Системата за автоматично фокусиране на фотоапарата настройва обектива да фокусира върху обекта и може да означава разликата между ясна снимка и пропусната възможност. Въпреки очевидната очевидност на задачата за „рязкост в точката на фокусиране“, скритата работа, необходима за фокусиране, за съжаление, далеч не е толкова проста. Тази глава е предназначена да подобри качеството на вашата фотография, като предостави разбиране за това как работи автофокусът, позволявайки ви да извлечете максимума от него и да избегнете неговите недостатъци.
Забележка: Автофокусът (AF) работи или с помощта на сензорите за контраст във фотоапарата ( пасивен AF), или чрез изпращане на сигнал за осветяване или оценка на разстоянието до обект ( активен AF). Пасивен AF може да се постигне с помощта на методи контрастиращиили фазадетектор, но и двата метода разчитат на контраст за постигане на точен автофокус; следователно, за целите на тази глава, те се считат за качествено идентични. Освен ако не е отбелязано друго, тази глава обхваща пасивния автофокус. Към края ще разгледаме и метода на активния AF помощен лъч.
Концепция: Сензори за автофокус
Сензорът(ите) за автоматично фокусиране на фотоапарата са разположени в различни части на зрителното поле на изображението и са цялата система зад постигането на остър фокус. Всеки сензор измерва относителния фокус от промените в контрастав съответната област на изображението, а максималният контраст се счита за съответстващ на максималната острота.
| Промяна на фокуса: | Размазване | Половин фокус | Острота | |
400% |
 Сензорна хистограма |
|||
Основите на контраста на изображението са разгледани в главата за хистограмите на изображението.
Забележка: Много компактни цифрови фотоапарати използват самия сензор за изображение като сензор за контраст (използвайки техника, наречена контрастен AF) и не е задължително да имат множество отделни сензори за автоматично фокусиране (които са по-често срещани при използване на AF с фазово откриване). Диаграмата по-горе илюстрира контрастния AF метод; Методът на фазовия детектор е различен, но също разчита на контраста като критерий за автофокус.
Процесът на фокусиране работи в общи линии, както следва:
- Процесорът за автоматично фокусиране (AFP) леко променя фокусното разстояние.
- AFP чете AF сензора и оценява как и колко фокусът се е променил.
- Използвайки информацията от предишната стъпка, AFP настройва обектива към новото фокусно разстояние
- AFP повтаря предишните стъпки последователно, докато се постигне задоволителен фокус.
Целият процес обикновено отнема част от секундата. В трудни случаи фотоапаратът може да не постигне задоволителен фокус и ще започне да повтаря горния процес, което означава, че автофокусът няма да успее. Това е ужасен случай на „лов на фокус“, при който камерата непрекъснато мести фокуса напред-назад, без да постига фокус. Това обаче не означава, че фокусирането върху избрания обект е невъзможно. Следващият раздел разглежда случаите и причините за повреда на автофокуса.
Фактори, влияещи върху автофокуса
Обектът, който снимате, може да има огромно влияние върху това колко успешен е автофокусът, често повече от разликите между моделите фотоапарати, обективите или настройките на фокуса. Трите най-важни фактора, влияещи върху автофокуса, са нивото на светлината, контраста на обекта и движението на камерата или обекта.
Вляво е показан пример, илюстриращ качеството на различни фокусни точки; Задръжте курсора на мишката върху изображението, за да видите предимствата и недостатъците на всяка фокусна точка.
Имайте предвид, че всички тези фактори са взаимосвързани; с други думи, автофокусът е постижим дори при слабо осветен обект, ако има висок контраст, и обратното. Това има важни последици за вашия избор на точка за автоматично фокусиране: изборът на точка за фокусиране, която е върху остър ръб или силна текстура, ще помогне за постигане на по-добър автофокус, при равни други условия.
Примерът отляво се различава благоприятно по това, че най-добрите точки за автоматично фокусиране съвпадат с позицията на обекта. Следващият пример е по-проблематичен, защото автофокусът работи по-добре на фона, отколкото на обекта. Задръжте курсора на мишката върху изображението по-долу, за да маркирате областите с добра и лоша производителност на автофокуса.
На снимката вдясно, ако фокусирате върху бързо движещи се източници на светлина зад обект, самият обект може да не е на фокус, ако дълбочината на рязкост е плитка (както обикновено се случва при снимане при условия на слаба осветеност като тези показано).
В противен случай фокусирането върху външното осветление на обекта може да бъде най-добрият подход, с изключение на това, че това осветление бързо променя местоположението и интензитета в зависимост от позицията на движещите се източници на светлина.
Ако не е възможно да се фокусира камерата върху външно осветление, може да се избере по-малко контрастна (но по-статична и сравнително добре осветена) фокусна точка върху краката или листата на модела на земята на същото разстояние като модела.
Горният избор обаче се усложнява от факта, че често трябва да се направи в рамките на част от секундата. Допълнителни специфични техники за автоматично фокусиране както за неподвижни, така и за движещи се обекти ще бъдат разгледани в съответните раздели към края на тази глава.
Брой и тип точки за автофокус
Стабилността и гъвкавостта на автофокуса са основно резултат от броя, позицията и вида на точките за автофокус, които са налични в даден модел камера. DSLR фотоапаратите от висок клас имат 45 точки за автоматично фокусиране или повече, докато други фотоапарати може дори да имат само една централна точка. Два примера за местоположение на AF сензор са показани по-долу:
Примерите отляво и отдясно са съответно камери Canon 1D MkII и Canon 50D/500D.
