этот тип привода, впервые использованный в 1987 году в объективах для фотоаппарата «Canon EOS 650», позволил исключить редукторы, соединив статор и ротор непосредственно с кольцами оправы[5]. Кроме того, мощность и быстродействие мотора подбираются в соответствии с характеристиками конкретного объектива, повышая скорость. Ещё одно достоинство такого привода по сравнению с предыдущими типами — бесшумность. В течение последующего десятилетия большинство производителей фотоаппаратуры отказались от двигателей, встроенных в корпус фотоаппарата в пользу кольцевых моторов. Встроенные в объектив редукторные приводы (например, AFD-двигатели Canon) на сегодняшний день остаются только в бюджетной оптике любительского класса.

Компания Canon, разработавшая объективы с кольцевыми двигателями, присвоила технологии название «USM» (англ. Ultra Sonic Motor)[* 5]. Из-за патентных ограничений другие производители не имеют права использовать то же торговое название, поэтому присвоили своим разработкам другие обозначения. Nikon указывает маркировку «SWM» (англ. Silent Wave Motor), Pentax — «SDM» (англ. Super-sonic Direct-drive Motor), Samsung — «SSA» (англ. Super Sonic Actuator), Sony/Minolta — «SSM» (англ. Super Sonic Motor), Tamron — «USD» (англ. Ultrasonic Drive), а Sigma — «HSM» (англ. Hyper Sonic Motor). На выставке PMA 2007 Olympus продемонстрировал несколько объективов с новым ультразвуковым двигателем «SWD» (англ. Supersonic Wave Drive). Все эти обозначения являются лишь торговыми названиями, описывающими одну и ту же технологию с незначительными отличиями.

В 1996 году конструктором Масару Ямамото в фотоаппарате «Contax AX» была реализована оригинальная система автофокуса, не требующая перемещения объектива или его частей[29]. Вместо этого фокусировка осуществлялась сдвигом фильмового канала с плёнкой вдоль оптической оси объектива. Такая конструкция позволяет осуществлять автоматическую наводку на резкость любых объективов[30]. Принцип не получил дальнейшего развития из-за сложности и большого момента инерции перемещаемых частей.

Режимы фокусировки

Основным режимом работы автофокуса, доступным для любых его систем, считается покадровый (англ. One Shot, Single Servo Mode)[31]. В этом режиме автофокус срабатывает один раз, фокусируясь на объект съёмки, совпадающий с положением датчика в кадре. В большинстве фотоаппаратов автофокус срабатывает после поджатия спусковой кнопки наполовину, однако в настроечном меню некоторых моделей для этого можно назначить другую кнопку. После срабатывания автофокуса и достижения резкости привод автофокуса блокируется, прекращая дальнейшую работу до тех пор, пока не сработает затвор или не будет отпущена кнопка[32]. Захват фокуса и блокировка отображаются индикацией на дисплеях, которая дублируется звуковым сигналом. При смещении объекта из зоны резкости процедуру необходимо повторить. Съёмка движущихся объектов для контрастного автофокуса затруднена, но в бытовых видеокамерах следящий режим появился одновременно с пассивным автофокусом. В видеотехнике он работает постоянно и считается основным.

В фотоаппаратах, оснащённых фазовым автофокусом, применяется более совершенный алгоритм следящего режима, поскольку такой тип датчиков позволяет вычислять скорость и направление перемещения объекта съёмки[28]. Эта технология получила название упреждающий («предиктивный») автофокус и заранее фокусирует объектив на расстояние, соответствующее вычисленному положению объекта съёмки с учётом задержки срабатывания затвора[32]. Наблюдаемое в видоискателе изображение в этом режиме может казаться не в фокусе, потому что попадает в него только при срабатывании затвора и поднятом зеркале. При этом блокировка, в отличие от покадрового режима, никогда не срабатывает и фокусировка происходит непрерывно, отслеживая все перемещения объектов и изменения кадрировки. Поэтому индикация и звуковой сигнал в этих режимах не работают[32]. Технология поддерживается всеми современными камерами с фазовым автофокусом, однако у разных производителей он называется по разному: у Canon — AI Servo, у Nikon — Continuous servo AF. Среди фотолюбителей более востребован автоматический режим выбора метода фокусировки, когда микропроцессор самостоятельно принимает решение о включении наиболее подходящего способа: покадрового или следящего[31]. Последний включается, если детектор регистрирует движение объекта съёмки. В большинстве современных профессиональных и полупрофессиональных фотоаппаратов выбор покадрового или следящего режимов так или иначе взаимосвязан с режимом выбора точки (конкретного датчика) фокусировки в пределах кадра и режимами автоматического управления экспозицией.

В некоторых случаях, когда основной неподвижный объект не совпадает в кадре с положением датчика, необходима блокировка автофокуса (англ. AF-lock). Она автоматически срабатывает в покадровом режиме после поджатия спусковой кнопки и завершения фокусировки. После этого кадр можно перекомпоновать в соответствии с замыслом и произвести съёмку. Основной объект при этом получается резким, несмотря на то, что в момент съёмки датчик находится на других объектах или фоне. В следящем режиме блокировка включается отдельной кнопкой на фотоаппарате. В профессиональных моделях для этого предусматривается отдельная кнопка AF-stop, расположенная на оправе сменных объективов, как правило, длиннофокусных. Такая кнопка останавливает фокусировку, позволяя избежать ошибки в случае внезапного появления в кадре предметов на более близких дистанциях, или непредвиденной фокусировки на фон из-за смещения сюжетно важного объекта[28].

Ещё одна технология — ловушка автофокуса (англ. Focus Trap) — позволяет производить автоматическую съёмку при попадании движущегося объекта в фокус[33]. Режим доступен в большинстве зеркальных фотоаппаратов профессионального и потребительского уровня при соответствующих настройках. При нажатой спусковой кнопке затвор срабатывает в тот момент, когда датчик автофокуса подтверждает пересечение зоны резкости.

См. также

Примечания

  1. ↑ Инфракрасная подсветка, используемая в современных фотовспышках, служит для облегчения работы пассивного автофокуса в темноте, и не относится к активным системам
  2. ↑ Современные цифровые зеркальные фотоаппараты, оснащённые функцией Live View предусматривают программную коррекцию юстировки при помощи сравнения результатов работы фазового и контрастного автофокуса, последний из которых независим от механических погрешностей [1]
  3. ↑ Патент США 5053799 A [2]
  4. ↑ Современные алгоритмы фазовых систем предусматривают случаи неуверенного захвата фокуса малоконтрастных объектов в темноте, когда необходимы повторные циклы фокусировки
  5. ↑ Название «Micro USM» обозначает более дешёвый привод с аналогичным двигателем, работающим через редуктор [3]

Источники

  1. 1 2 3 Советское фото, 1986, с. 42.
  2. 1 2 3 4 Системы автофокуса цифровых фотоаппаратов (рус.). Ремонт фотоаппаратов. Фоторемонт (21 апреля 2010). Проверено 23 августа 2014.
  3. ↑ Фотоаппараты, 1984, с. 101.
  4. ↑ Фотоаппараты, 1984, с. 102.
  5. 1 2 3 4 Vladimir Dorofeev. История систем автофокуса (рус.). Info. Фотография для любителей. Проверено 24 августа 2014.
  6. ↑ Эликон-автофокус (1986) (рус.). Фотолюбитель (31 января 2014). Проверено 24 августа 2014. (недоступная ссылка)
  7. ↑ Фотокурьер, 2005, с. 7.
  8. ↑ Советское фото, 1982, с. 42.
  9. 1 2 Foo Leo. Introduction to the F3 AF (англ.). Modern Classic SLRs Series. Photography in Malaysia. Проверено 24 августа 2014.
  10. ↑ Canon T80 Camera (англ.). Main Features Part II. Photography in Malaysia. Проверено 24 августа 2014.
  11. 1 2 Фотоаппараты, 1984, с. 104.
  12. 1 2 Фотокурьер, 2005, с. 3.
  13. 1 2 3 Foto&video, 2008, с. 86.
  14. 1 2 Foto&video, 2008, с. 85.
  15. 1 2 Vladimir Dorofeev. Об автофокусе простыми словами (рус.). Info. Фотография для любителей (август 2010). Проверено 22 августа 2014.
  16. 1 2 Доступно о датчиках автофокуса (рус.). Info. Фотография для любителей (март 2012). Проверено 22 августа 2014.
  17. Dan Havlik. Fast & Furious: Canon Intros Speedy, 4K-Shooting 20.2MP, Full Frame EOS-1D X Mark II Pro DSLR (англ.). DSLR News. журнал «Shutterbug» (1 February 2016). Проверено 2 февраля 2016.
  18. 1 2 Лазерный автофокус на свой смартфон LG переставила с пылесоса (рус.). Физика. Новости информационных технологий (29 мая 2014). Проверено 1 августа 2015.
  19. Andrew Williams. How the LG G3 laser AF camera focus works (англ.). Opinions. Trusted Reviews (28 May 2014). Проверено 1 августа 2015.
  20. Дмитрий Крупский. Гибридный автофокус в матрицах Fujifilm (рус.). OnPhoto (14 февраля 2013). Проверено 23 августа 2014.
  21. Владимир Медведев. Пара мыслей про Canon 70D (рус.). LiveJournal (2 июля 2013). Проверено 23 августа 2014.
  22. ↑ Dual Pixel CMOS AF will change —High Image Quality” the basic assumptions about Digital SLRs (англ.). Canon. Проверено 26 августа 2016.
  23. ↑ Анонсированa камера Canon EOS 5D Mark IV (рус.). Новости. Fototips (25 августа 2016). Проверено 28 августа 2016.
  24. Stephen Shankland. Adobe to support advanced photo format debuting in Canon's hot new SLR (англ.). Photography. CNET (25 August 2016). Проверено 26 августа 2016.
  25. ↑ Фотомагазин №5, 1996, с. 16.
  26. ↑ AF Zoom New FD 35-70 f/4.0 (англ.). Canon FD Resources. Photography in Malaysia. Проверено 24 августа 2014.
  27. Константин. Автофокус. В чём разница между AF-S и AF объективами (рус.). Про Фото. Проверено 24 августа 2014.
  28. 1 2 3 Фотомагазин №7—8, 1999, с. 14.
  29. Борис Бакст. Contax АХ (рус.). Contax, рождённый в Японии. Фотомастерские РСУ (3 марта 2011). Проверено 28 сентября 2015.
  30. ↑ Фотомагазин, 2000, с. 15.
  31. 1 2 Режимы фокусировки One-Shot и AI-Servo: правила применения (рус.). On-line журнал о фотографии (3 октября 2012). Проверено 25 августа 2014.
  32. 1 2 3 Онищенко Александр. О работе автофокуса в камерах Nikon (рус.). LiveJournal. Проверено 25 августа 2014.
  33. Аркадий Шаповал. Фотохитрости (рус.). Мысли про Фото. Радожива (15 декабря 2012). Проверено 24 августа 2014.

Литература

  • Борис Бакст. Pentax и автофокус (рус.) // «Фотокурьер» : журнал. — 2005. — № 1/97. — С. 3—10.
  • Ю. Волков, Н. Капустина, В. Коротков. Системы автоматической фокусировки (рус.) // «Советское фото» : журнал. — 1986. — № 11. — С. 42. — ISSN 0371-4284.
  • Александр Доброславский. Автофокус — простота через сложность (рус.) // «Советское фото» : журнал. — 1982. — № 11. — С. 42—44. — ISSN 0371-4284.
  • Владимир Самарин. Система автофокусных камер Nikon (рус.) // «Фотомагазин» : журнал. — 1996. — № 5. — С. 16—22. — ISSN 1029-609-3.
  • Владимир Самарин. Contax — линейка, в которой нет любительских камер (рус.) // «Фотомагазин» : журнал. — 2000. — № 10. — С. 9—20. — ISSN 1029-609-3.
  • Андрей Шеклеин, Владимир Самарин. Анатомия и физиология современной зеркалки (рус.) // «Фотомагазин» : журнал. — 1999. — № 7—8. — С. 10—18. — ISSN 1029-609-3.
  • М. Я. Шульман. Фотоаппараты / Т. Г. Филатова. — Л.: «Машиностроение», 1984. — 142 с. — 100 000 экз.