За тези фотоапарати автофокусът не е възможен при диафрагми, по-малки от f/8.0 и f/5.6.
Забележка: сензорът се нарича "вертикален" само защото открива контраст
по вертикална линия. Иронията е, че такъв сензор, като следствие,
открива най-добре хоризонталните линии.
За DSLR фотоапарати броят и точността на точките за автоматично фокусиране също може да варира в зависимост от максималната бленда на използвания обектив, както е показано по-горе. Това е важен фактор при избора на обектив: дори и да не планирате да използвате максималната бленда на обектива, той все още може да помогне на камерата да постигне по-висока точност на автоматичното фокусиране. Освен това, тъй като централният AF сензор е почти винаги най-точен, за обекти извън центъра често е най-добре да използвате този сензор, за да постигнете първо фокус (преди повторно композиране).
Няколко AF сензора могат да работят едновременно за повишена надеждност или поотделно за повишена гъвкавост, в зависимост от избраните настройки на камерата. Някои фотоапарати също имат "AutoGRIP", опция за групови снимки, която гарантира, че всички точки във фокусния клъстер попадат в приемлива степен на фокус.
AF режими: непрекъснат (AI SERVO) или един кадър (ONE SHOT)
Най-широко поддържаният режим на фокусиране на камерата е единичен фокус, който е най-подходящ за статични изображения. Този режим е податлив на грешки при фокусиране за бързо движещи се обекти, тъй като не е проектиран за движение и може да затрудни визьора да проследява движещи се обекти. Единичният фокус изисква постигане на фокус, преди да може да се направи снимката.
Много фотоапарати поддържат и режим на автоматично фокусиране, който непрекъснато адаптира фокусното разстояние за движещи се обекти. Фотоапаратите Canon наричат този режим „AI Servo“, а фотоапаратите Nikon го наричат „Непрекъснато“ фокусиране. Режимът на проследяване работи въз основа на предположение за местоположението на обекта в следващия момент от време, базирано на изчисляване на скоростта на обекта въз основа на данните от предишно фокусиране. След това фотоапаратът фокусира на предвиденото разстояние с аванс, за да отчете скоростта на затвора (закъснението между натискането на затвора и началото на експозицията). Това значително увеличава вероятността за правилно фокусиране върху движещи се обекти.
По-долу са показани примери за максимални скорости на проследяване за различни фотоапарати на Canon:
Стойностите са валидни за идеален контраст и осветеност при използване на обектива
Canon 300mm f/2.8 IS L.
Горната графика може да се използва за приблизителна оценка на възможностите на други камери. Действителните ограничения на скоростта на проследяване също зависят от това колко неравномерно е движението на обекта, контраста и яркостта на обекта, вида на обектива и броя на AF сензорите, използвани за проследяване. Също така имайте предвид, че използването на проследяване на фокуса може значително да намали живота на батерията на вашия фотоапарат, така че го използвайте само когато е необходимо.
Помощен лъч за AF
Много фотоапарати идват с лъч за подпомагане на AF, видим или инфрачервен, който се използва в метода на активно автоматично фокусиране. Това може да бъде много полезно в ситуации, когато обектът не е добре осветен или достатъчно контрастен за автоматично фокусиране, въпреки че използването на помощния лъч също има своите недостатъци, тъй като в този случай автофокусът е много по-бавен.
Повечето компактни фотоапарати използват вграден източник на инфрачервена светлина за управление на AF, докато DSLR фотоапаратите често използват вградена или външна светкавица за осветяване на обекта. Когато използвате помощната светкавица, автоматичното фокусиране може да бъде трудно постижимо, ако обектът се движи забележимо между светкавиците. Поради това използването на спомагателно осветление се препоръчва само за неподвижни обекти.
На практика: Улавяне на движение
Автофокусът почти винаги ще работи най-добре, когато снимате действие в AI серво или непрекъснат режим. Ефективността на фокусиране може да бъде значително подобрена, ако обективът не трябва да търси в голям диапазон от фокусни разстояния.
Може би най-универсалният начин да се постигне това е фокусирайте предварително камерата върху зоната, където очаквате да се появи движещ се обект. В примера с велосипедист предфокусът може да е отстрани на пътя, тъй като е вероятно велосипедистът да се появи наблизо.
Някои обективи за SLR фотоапарати имат превключвател за минимално фокусно разстояние; настройването му на максимално възможно разстояние (до което обектът никога няма да бъде по-близо) също ще увеличи ефективността.
Обърнете внимание обаче, че в режим на непрекъснат автофокус могат да се правят снимки, дори ако все още не е постигнато прецизно фокусиране.
На практика: портрети и други статични кадри
Статичните снимки се правят най-добре в режим на единичен фокус, който гарантира, че е постигнат прецизен фокус преди началото на експозицията. Тук важат обичайните изисквания за фокусната точка по отношение на контраста и осветеността, но е необходима и лека подвижност на обекта.
За портрети най-добрата фокусна точка е окото, защото то е стандартът и защото осигурява добър контраст. Въпреки че централният AF сензор обикновено е най-чувствителният, най-точното фокусиране за обекти извън центъра се постига чрез използване на точки за фокусиране извън центъра. Ако използвате централната точка за фокусиране, за да заключите фокуса (и след това промените композицията), разстоянието за фокусиране винаги ще бъде малко по-малко от действителното разстояние за фокусиране и тази грешка се увеличава с приближаването на обекта. Точното фокусиране е особено важно за портрети, тъй като те обикновено имат малка дълбочина на полето.