Ссылки

Какой тип автофокуса лучше фазовый или гибридный. Автофокус vs. Ручная фокусировка. Режимы фокусировки Nikon

Статьи и Лайфхаки

Фазовый автофокус в современном смартфоне, или, как его называют в англоязычных спецификациях, PDAF, является наиболее актуальной системой фокусировки.

Несмотря на имеющиеся недостатки, он обеспечивает наилучшее качество снимков в большинстве случаев. Рассмотрим поближе, как работает эта технология.

Устройство и принцип действия

Согласно законам оптики, лучи, отраженные от точки, освещают противоположные участки объектива в одинаковой степени. Если точка находится не в фокусе, то данные лучи, как говорят, «расходятся по фазе».

Величина этого расхождения позволяет процессору камеры оценить, насколько сместить линзы, чтобы сфокусировать оптическую систему на объекте.

Технически это выглядит следующим образом. В фотосенсор камеры встраиваются специальные датчики, на которые и направляются лучи из разных участков объектива.

Система корректирует положение линз до тех пор, пока световые пучки не будут сведены в точку.

В фотоаппаратах может использоваться до нескольких десятков таких датчиков, в смартфонах их несколько меньше.

Достоинства фазового автофокуса


Основным преимуществом данного типа фокусировки перед более простым и дешевым контрастным является скорость работы. Это позволяет избежать смазывания при съемке движущихся объектов или дрожании камеры.

Важно и то, что следящий автофокус, сопровождающий объекты по всему полю кадра, работает существенно лучше. Это достигается за счет использования не одного, а целой группы датчиков.

Недостатки

  1. Основным минусом является высокая сложность подобной системы. Все элементы аппаратной части должны быть очень точно согласованы, в противном случае не получится требуемой точности.

    Не менее важно и программное обеспечение, требующее достаточного количества системных ресурсов.

  2. Другая проблема – зависимость точности работы системы от светосилы объектива и условий освещения.

    Обычно датчики покрывают не всю поверхность кадра, а располагаются ближе к центру, в результате чего возможна недостаточная точность фокусирования на периферии снимка.

Альтернатива


В недорогих моделях гаджетов обычно используется более простой автофокус – контрастный. Он не требует отдельных датчиков, в качестве которых используется сама матрица камеры.

Электроника оценивает контрастность отдельных деталей и последовательно подстраивает фокус.


Главный минус – очень медленная скорость работы таких систем: в самом тяжелом случае фокусировка может занимать до 2-3 секунд. Это приводит к смазыванию объектов на снимках.

Недавняя новинка – , использующий тот же принцип, что и оптические дальномеры.

Он не зависит от освещенности, работает еще быстрее, чем фазовый, но действует на очень коротком расстоянии. Поэтому при съемке объектов, удаленных более чем на 3-4 м система переключается на использование других типов фокусировки.

В заключение

Наличие фазового автофокуса еще недавно было признаком флагманской модели, однако в последние годы он часто появляется и в девайсах среднего ценового сегмента.

А специализированные программные алгоритмы с использованием искусственного интеллекта, появившиеся в последнее время, дополнительно повышают качество его работы.

Но, хотя в смартфонах используются более простые технические решения, чем в зеркальных фотоаппаратах, они всё же недостаточно дешевы, чтобы вытеснить другие виды фокусировки.

На заре своего появления системы автоматической фокусировки действительно являлись таким себе фокусом-покусом. Это сейчас мы не представляем себе жизнь без автофокуса, а ведь совсем недавно все пользовались и даже не предполагали о том, что автоматика сможет чётко зацепить объект съёмки.

Впервые об автофокусе заговорили в 70-х годах прошлого века. Тогда отличилась немецкая компания Leica , которая разработала и первый автофокусный объектив, и представила в 1976 г. первую фотокамеру, оснащённую системой автоматической фокусировки. Ею стала Leica Correfot , показанная в качестве прототипа на выставке Photokina-1976 .

Но производить автофокусные системы немецкая компания не спешила и продала технологию компании Minolta , которая благодаря эффективному внедрению автофокуса в свои зеркалки к середине 1980-х гг. стремительно вырвалась в лидеры по продажам фототехники. Параллельно разработкой систем автоматической фокусировки занимались другие корпорации (Canon, Seiko, Polaroid, Pentax и т.п.) и технология вышла в массы.

Сильно вдаваться в технические подробности работы систем автоматической фокусировки мы пока не будем. Но “на пальцах” попробуем рассказать о том, как же они функционируют.

На сегодняшний день существует два основных вида автофокуса: фазовый и контрастный , а такжеих симбиоз, который называется гибридным .

Фазовый автофокус

Этот вид фокусировки во всю используется в зеркалках. В его основу положен принцип разности фаз светового потока, который поступает в объектив. Разницу определяют специальные датчики, которые размещаются в непосредственной близости от матрицы фотокамеры.

Принцип действия системы фазовой автофок

Что такое гибридный автофокус в смартфоне?

Гибридный автофокус считается важным показателем при выборе смартфона для получения качественных фотографий с минимальными затратами времени. Такой метод фокусировки может разниться в зависимости от моделей, имеющих свои плюсы и минусы.

История появления

Раньше идея создания гибридного автофокуса заключалась в сочетании активного и пассивного вариантов. Первый анализирует световые пучки, которые улавливаются камерой, а второй измеряет расстояние до объекта с помощью ультразвуковых или инфракрасных локаторов. Позднее было решено комбинировать фазовую и контрастную технологию. Изначально она появилась в зеркальных камерах, но теперь все чаще ее устанавливают в современные смартфоны, потому что она в разы превосходит контрастный АФ.