Тъй като най-често използваните сензори за автоматично фокусиране са вертикални, може да е уместно да се притеснявате дали вертикалният или хоризонталният контраст е доминиращ в точката на фокусиране. При условия на слаба осветеност понякога може да се постигне автофокус само чрез завъртане на камерата на 90° по време на фокусиране.
В примера вляво стъпалата се състоят основно от хоризонтални линии. Ако фокусирате върху най-отдалечената предна стъпка (с надеждата да получите хиперфокално разстояние), за да избегнете повреда на автофокуса, можете да ориентирате камерата към пейзажна позиция, докато фокусирате. След фокусиране можете по избор да завъртите камерата в портретна позиция.
Имайте предвид, че тази глава обсъжда, какфокус вместо на каквофокус. За допълнителна информация по този въпрос вижте главите за дълбочина на рязкост и хиперфокално разстояние.
Как работи автофокусът в смартфон? Кой тип автофокус работи най-добре? Плюсове и минуси на лазерния, фазовия и контрастния AF. Какво е толкова добро на двойния пиксел?
Как работи автофокусът в смартфон? Няма лесен отговор на този въпрос. Трябва да разберете всеки тип автофокус и да проучите характеристиките на конкретна технология за фокусиране. Едва след това можем да правим някакви изводи. Затова сега ще говорим за видовете технологии за автоматично фокусиране, както и за предимствата и недостатъците на всяка от тях.
Какво е фокус и автофокус на камерата
Тук всичко е просто: лещата на обектива пречупва лъчите и събира цялата светлина в една точка - фокуса. И ако сензорът на матрицата е разположен в тази точка, тогава рамката се оказва по-подробна и с по-високо качество. Естествено всички фотографи използват този физически феномен. Те фокусират част от кадъра, настройват ръчно обектива и фокусират вниманието на зрителя върху преден или заден план, главния обект или второстепенен детайл. Останалата част от картината ще бъде замъглена.
Е, начинаещите фотографи могат да използват системата за автоматично фокусиране, когато автоматизацията улавя един или повече обекти в рамката „на фокус“, контролирайки както обектива, така и матрицата. И тези обекти (или обект) се оказват възможно най-остри и детайлни. И тук не са необходими никакви умения или чувство за рамка.
Вероятно това е причината цифровата фотография да е станала по-популярна от филмовата и хартиената версия на изкуството. В крайна сметка автофокусът в камерата на телефона или евтината камера ви позволява да направите детайлна снимка без допълнителни усилия. Целият процес се свежда до едно просто правило: посочете и щракнете.
Видове автофокус и основни принципи на тяхната работа
Обективът на камерата фокусира лъчи, отразени от обект, разположен в пространството пред обектива. При фокусиране камерата се ръководи от разстоянието до обекта и интензитета на блясъка, излъчван от него. Днес има два вида режими на автоматично фокусиране:
- Активна опция - базира се на измерване на разстояние с локатор-далекомер.
- Пасивен вариант - работи със светлинен лъч, като измерва интензитета му.
Първият (активен) режим използва лазерно инфрачервено или ултразвуково лъчение с известна скорост на разпространение на вълната във въздуха. Емитерният модул излъчва насочен поток, който се отразява от обекта и след определен период от време се улавя от приемния модул. След това калкулаторът за автоматично фокусиране умножава това време по известната скорост на вълната и разделя резултата на две, като получава точната стойност на разстоянието. Чрез насочване на излъчвателя към желаната област, потребителят получава оптимално фокусиране, насочвайки вниманието на зрителя към тази конкретна област на снимката.
Вторият (пасивен) режим е структуриран малко по-различно. Той използва специални сензори (фотодиоди), които измерват интензивността на блясъка и специален процесор, който определя фокуса въз основа на стойността на този параметър. На практика това изглежда така: сензорите записват интензитета на блясъка, след което процесорът премества фокуса, след което интензитетът се измерва отново, ако плътността на потока се е увеличила, тогава фокусът се счита за приемлив. Ако не, фокусът се измества отново. И така докато се засече максималната интензивност. Матриците на сериозните камери съдържат до 40-60 фотодиода.
Най-известните системи за фокусиране работят на базата на тези принципи: фаза, лазер, контраст и двоен пиксел. И по-нататък в текста ще обсъдим всяка опция, като по пътя ще оценим основните им предимства и недостатъци.
Предимства и недостатъци на лазерния автофокус
В този случай в модела камера на телефона са вградени лазерен излъчвател и приемник. Първият генерира тесен лъч, вторият получава отразения сигнал. В резултат на това скоростта на фокусиране се намалява до хилядни от секундата. Обикновено говорим за 250-300 милисекунди, тъй като лазерът се движи със скоростта на светлината.
Основното предимство на лазерния фокус е високата скорост на реакция на модула, а основният недостатък са честите повреди. Тясно насочен лазерен излъчвател понякога „стреля“ покрай целта и отразеният сигнал лесно се губи, особено в открити пространства. Следователно лазерният автофокус в камерата на смартфон в повечето случаи работи в тандем с фазово или контрастно насочване.
Характеристики на фазовото фокусиране
Технологията се основава на разделянето на лъча, преминаващ през лещата, на два потока. Това се прави, за да се измери разстоянието между потоците, преминаващи през противоположните краища на лещата. Ако това разстояние се вписва в определени стойности, посочени в масива от данни, картината се счита за фокусирана. За записване на разстоянието се използват специални сензори, които реагират на светлина. Техните сигнали се обработват от процесор, който сравнява прочетените параметри с основния масив от данни и дава сигнал за изместване на фокуса в желаната посока.
Основното предимство на технологията е нейната готовност да фокусира върху движещ се обект. Освен това тази опция е по-бърза от контрастния автофокус. Тази система може да се използва и за изчисляване на такъв параметър като дълбочина на полето.
Основният недостатък на фазовата технология е сложното й изпълнение. Системата от призми, огледала и лещи изисква свръхпрецизна физическа настройка и не по-малко щателни софтуерни настройки. В допълнение, точността на такъв фокус зависи от апертурата на обектива и мобилните телефони имат големи проблеми с този параметър.
Плюсове и минуси на контрастния фокус
Технологията не променя нито матрицата, нито оптичната система на камерата на смартфона. Като сензор се използва или целият фотосензор, или част от него. Процесорът чете текущата хистограма от сензора и оценява контраста на кадъра. И тогава на обектива се дава команда за изместване на фокуса, след което се чете нова хистограма с преоценка на контраста. И целият цикъл се повтаря, докато се постигне максимално ниво на контраст в избраната област от рамката, която се фокусира.
Основното предимство на технологията е комбинацията от лекота на внедряване, евтин дизайн и компактен размер. Всички производители на бюджетни смартфони използват такъв автофокус.
Основният недостатък на тази опция е много ниската скорост. Понякога процесорът преминава в режим на вечен „лов за фокус“, който завършва със загуба на рядък кадър.
Технология Dual Pixel
Тази технология за фокусиране се използва в скъпи SLR фотоапарати. В мобилните устройства досега се използва само във водещите модели на Samsung, като съзнателно се намалява разделителната способност на фотографската матрица, като същевременно се увеличават физическите й размери.
Тези трикове се използват поради желанието да се прикрепи индивидуален сензор към всеки пиксел от фотографския сензор, който реагира на интензитета на блясъка. След това сигналите от сензорите се обработват с помощта на алгоритми за фазово и контрастно фокусиране, постигайки не само идеално рязко, но и най-контрастно изображение.
Ако при класическия фазов фокус сензорите представляват не повече от 10% от общия брой пиксели в камерата, то при Dual Pixel те са разделени в съотношение 50/50. Просто казано, всеки пиксел е светлочувствителен елемент и сензор едновременно. Тази технология осигурява по-точно и по-бързо фокусиране.
Един от недостатъците на Dual Pixel е много сложното изпълнение на подобни решения. Само водещите устройства са оборудвани с такива трикове, например устройства от S-серията на Samsung (от седмия модел и по-горе). Има нещо подобно в най-новите iPhone (от шестия модел и по-горе), но Apple нарича тази технология за фокусиране Focus pixels и тя е по-близка до обикновения автофокус с фазова детекция, отколкото до Dual Pixel.
Автофокусът, включително проследяването, е по-предпочитана настройка в сравнение с ръчното фокусиране. В ръцете на опитен фотограф автофокусът работи много по-бързо и най-важното по-точно, отколкото може да направи средният любител фотограф. Автофокусът обаче не е толкова просто нещо, колкото може да изглежда на пръв поглед, но също така трябва да се каже, че това вече е доста дълбока джунгла, която не навлиза веднага.
Нека да разгледаме как да използвате автофокуса, както и тези тънкости, които ще ви позволят ефективно да го управлявате и да получите възможно най-добрия резултат.
Като начало ви препоръчвам да прочетете отново страниците от ръководството на вашия фотоапарат, които са посветени на автофокуса - това ще бъде най-доброто място за начало. За да възприемете правилно материала, трябва да знаете и разберете къде се намират основните контроли за автофокус и точки за фокусиране и как работят.
Режими на автофокус
Повечето камери, включително Canon и Nikon, са оборудвани с три вида режими: единичен, проследяващ и хибриден автофокус.
Единичен или точков автофокус
Този режим е предназначен за снимане на неподвижни сцени, като портрети, пейзажи, натюрморти и др. В този режим, когато натиснете бутона на затвора наполовина, обективът започва да фокусира върху обекта, който се намира в рамките на избраната фокусна точка. След като фокусирането приключи, операцията за фокусиране се заключва, което ви позволява да прекомпозирате снимката (фокусът се губи, когато разстоянието до обекта се промени) и да направите снимката.
Разбирайки тази тема, трябва да разберете, че обективът не се фокусира върху обекта, а на определено разстояние. От това следва едно много просто заключение. Ако фокусирам върху обект, който се намира на разстояние пет метра, тогава всички останали обекти, разположени на разстояние пет метра, попадат в зоната на острота. С други думи, след настройване на фокуса и заключване на автофокуса, поддържане на разстоянието до обекта, мога да движа камерата както искам, получавайки композицията, от която се нуждая, без да губя фокуса.
Този метод е много добър в случаите, когато разстоянието до обекта е доста голямо и се измерва в метри. На близки разстояния, особено по време на макро фотография, прекомпозирането на кадъра, което може да доведе до промяна на разстоянието с няколко сантиметра или милиметра, води до забележима загуба на фокус, което е още по-критично при малка дълбочина на полето.