Контрастно-фазовый

Аппарат с таким типом фокусировки камеры позволяет сфотографировать достаточно быстро с минимальными потерями в качестве при недостаточном освещении. Фотосенсор включает в себя несколько десятков датчиков и фазовые детекторы.

Благодаря им фокусировка происходит быстро, но не всегда точно. Контрастный компонент доводит точность до оптимального значения, плюс для него не требуется значительная светосила.

Обычно контрастно-фазовый автофокус применяется в современных моделях, поддерживающих соответствующее программное обеспечение для оптимального функционирования.

Фазово-лазерный

В таком автофокусе каждая часть отвечает за свой функционал и работает отдельно от другой. При съёмке объекта с небольшого расстояния камера применяет лазерный автофокус, а при значительном расстоянии устройство само переключается на режим PDAF.

Сочетание разных типов автофокуса требует установки в смартфон соответствующей начинки, которая делает устройство более дорогим. Поэтому обычно такой вариант используется в моделях, предназначенных для активной фотосъемки.

Продвинутый гибридный автофокус

Помимо высокой точности и скорости фокусировки, некоторым производителям удалось добиться и ещё больших улучшений в работе камеры. Так, например, у Samsung есть смартфоны, в которых установлен предиктивный гибридный автофокус, который как бы захватывает определенный объект и следит за ним по ходу движения. В обычной жизни люди чаще статично позируют, но такая функция может быть особенно полезна при съёмке животных, детей, спортивных соревнований или выступлений. Кроме того, такая технология решает распространенную проблему в макросъемке, когда незначительный порыв ветра портит кадр.

Самый быстрый автофокус

Выбирая смартфон с возможностью быстро делать качественные кадры, стоит обратить внимание на пятёрку лучших в этом деле.

  • Xiaomi redmi Note 2 фокусируется за 0,1 секунды. При этом и остальные характеристики не подкачали: экран 5.5 дюймов, две камеры на 13 и 5 мегапикселей, процессор helio X10.
  • Apple iPhone 6 лишь немного отстаёт от предыдущего аппарата – в некоторых случаях фокусировка может занять 0,3 секунды.
  • Радует скоростью съемки и Samsung Galaxy Note 5. Кстати, именно этот производитель впервые использовал автофокус смартфоне Galaxy S5. Если раньше скорость автофокуса не впечатляла, то сейчас она доходит 0,1 секунды.
  • Среди бюджетных устройств стоит отметить Sony Xperia M5 с 5-дюймовым экраном, 3 Гб оперативной памяти и основной камерой 21 Мп. Производитель обещает фокусировку за 0,25 секунды.
  • Впечатляют и результаты тестов Motorola Moto X Style с фронтальной камерой 13 Мп, основной на 21 Мп и дисплеем 5,7 дюймов.

Гибридный автофокус на смартфоне – гарантия быстрой и качественной съемки. Отчасти это можно сказать и о контрастном АФ, но только если владелец не планирует активно снимать каждый день. В противном случае лучше присмотреться к продвинутым моделям.

Гибридный автофокус (1 видео)

 

Гибридный автофокус в смартфоне (10 фото)

Что такое автофокус с определением фазы и определением контраста?

Вы видели спецификации - вот для Sony a6500:
«169 точек обнаружения контраста и 425 точек определения фазы!» Ну, это круто, но что такое автофокус с определением фазы и определением контраста?


Что такое автофокус с определением контраста?

Определение контраста - это самый простой и точный метод технологии автофокусировки. Таким образом, это самая дешевая технология автофокусировки.

Название должно сказать все: камера смотрит на контраст между краями и перемещает мотор фокусировки, пока контраст не станет самым резким.

Именно так работает наш мозг, когда мы используем ручную фокусировку без посторонней помощи - мы смотрим на края и перемещаем кольцо фокусировки до тех пор, пока контраст краев не станет самым сильным. Или то, что мы называем «острым» простым языком. Сначала мы идем вперед и назад с крупными корректировками, затем с небольшими уточнениями, пока не доберемся до цели.

Давайте посмотрим на эти мультяшные цветы в качестве примера шагов, связанных с обнаружением контраста, когда оно фокусируется на правильном фокусе:

contrast detection diagram

Автофокусировка с определением контраста - несмотря на то, что это самый простой, дешевый и точный метод фокусировки - это , а также самый медленный .

Если вы когда-нибудь видели, как мотор автофокусировки «рыскает» взад и вперед, как при ручной фокусировке, это обнаружение контраста в действии.

Это сравнение расстояний фокусировки для определения точки максимальной контрастности.


Что такое автофокус с определением фазы?

Готовы заняться настоящим технарем? Нет? Мы постараемся сделать это проще.

Представьте себе изображение, попадающее в призму. Затем призма разделяет это изображение на две части.

Если изображение в фокусе, разделенные изображения будут выровнены по .Если не в фокусе, изображения не будут совпадать.

Именно так работает помощник ручной фокусировки «расщепленная призма» в центре видоискателя на старых пленочных зеркальных фотоаппаратах. Вы перемещаете кольцо фокусировки, пока изображение не выровняется и вуаля, в фокусе. Очень быстро.

Гораздо быстрее , чем пытаться определить, где контрастная кромка наиболее резкая.

Когда цифровая камера сообщает, что у нее «425 точек определения фазы», ​​это означает, что на датчике есть 425 мест, где она может сравнить это разделенное изображение.

Поскольку датчик знает, какое разделенное изображение является каким, он точно знает, в каком направлении и на сколько нужно переместить мотор фокусировки, чтобы объединить разделенное изображение.

Поскольку фазовое определение отлично подходит для движущихся объектов, давайте посмотрим, как оно работает с баскетболистом:

phase detection diagram

В зеркальных фотокамерах используется настоящая призма для разделения изображения на датчик фокусировки, в то время как в беззеркальных камерах это делается непосредственно на датчике. Технология более дорогая, и в зеркалке добавляется немного больше веса.