Режим на проследяване на автофокус
Този режим се нарича още непрекъснат, той е просто незаменим при снимане на динамични обекти - животни, спорт, автомобилни състезания и т.н. Докато спусъкът е натиснат наполовина, автофокусът работи непрекъснато, като по този начин задържа обекта в зоната на острота. Естествено, автофокусът не се заключва, както в предишната версия, което се дължи на постоянното движение на механизма на обектива, който улавя фокуса, следвайки движението на обекта.
Очевидното заключение е очевидно. В този режим на снимане не можете да промените композицията. Това е така, защото автофокусът реагира на обекта, който е пред определена фокусна точка; ако промените композицията, обектът ще се загуби и фокусът ще бъде върху нещо друго.
И така, разбираме какво е проследяващ автофокус, сега последният останал режим е автоматичен или хибриден. Той е предназначен да ви позволи сами да решите дали трябва да заключите автофокуса или не. Този режим, за разлика от други автоматични функции на камерата, ми се струва странен и безполезен, но това е моето субективно мнение, може би някой ще го намери за полезен и удобен.
Приоритет на затвора или фокуса
За много начинаещи съществуването на такива настройки ще изглежда изненадващо. Но те съществуват и е просто невъзможно да не им обърнете внимание, когато анализирате автофокуса. Първият от приоритетите (затвор) означава, че в момента, в който спусъкът е натиснат докрай, остротата няма никакво значение, с други думи, контролът върху това е изцяло поверен на фотографа. Този режим е активиран като стандарт за проследяване на автофокус.
Приоритет на фокуса означава, че след натискане на бутона на затвора докрай, трябва да има фокус върху определена или конкретни точки на фокусиране. Ако няма такъв, камерата няма да ви позволи да направите снимка. Този режим обикновено е активиран при стандартни настройки в режим на единичен кадър.
Автофокус с откриване на контраст и фаза, кое е по-добро?
В цифровите фотоапарати производителите използват два вида автофокус, както вече разбрахте от името, това са контрастен и фазов автофокус. Ще бъде много добре, ако разберем тези понятия.
Контрастна система за автофокус
Този метод на автоматично фокусиране се използва в така наречените цифрови фотоапарати с насочване и снимане и SLR фотоапарати, но само когато е включена функцията “Live View”. Този тип автофокус не изисква допълнителни сензори за фокусиране, тъй като използва изключително матрицата на камерата за постигане на фокус. Изображението, което идва от сензора на камерата, се анализира от процесора на камерата за промени в контраста. Ако е необходимо по-прецизно фокусиране, процесорът командва на двигателя леко да промени позицията на лещите на обектива във всяка посока. Ако след тази манипулация контрастът на изображението намалее, тогава посоката на движение на лещите се променя на противоположната. Движението в правилната посока продължава, докато контрастът започне да пада отново, достигайки тази граница, процесорът казва на двигателя да върне лещите на стъпката, при която е имало максимален контраст. След достигане на тази стойност, фокусирането се счита за завършено.
Както разбирате, поради такива особености на работата на автофокуса (не е известно в каква посока трябва да се върти моторът), се правят много ненужни движения. Което води до основните недостатъци на този метод на фокусиране – ниска скорост, което не позволява да се използва на професионални камери. Вторият недостатък, може би не толкова критичен, е повишената консумация на енергия.
Предимствата на този метод са простотата на дизайна и възможността за фокусиране почти навсякъде в кадъра.
Автоматичен фокус с откриване на фаза
Както разбирате, производителите на фотографско оборудване отдавна са отговорили на въпроса кой автофокус да изберем за нас и себе си. Разбира се, фазовата система спечели. Нека да разберем защо това е така.
Този тип автофокус се използва в цифрови SLR и филмови камери. Има леки смущения в оптичната система за предаване на изображението, така че в допълнение към основното огледало, камерата е оборудвана с допълнително огледало, което предава част от светлината към фазовия модул за автофокус. Всеки светлинен лъч, който преминава през призмата за разделяне на лъча и микролещите, се разделя на два лъча, всеки от които след това се насочва към сензора за автоматично фокусиране. Ако фокусирането е точно, тогава лъчите падат върху сензора на строго разстояние един от друг.
Ако разстоянието между лъчите е по-малко от референтното, тогава фокусът е по-близо от необходимото (преден фокус).
Ако разстоянието е по-голямо, остротата се регулира допълнително (заден фокус).
В този случай степента на отместване показва разстоянието от идеалния фокус. Така процесорът веднага получава данни в коя посока и колко корекция е необходима.
Сензорите за автоматично фокусиране с фазово откриване могат да бъдат кръстовидни или линейни. Линейните също се делят на вертикални и хоризонтални. Последните са чувствителни към вертикални линии (стволове на дървета, ограда), а вертикалните са по-чувствителни към хоризонтални обекти (хоризонт, път). Съответно сензорите с форма на кръст са универсални; те са чувствителни към обекти с всякаква форма. Можете да разберете кои сензори и къде се намират от инструкциите за вашия фотоапарат, но най-чувствителният сензор се намира в центъра на рамката.
Основното положително качество на автофокуса с фазова детекция е неговата скорост, което го прави незаменим при снимане на динамични сцени. Основните недостатъци са сложност, обемност, необходимост от фина настройка на всички компоненти, по-ниска точност от контрастния автофокус и малък брой точки за фокусиране.
Хибридна система
Има и трети вид автофокус – хибриден. От името става ясно, че това е комбинирана система, включваща качествата на двете системи, описани по-горе. Такива автофокуси се използват в безогледални и някои DSLR камери.
Същността на тази система е, че сензорите се монтират директно в матрицата. Благодарение на това фокусирането се извършва по следната система. Първо фазовият автофокус задава основния фокус, а след това въз основа на получените данни започва да работи контрастният автофокус. В същото време забавянето на контрастния автофокус е намалено с повече от 75%. Автоматичното фокусиране с фазово откриване не изисква толкова прецизно подравняване и цялата система заема много по-малко място.
След като разгледах всички технически аспекти на работата на автофокуса, бих искал да завърша, като кажа още няколко думи за онези фактори, които също влияят на работата му:
Апертура на обектива.Тук всичко е както винаги, колкото по-висока е апертурата, толкова по-добре работи автофокусът.
Фокусно разстояние.Всичко тук е доста объркващо, но накратко, колкото по-голямо е фокусното разстояние, толкова по-видим е пропускът на автофокуса. Освен това има движение, дишане и други фактори. Заключавам, че колкото по-голямо е фокусното разстояние, толкова по-зле работи автофокусът.
Детайли на изображението и осветеност.Колкото по-малко детайли и светлина има в зоната на фокусната точка, толкова по-зле работи автофокусът.
Самият фотограф, или по-скоро способността ви да използвате вашето оборудване. Ако човек борави умело, тогава всичко работи, но ако е невнимателно и неправилно, тогава и най-модерната система за автофокус ще пропусне.
Най-важното нещо във вашата работа с автофокус е практиката. Правилният балансиран подход към работата на автоматизацията ще ви даде възможност да се фокусирате бързо и ефективно. Което е точно това, което е необходимо.
Честита фотография!
Първите десетилетия фотографските камери бяха големи и се състоеха от проста, но обемиста структура с форма на акордеон, свързваща обектива и частта на касетата с фотографската плака. Преди снимане на мястото на фотографската плака се поставя шлифовано стъкло (екран за фокусиране) и фотографът ръчно премества обектива (обикновено единичен обектив), за да фокусира изображението, като се покрива с тъмно одеяло, за да увеличи яркостта и контраста. Този процес беше бавен, но нямаше нужда да бързате: чувствителността на фотографските плаки по това време беше ниска, скоростта на затвора беше минути, така че те снимаха предимно статични сцени - пейзажи, натюрморти и портрети на хора, които трябваше да седят неподвижно за това.
Ръчна изработка
До началото на 20 век чувствителността на фотографските материали се увеличава, форматът намалява, фотоапаратите стават много по-компактни и удобни, но става трудно да се фокусира обективът върху изображение на малък фокусиращ екран дори с помощта на лупа стъклена чаша. Този проблем може да бъде решен по няколко начина. Първо фокусирайте обектива на хиперфокалното разстояние, така че повечето от обектите в кадъра да са остри. Второ, маркирайте скалата на разстоянието върху обектива и фокусирайте, като зададете необходимите стойности „на око“. И трето, беше възможно да се приложи принципно ново решение чрез оборудване на камерите с устройство за измерване на разстояние - далекомер. Това просто оптично устройство се състоеше от разделяща лъча призма и въртящо се огледало, разположени на определено разстояние (основа). Фотографът, гледайки през прозореца на далекомера, завъртя огледалото, докато изображенията се комбинират. Използвайки триангулация, въз основа на ъгъла на въртене и основата, беше възможно да се намери разстоянието до обекта и да се зададе това разстояние на обектива (ръчно). Фотоапаратите започват да се оборудват с такива устройства от началото на 20-ти век, а през 1916 г. в модела 3A Autographic Kodak Special дизайнерите за първи път комбинират механично измерване на разстоянието с едновременно фокусиране на обектива. Това устройство придоби истинска популярност благодарение на компанията Leica, която започна да оборудва своите камери с далекомери, започвайки с модела Leica I (1925) - всъщност такива камери започнаха да се наричат далекомери.
Премахване на разделяне
През 1976 г. на Photokina Leica представи фотоапарат със системата Correfot (която разработва от 1960 г.), първата в света система за автоматично фокусиране. Според една легенда, въпреки обществения интерес, компанията отказва да го пусне, „защото клиентите вече знаят как да фокусират правилно обектива“. Всъщност системата беше просто твърде гладна за енергия (комплект от шест батерии издържаха по-малко от час заснемане) и като цяло беше „сурова“. Следователно първата серийна камера с автофокус беше Konica C 35 AF през 1977 г., оборудвана със системата Visitronic на Honeywell. Тази система се основаваше на класически далекомер и триангулация, само че двете изображения бяха събрани не от самия фотограф, а от електромеханична автоматизация, сравняваща сигнали от две CCD матрици.
Canon пое по малко по-различен път, решавайки да се справи без сложна електромеханика. Canon AF35M (1977) въвежда активен автофокус, който е оптоелектронна версия на класическия далекомер: светодиод излъчва инфрачервен импулс, а разстоянието се определя от ъгъла на отражението му от обекта, измерен с помощта на CCD сензор. Следващият модел, Canon AF35ML (1981), вече използва пасивен автофокус, базиран на „триангулация в твърдо състояние“: без движещи се части и изображенията бяха „комбинирани“ електронно - въз основа на разликата в сигналите на две CCD матрици.