Что лучше: контрастный или фазовый автофокус?

Ответ, как и все остальное в фотографии, «зависит от обстоятельств».

Для неподвижных объектов и высококонтрастных сцен

Определение контраста Автофокусировка обеспечит наиболее точную фокусировку при покадровой автофокусировке с неподвижным объектом.

Меньше шансов, что камера сфокусируется перед или за объектом, как это иногда бывает с фазовым детектором.

Улучшите свои фотографии с помощью свежих советов, вдохновения и скидок на онлайн-курсы, доставленные на вашу электронную почту.

Щелкните здесь, чтобы подписаться

Это называется передний фокус или задний фокус , и вы все равно должны знать об этом с обнаружением контраста.

Но помните, что мотор объектива больше перемещается с автофокусом с определением контраста. Это означает, что будет использовано больше сока. Мотор также будет двигаться немного медленнее с объективами большего размера с несколькими стеклянными элементами.

Для движущихся объектов

Если ваш объект движется Обнаружение фазы автофокусировка даст вам самую быструю и точную автофокусировку.

У вас по-прежнему есть риск заднего или переднего фокуса, но с технологией отслеживания изображения и несколькими точками автофокусировки с определением фазы это меньший фактор.

Вы будете снимать в режимах непрерывной или серво автофокусировки, поэтому камера постоянно регулирует фокус по мере движения объекта.

Так происходит, например, с передним фокусом . Точки обнаружения фазы захватили объект ближе к тому месту, где я хотел сфокусироваться, и вместо этого сфокусировались на нем. Зеленые квадраты - это то, что вы увидите на Sony Alpha.

Обратите внимание на отображаемые точки фокусировки ; если вы видите их не в том месте, вам следует переключиться на другую зону фокусировки.

Phase detection autofocus points example

Автофокусировка с обнаружением контраста не подходит для движущихся объектов из-за времени, необходимого для достижения максимального контраста.

К моменту определения точки максимальной контрастности объект уже переместился на другое расстояние, и камера должна снова найти это положение.

Автофокусировка с определением фазы немедленно привяжет двигатель к нужной точке фокусировки для непрерывной съемки.

При слабом освещении и низкой контрастности

Просто помните, что оба этих метода требуют света для фокусировки .

Если изображение не контрастно или мало освещено, возможно, в камере недостаточно данных для использования любого из методов фокусировки.Есть способы обойти это.

  • Некоторые камеры повышают ISO при нажатии кнопки фокусировки. Это усиливает свет для фокусировки, а затем ISO упадет до установленного вами значения.
  • Подсветка и вспомогательные лучи автофокусировки . Камеры и вспышки излучают лучи света, пытаясь осветить ваш (близкий) объект. Вы также можете использовать мощный фонарик, если объект съемки находится дальше.
  • Используйте фокусировку с помощью кнопки назад, чтобы камера не пыталась выполнять автофокусировку каждый раз, когда вы нажимаете кнопку спуска затвора, особенно при съемке фотографий.

Что такое гибридный автофокус?

Вы увидите, что некоторые камеры рекламируют гибридный автофокус.

Sony a6500 может похвастаться самой быстрой автофокусировкой в ​​мире прямо сейчас со скоростью 0,05 секунды с использованием гибридной автофокусировки.

Гибридная автофокусировка обычно начинается с метода быстрой фазовой автофокусировки.

Затем он использует автофокусировку с определением контраста для уточнения края, и, поскольку определение фазы приблизило его к этой точке, определение контраста занимает меньше времени, чем обычно.

Итак, определение фазы возвращает его к тому, что наши глаза воспринимают как идеальный фокус, а затем выходит за рамки этого с помощью обнаружения контраста.

Теперь, когда вы понимаете разницу между автофокусировкой с определением фазы и определением контраста, я надеюсь, что это понимание также улучшит вашу фотографию! Есть вопросы или комментарии? Пожалуйста, оставьте их ниже!


Если у вас есть беззеркальная камера, вы можете узнать еще больше о том, как улучшить свои навыки ручной фокусировки и автофокусировки, в моем курсе Sharper Photos with Mirrorless Cameras .Нажмите здесь, чтобы сэкономить 20% со скидкой для чтения блогов.

Связанные

.

Обнаружение фазы и обнаружение контраста Автофокус

Система фокусировки, которую использует ваша камера, имеет большое значение для ее эффективности. Если вы хотите максимально использовать возможности автофокусировки камеры, важно знать, как она работает. Также полезно понимать разницу между фазовой и контрастной автофокусировкой (AF), поскольку именно эти две системы используются в современных цифровых камерах.

Например, если вы увлекаетесь портретной фотографией и любите использовать объективы с постоянным фокусным расстоянием и широкую диафрагму, тогда точная фокусировка имеет решающее значение.Вам нужен точный автофокус, чтобы сфокусировать глаза модели на портретах, подобных этому, снятых с диафрагмой f1.2 с помощью объектива 56 мм.

Portrait of young woman taken with prime lens at a wide aperture using contrast detection autofocus

Обнаружение контраста, используемое в беззеркальных камерах, лучше, чем обнаружение фазы, используемое в цифровых SLR камерах.

Если вы не знаете, почему это так, то прочтите мою статью «Как сфокусироваться на широкой диафрагме».

Но если вы увлекаетесь фотографией дикой природы или спортивной фотосъемкой, или чем-либо, что использует возможности автофокусировки слежения и непрерывной фокусировки вашей камеры, то фазовый автофокус работает лучше.

Photo of a knight riding a horse at a jousting tournament taken with a telephoto lens at a wide aperture using phase detection autofocus

Также следует отметить, что камеры и объективы работают вместе, когда речь идет о производительности автофокуса. И Canon, и Nikon производят высокопроизводительные супертелеобъективы, которые предназначены для получения максимальной отдачи от систем автофокусировки на их камерах высокого класса. Вот почему так много профессиональных спортивных фотографов используют одно или другое.

В некоторых камерах используется гибрид двух систем. Например, цифровая зеркальная фотокамера (SLR) может использовать автофокусировку с определением контраста в режиме Live View или видеосъемки и автофокусировку с определением фазы, когда вы смотрите в видоискатель.

Некоторые беззеркальные камеры также имеют точки автофокусировки с определением фазы, которые работают в режиме непрерывной автофокусировки для повышения точности следящего автофокуса. Но механика фазового автофокуса в беззеркальных камерах отличается от таковой в зеркальных камерах, как мы увидим далее в статье.

Фазовый автофокус в зеркальных фотоаппаратах

В зеркальной фотокамере свет проходит через объектив, попадает в отражающее зеркало и отражается вверх через пентапризму и выходит через видоискатель. Цель конструкции камеры такого типа - показать вам, что именно видит объектив в видоискателе.Это позволяет избежать ошибок параллакса, которые возникают на близком расстоянии фокусировки с дальномером и зеркальными фотокамерами с двумя объективами.

Преимущества, которые это давало фотографам, привели к тому, что зеркальные фотоаппараты стали предпочтительным вариантом для большинства фотографов около 50 лет назад. До появления беззеркальных фотоаппаратов это никогда серьезно не оспаривалось. Многие беззеркальные камеры по-прежнему используют конструкцию типа SLR (с электронным видоискателем в выступе в центре корпуса), хотя, строго говоря, они не являются SLR-камерами, поскольку у них нет зеркального зеркала.

Центр зеркала камеры является полупрозрачным, а дополнительное зеркало позади него отражает свет вниз в основание корпуса камеры, где расположен блок датчика автофокусировки (на фотографии ниже показан блок автофокуса от Canon EOS 50D). Это сердце системы фазовой автофокусировки.

EOS 50D autofocus unit

На этой диаграмме показаны пути света через корпус камеры, когда зеркальное зеркало находится в нижнем положении. Зеркало отражает свет вверх в пентапризму и выходит через видоискатель.Часть света также отражается вниз в сторону датчика автофокусировки.

Cut away image of digital SLR camera showing path of light through body and autofocus sensor

Блок автофокусировки содержит датчик, соответствующий точкам автофокусировки камеры. Это датчик автофокусировки камеры EOS 5D Mark III. Линии на датчике соответствуют массиву точек автофокусировки камеры.

EOS 5D Mark III autofocus sensor

Фазовый автофокус в действии

В зеркальной камере свет, отраженный от вспомогательного зеркала, разделяется на два отдельных изображения с помощью призм и микролинз в блоке датчика автофокусировки, каждое из которых направлено на две линии на датчике автофокусировки, соответствующие активной точке автофокусировки.

  • Если изображения точно совпадают с двумя линиями, объект находится в фокусе.

Расстояние между двумя изображениями сообщает камере, насколько объектив не в фокусе.

  • Если два изображения расположены ближе друг к другу, то объектив фокусируется перед объектом.
  • Если два изображения находятся дальше друг от друга, то объектив фокусируется за объектом.

Блок автофокусировки определяет, как далеко переместить объектив, чтобы сфокусировать объект, и в каком направлении, а затем перемещает объектив в это положение.Он быстрый и (в пределах ограничений, см. Ниже) точный, что делает его идеальным для отслеживания быстро движущихся объектов.

Ограничения определения фазы AF

Это основные ограничения фазовой автофокусировки.

Не работает при слабом освещении. Камера нуждается в свете для фокусировки, и чем его меньше, тем сложнее становится точная фокусировка. Это относится и к автофокусировке с обнаружением контраста.

Возможно, не удастся точно сфокусироваться на слабоконтрастных объектах. Это также относится к автофокусировке с обнаружением контраста.

Нельзя ставить точки автофокусировки близко к краю кадра. Камера фокусируется с объективом, установленным на самую широкую диафрагму, и края кадра всегда темнее, чем центр при этой настройке. Поскольку фазовая автофокусировка плохо работает при слабом освещении, виньетирование делает непрактичным размещение точек автофокусировки рядом с краем кадра.

Предрасположен к ошибкам при фокусировке с использованием широкой диафрагмы. Это связано с тем, что автофокусировка с определением фазы является частично механическим процессом.Длина пути света от объектива до датчика автофокусировки теоретически равна длине пути света от объектива до датчика.

Но в реальном мире камеры и объективы изготавливаются с заданными допусками. Такая точность слишком дорога и требует много времени. Если ваша конкретная камера и объектив находятся на пределе своих допусков, возможно, что объектив будет немного фокусироваться впереди или позади того места, где, по мнению камеры, он сфокусирован.

Это может привести к ошибкам фокусировки при использовании объективов с широкой диафрагмой (с их узкой глубиной резкости).Большинство объективов среднего и высокого класса для цифровых зеркальных фотокамер позволяют откалибровать объектив для устранения ошибок фокусировки.

Не работает в режиме Live View или видео. Самые ранние зеркальные камеры с Live View имели ручную фокусировку только в Live View и режиме видео. В новых камерах используется комбинация автофокусировки с определением контраста и автофокусировки с определением фазы по датчику (см. Ниже) для достижения фокусировки в режиме Live View и видео.

Датчик фазы AF

АФ с определением фазы является частью очень точной и точной системы автофокусировки, которая позволяет зеркальным фотоаппаратам высокого класса точно отслеживать быстро и беспорядочно движущиеся объекты.

Но он не работает в режиме Live View или видео. В этих режимах зеркало камеры поднимается вверх, чтобы свет от объектива достигал датчика в непрерывном режиме. Свет больше не достигает блока автофокусировки.

На этой диаграмме показан путь света через корпус SLR камеры в режиме Live View или видео. Зеркало в верхнем положении. Путь точно такой же через беззеркальный корпус камеры.