В първите фотоапарати с далекомер фотографът комбинира изображения, отчита разстоянието и задава получената стойност върху скалата за фокусиране на обектива. Камерата 3A Autographic Kodak Special комбинира тези процедури в една.
Фазово изместване
Първият SLR фотоапарат с автофокус беше Minolta Maxxum 7000 (1985). Този модел използва системата за автоматично фокусиране (AF) с откриване на фазата през обектива (TTL), която все още се използва широко днес. Принципът на действие се основава на факта, че лъчите, преминаващи през двете половини на обектива, се отразяват от огледало и се фокусират в две различни точки на AF сензора - две CCD матрици. Разстоянието между тези точки за идеално фокусиране е точно известно и ако измереното разстояние между пиковете не съвпада с тази стойност, системата за управление започва да движи обектива в желаната посока, докато пиковете са на желаните места. В реалния живот, разбира се, всичко е много по-сложно - изображението не е точка, може да не е разположено на оптичната ос и т.н. Тези проблеми се решават чрез въвеждане на различни маски и допълнителни събирателни лещи, но принципът е същият .
Автоматични далекомери и реален AF Konica C35 AF беше оборудван с електромеханичен далекомер с два CCD сензора. Сигналите от сензорите бяха сравнени, съвпадението им означаваше точно фокусиране.
Автофокусът с фазова детекция е много бърз (системата веднага знае в каква посока да премести обектива и благодарение на това може дори да проследи движението на обект в кадъра), не изисква много процесорна мощност и няма движещи се части. Основният недостатък на тази система е лошото й представяне при слаба светлина и фактът, че работи само когато огледалото е спуснато: в момента на снимане огледалото е повдигнато и цялата светлина през обектива попада върху филма или сензора , а не AF сензора. Това означава, че тази система не е подходяща за случаи, когато кадърът се визуализира на LCD екран (LiveView), тоест за повечето компактни цифрови фотоапарати и смартфони.
И първият истински автофокус се появи във фотоапарата Minolta Maxxum 7000. Това беше пълноценна система за автоматично фокусиране с фазово откриване през обектива (TTL) - прародител на всички съвременни системи за автофокус с фазово откриване.
По образ и подобие
За цифровите фотоапарати, които замениха филмовите фотоапарати от началото на 2000-те години, трябваше да бъде изобретен нов принцип на автоматично фокусиране. Е, не съвсем нов. Как човек насочва обектив ръчно? Върти пръстена за фокусиране, докато наблюдаваната картина стане рязка, тоест с максимален контраст. Контрастният автофокус работи по абсолютно същия начин: движи обектива, постигайки максимален контраст в изображението върху фоточувствителната матрица.
Такава система работи с основната матрица и не изисква сложни оптични схеми или допълнителни сензори. Но за разлика от автофокуса с фазова детекция, той не може да определи предварително в коя посока трябва да се премести обективът и започва да го прави в произволна посока - точно както би направил човек. Следователно скоростта на фокусиране понякога оставя много да се желае - особено при условия на слаба светлина или при снимане на обекти с нисък контраст, когато системата просто не може да „види“ остри детайли (точно като човек). Дълго време обаче нямаше алтернативи на контрастния автофокус за компактни цифрови фотоапарати и особено за смартфони.
Фотоапаратът Canon EOS 70D беше първият модел, оборудван с Dual Pixel CMOS AF система. За разлика от хибридната AF система, която използва специални фотодиоди на общ CMOS сензор, двупикселният AF използва всички фотодиоди на сензора както за фокусиране, така и за снимане.
Хибриден подход
През 2010 г. Fujifilm пусна фотоапарата FinePix F300EXR с нова хибридна система за автофокус. На матрицата на камерата, в допълнение към обичайните светлочувствителни фотодиоди (пиксели), бяха равномерно разпръснати два вида специализирани - „дясно“ и „ляво“, тоест те възприемат светлина само от дясната или лявата част на леща (другата част е покрита с непрозрачна маска). AF системата сравнява изображението на подматриците, образувани от „левия“ и „десния“ пиксел. Точното подравняване на тези две изображения показва точно фокусиране, а отместването показва колко и в каква посока трябва да се премести обективът. Звучи като фазов AF, нали? Почти, но не съвсем: разделителната способност на субматриците е значително по-малка от тази на цялата матрица и при много малки отклонения от прецизното фокусиране системата не може да види разликата, така че на последния етап се използва контрастно фокусиране.
Нищо допълнително
Хибридният автофокус изгодно съчетава предимствата на фазовите и контрастните AF системи, но има и недостатъци. За да подобрите производителността на AF, трябва да увеличите броя на пикселите, които „работят“ само с 50%, което води до намаляване на общата светлочувствителност на матрицата. Но разработчиците на матрици са измислили гениален начин да заобиколят това ограничение.
През 2013 г. Dual Pixel CMOS AF беше тестван за първи път в Canon EOS 70D. А през 2016 г. на пазара се появи първият смартфон с камера, оборудвана със система Dual Pixel – флагманът Samsung Galaxy S7.