Cut away image of digital SLR camera showing path of light through body of digital SLR system with reflex mirror in up position, in Live View

Беззеркальные камеры не имеют датчиков автофокусировки.Вместо этого они снимают показания с сенсора камеры. Цифровые SLR также снимают показания с датчика в режиме Live View или в режиме видео.

Разные производители решают эту проблему по-разному. Итак, давайте посмотрим, как это делают Fujifilm и Canon.

Fujfilm добилась этого, добавив пиксели, которые замаскированы так, что они получают свет только с одной стороны объектива.

Под каждой точкой автофокусировки с определением фазы лежат полосы закрытых датчиков, которые принимают свет с одной стороны объектива, и других датчиков, которые получают свет с другой стороны.Камера сравнивает оба, и когда они совпадают, знает, что объект в фокусе. Если объект не в фокусе, он вычисляет, насколько необходимо настроить объектив, чтобы сфокусировать объект, и перемещает объектив туда.

Обзоры системы Fujifilm показывают, что она работает хорошо, но еще не достигла скорости и точности отслеживания, как у высококлассных камер Canon и Nikon.

Новейшая технология Canon называется Dual Pixel CMOS AF. Каждый пиксель сенсора камеры состоит из двух фотодиодов.Один диод собирает свет, другой используется для фазовой автофокусировки. Canon использует эту технологию в режиме видеосъемки, чтобы помочь камере отслеживать движущиеся объекты при съемке видео. Он также используется в некоторых беззеркальных камерах серии M.

АФ с обнаружением контраста в беззеркальных и зеркальных камерах

Автофокус с обнаружением контраста работает, анализируя пиксели на датчике камеры. Он работает на основе того, что объект находится в фокусе при самом высоком контрасте. Чтобы найти эту точку, нужно перемещать точку фокусировки линзы вперед и назад.

В результате автофокусировка с определением контраста работает медленнее, чем автофокусировка с определением фазы. Но он гораздо точнее фокусируется на неподвижных объектах. Калибровать объектив не нужно, так как нет механических ошибок фокусировки.

Это относительное отсутствие скорости не имеет значения при съемке неподвижных объектов. Но это имеет большое значение при отслеживании движущихся объектов. Особенно если учесть, что камера должна толкать и тянуть объектив, чтобы зафиксировать фокус. Вот почему производители камер разработали различные решения для реализации фазовой автофокусировки в беззеркальных камерах и цифровых SLR в режиме Live View или видео.

Заключение

Тема автофокуса может быть довольно сложной. Полное понимание этого требует глубокого технологического понимания, которого нет у большинства фотографов (включая меня). Эта статья представляет собой упрощение основных принципов. Это должно помочь вам понять, как работают разные системы автофокусировки, и каковы плюсы и минусы каждого типа. Если у вас есть какие-либо вопросы или комментарии по поводу автофокусировки, сообщите нам об этом в комментариях ниже.

Дополнительная литература

Линзы для мастеринга электронная книга

Узнайте, как делать красивые фотографии с помощью любого объектива с помощью нашей популярной электронной книги Mastering Lenses.Одно только руководство по покупке линз может сэкономить вам сотни долларов на следующей покупке линз!

,

, часть 4: не-Bayer CFA, фазовый автофокус (PDAF)

Доклад IISW завершился обзором пикселей PDAF, используемых в смартфонах. Эти три решения представлены в виде маскированного, двойного фотодиода (двойной ФД) и 2x1 OCL. Все они были разработаны для приложений с более крупными пикселями, в первую очередь для зеркальных и беззеркальных камер. Впервые маскированный PDAF в смартфонах компания Sony использовала в 2014 году. Текущий рекорд для самого маленького маскированного PDAF - это поколение Samsung 0,8 мкм, реализованное в ISOCELL Plus с Tetracell CFA.

Команда Samsung Galaxy в 2016 году приобрела двойные источники изображений Sony и Samsung, используя двойной PD поколения 1,4 мкм. TechInsights задокументировала двойной PD Samsung поколения 1,28 мкм, как описано в его документе VLSI 2017, как самый маленький из используемых двойных устройств PD, но во время семинара выяснила, что это заключение было неверным. Фактически, Samsung производит сдвоенные PD поколения 1,22 мкм, и мы только что опубликовали результаты нашего анализа в нашем каталоге отчетов.

Наконец, 2x1 OCL легко описать как микролинзу двойной ширины, охватывающую два пикселя в строке.Первоначально он был разработан ON Semiconductor (Aptina), хотя мы не находили частей для анализа до 2018 года. Sony представила это решение в iPhone в 2016 году, и с тех пор мы видели Samsung и OmniVision с собственными решениями, реализованными в пикселе 1,12 мкм. поколение. Самый маленький из используемых OCL 2x1 используется Sony поколения 0,8 мкм.

Рисунок 4: Классификация PDAF, введение, наименьший в использовании

Мы хотели бы поблагодарить сопредседателей IISW, Мишель (Ибинг) Ван из Samsung и Даниэля Ван Блеркома из Forza-Ametek, председателя технической программы, Владимира Коробова из ON Semiconductor, членов технического программного комитета и совета директоров за содействие. еще одна мастерская мирового уровня.Это был мой шестой семинар, так что 10 лет со дня остановки в Бергене, Норвегия. Это замечательный формат, сравнимый с Олимпийскими играми, где участники объявляют момент мирного времени, чтобы поделиться последними работами и задать вопросы участникам на благо всех.

TechInsights содержит самый полный в мире каталог отчетов о техническом анализе конкурентов и анализов тенденций, доступных по подписке круглосуточно через облачное приложение. Тем не менее, было бы упущением, если бы мы не комментировали информационные ресурсы, являющиеся общественным достоянием, включая сайт Международного общества датчиков изображения (IISS).На сайте IISS размещен каталог всех документов предыдущих семинаров, начиная с 1973 года. Члены Совета Эрик Фоссум, Альберт Тойвиссен и Владимир Койфман ведут бесценный контент и блоги на http://ericfossum.com/, https://harvestimaging.com/ blog / и https://image-sensors-world.blogspot.com/ соответственно.

И, наконец, содержание данной презентации было сфокусировано специально на формирователях изображений смартфонов с маленькими пикселями, которые находятся в стадии становления. Мы с нетерпением ждем возможности мониторинга и отчетности по устройствам формирования изображения и оптическим датчикам для смартфонов следующего поколения, и, конечно же, охватываем другие подсекторы изображений, такие как автомобилестроение, время полета (ToF), машинное зрение, безопасность / наблюдение и т. Д.Несмотря на то, что дорожная карта масштабирования с использованием мелких пикселей близка к завершению, впереди еще есть четкие дорожные карты продукта, и сообществу разработчиков изображений еще предстоит проделать большую работу! На рисунке 5 представлены некоторые технологические области уровня системы и IC, которые мы отслеживаем, документируя новые технологические элементы, которые становятся массовыми.

Что дальше?

Система Компонент / IC
  • «Imaging Plus»
    • Изображение человека, плюс,
    • Обнаружение нейронной системы, ИИ, машинного обучения и т. Д.
  • 3D зондирование
    • Распознавание лиц, дополненная реальность, игры и т. Д.
  • Продвинутая биометрия
    • Субэпидермальная визуализация, отслеживание глаз и т. Д.
  • Мультикамеры
  • Компьютерная визуализация
  • Интеграция, расширенная упаковка
  • Новые детекторы
    • Органическая фотопроводящая пленка (OPF), Ge-on-Si, квантовая пленка и т. Д.
  • Межсоединение на уровне пикселей
  • Расширенный глобальный затвор
    • Сложенные, с задней подсветкой
  • ToF-визуализация с высоким разрешением
  • Предел субдифракции (SDL) пикселей
  • Усовершенствованные системы автофокусировки (PDAF)

Рисунок 5: Основные направления развития технологий

,

Laser AF, PDAF, CDAF, DUAL PIXEL AF Объяснение: что лучше? - Технология - Mi Community

Уважаемые фанаты Mi,

Мы все знаем, что технологии развиваются довольно быстро, и иногда их трудно отличить от других, особенно в области камеры, где все эти термины настолько продвинуты, как PDAF, CDAF и все другие жаргоны, которые обычные пользователи даже не могут понять. Теперь мы пытаемся разбить всю эту терминологию на более простое объяснение, надеясь очистить воздух для большинства пользователей.

Focus

Все мы знаем, что мы имеем в виду, говоря «сфокусированное изображение». Что ж, если вы не знаете, посмотрите на изображение ниже. Очевидно, что изображение справа выглядит более приятным и ясным для наших глаз, в то время как другое изображение кажется размытым.


Есть два способа регулировки фокуса.

1. Ручная регулировка фокуса.

2. Системы автофокусировки.


В ручном режиме фокусное расстояние объектива регулируется вручную для получения четкого изображения.В системах автофокусировки мы полагаемся на электронно-механические системы для регулировки фокусного расстояния объектива. Если вы когда-либо использовали увеличительное стекло для получения сфокусированного изображения, вы легко получите эту концепцию. Чтобы получить четкое изображение, вам придется перемещать линзу вверх и вниз. Косвенно вы делаете автофокус. Это ваш мозг (глаза являются датчиками и контролируют мозг) говорит вам, что нужно настроить стекло.

Наиболее распространенные системы автофокусировки:

  • Автофокусировка с определением фазы (PDAF)
  • Автофокусировка с определением контраста (CDAF)
  • Лазерная автофокусировка (LAF)
  • Гибридная автофокусировка (HAF)

Среди них наиболее популярными методами автофокусировки являются PDAF и CDAF.

ОБНАРУЖЕНИЕ КОНТРАСТА АВТОФОКУС

Эта система полагается на контрастность получаемого изображения. Датчик определяет контраст изображения в первом положении линзы и перемещает линзу вперед или назад, чтобы получить контраст изображения в новом положении. Затем он сравнивает первый результат и второй результат и ищет следующее возможное лучшее положение объектива. Вы можете заметить некоторые звуки, исходящие от камеры, когда она их выполняет, даже от камер смартфонов, в которых это используется.

ПРОФИ CDAF
  • Простая технология
  • Достаточно для статичных картинок

МИНУСЫ CDAF
  • Системе требуется некоторое время, чтобы найти наилучшее положение для объектива, вероятно, даже несколько секунд
  • Он не работает на движущемся объекте, приводит к плохой фокусировке
  • Не идеальное решение для видео

Из-за недостатков автофокусировки с определением контраста, введен PDAF

АВТОФОКУС ОБНАРУЖЕНИЯ ФАЗЫ

Этот тип автофокусировки является обычным для современных смартфонов.PDAF полагается на обработку изображений больше, чем на механические настройки для получения правильной фокусировки. Он разделяет изображение на две части. Затем система пытается внутренне переместить изображение и соответствующим образом выровнять линзу. Когда он выровнен, мы получаем сфокусированное изображение.

ПЛЮСЫ PDAF
  • Механические элементы не участвуют в фокусировке, что делает ее быстрее, чем CDAF.
  • Хорошо фокусирует движущиеся изображения и видео

МИНУСЫ PDAF
  • Определенный процент пикселей в сенсоре будет выделен для фокусировки.

В современных смартфонах и цифровых зеркальных фотокамерах используются системы автофокусировки с двумя пикселями. Пример: Samsung Galaxy S7

DUAL PIXEL AUTOFOCUS

С PDAF только 5% доступных пикселей были частью фокусировки. Но при двухпиксельной фокусировке фотодиод с определением фазы встроен в каждый пиксель сенсора камеры.

Двухпиксельная система фокусировки превосходит PDAF и гибридные системы.

ЛАЗЕРНЫЙ АВТОФОКУС

В этой системе используются небольшой лазерный передатчик и приемник.Он посылает на объект лазерный луч, и тот отражается назад, достигая приемника. Используя некоторые математические алгоритмы, он вычисляет время, за которое луч попадает в объект и возвращается обратно.


,

admin

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о