Има начин да направите „всичко рязко“ без изобщо автофокус. В ерата на филмовите камери евтините модели обикновено бяха оборудвани с обикновен обектив без фокус на хиперфокалното разстояние. Такава леща ви позволява да изобразите повече или по-малко рязко всички обекти, разположени на разстояние от половината хиперфокално (обикновено 0,5-1 m) до безкрайност. Евтините цифрови фотоапарати и първите смартфони с камери бяха оборудвани с подобни обективи. Този принцип обаче важи само за евтини широкоъгълни обективи с голяма минимална бленда. Друг случай е използването на пленоптична камера или „камера със светлинно поле“. Той записва не само разпределението на осветеността във фокалната равнина, но и посоката на входящите лъчи (светлинно поле). По-късно такова изображение може да бъде „префокусирано“ по произволен начин (във всяка равнина). Идеята за такива камери е представена през 1908 г., а преди няколко години компанията Lytro решава да произвежда цифрови версии, въпреки че те все още не са получили голямо разпространение.
Всеки пиксел на Dual Pixel матрицата се състои от два отделни фотодиода - „десен“ и „ляв“. По този начин, по време на автофокус, цялата матрица е разделена на две подматрици, „дясна“ и „лява“, със същата разделителна способност като основната матрица. Сравняването на сигналите от двете половини осигурява точност, по-висока от тази на хибридите, а скоростта е много по-висока от тази на контрастните AF системи (да речем, в Samsung Galaxy S7 времето за фокусиране е по-малко от 0,2 s). Тъй като Dual Pixel е AF система с фазово откриване, тя ви позволява да проследявате движението на обекта в кадъра. А в момента на снимане и двете субматрици работят като едно цяло, няма спад на фоточувствителността, което е важно за смартфоните с малките им матрици. Следователно такава система днес представлява върха на еволюцията на AF системите. Разбира се, докато инженерите не измислят отново нещо ново.
Сонари, радари и лидари
Отделен клон на еволюционното дърво на автофокуса заемат външни (спрямо оптичната система на камерата) далекомери с директно измерване на разстоянието. Един от първите фотоапарати със система за автофокус беше Polaroid SX-70 Sonar OneStep (1978), оборудван, както подсказва името му, с далекомер, базиран на ултразвуков сонар. Архаично? Съвсем не, все още съществуват сонарни далекомери за камери. Те се произвеждат например от компанията RedRockMicro - но не за автоматично, а за дистанционно ръчно фокусиране на професионални камери. По-нов принцип за определяне на разстоянието, лазерно определяне на обхвата, сега се използва активно не само в строителството и военната техника, но и в някои смартфони (LG G3) - в допълнение към обичайната контрастна система за автофокус. В патентите на Sony се споменава радарно автофокусиране, но на пазара няма производствени екземпляри от този тип.
Редакторите биха искали да благодарят на Markus Kohlpayntner за помощта му при подготовката на статията.
През 1970 г. Leica направи малка революция във фотографската технология, като изобрети Автоматично фокусиране на обективакъм заснемания обект. С течение на годините толкова сме свикнали с това изобретение, че го приемаме за даденост и сме озадачени, когато не го намерим в някоя джаджа. Към днешна дата са широко разпространени две системи: контрастиращи, въз основа на измерване на контраста на изображението и фаза, сравнявайки противофазни части на лъча, образуващ точката. И съвсем наскоро, буквално пред очите ни, се появи нова система за автофокус - хибрид, съчетаващ скоростта на фазовия автофокус с точност на контраста (както твърди рекламният слоган на Samsung).
Контрастен автофокус.
Принципът на работа се основава на това, че микропроцесорът изчислява най-големия контраст между детайлите на изображението върху матрицата. След това програмата принуждава обектива да се движи напред-назад, докато се намери максимален контраст (максимална разлика в яркостта). Фокусираме почти по същия начин ръчно.
Недостатъците на тази система са ниска скорост, невъзможност за проследяване на фокуса и ниска точност. В края на краищата обективът първо ще трябва да премине през максималната точка, след което да се върне обратно и евентуално да повтори действието.
Плюсове: ниска цена, липса на сложни части и необходимост от настройка на оптичната система, независимост от блендата на обектива, може да се използва във всяка система: компактни фотоапарати, безогледални фотоапарати и видеокамери.
Фазов автофокус.
Мисля, че тук няма да представям много сложната механична и оптична схема на фазово детектиране на автофокуса, изпращайки интересуващите се в дълбините на Интернет (ето, например, е добро начало). Ще отбележа само, че системата за автоматично фокусиране с фазово откриване изисква специални сензори, които изчисляват фазова разликасветлинен поток, разделен със специални огледала. Първите устройства имаха само един такъв сензор - хоризонтален, по-нататъшният напредък го направи кръстосан (всъщност комбиниращ два сензора - хоризонтален и вертикален), след това с висока точност, след това броят на сензорите започна да се увеличава.
Двоен напречен сензор
Съвременните DSLR, дори и базовите, разполагат с 9-11 сензора от кръстосан тип, а в професионалните модели броят им достига 60.
Основният недостатък на системата за автофокус с фазова детекция е нейната сложност, необходимостта от прецизна настройка и настройка, включително софтуерна, и следователно цената.
Плюсове: Максимална производителност, тъй като големината и посоката на движение на обектива се познават веднага. Благодарение на множество сензори и мощен процесор е възможно да се проследи обектът и дори да се предвиди движението му в кадъра.
Хибриден автофокус.
Напоследък много DSLR камери въведоха интересен режим на снимане - LiveView, който ви позволява да правите снимки или да заснемате видео, докато гледате изображението на монитора в реално време. Огледалото е повдигнато, така че може да се използва само контрастен автофокус. Възможен е и смесен режим на автофокус – при натискане на спусъка наполовина се активира фазов режим, а след фокусиране камерата се връща обратно в режим LiveView. Ясно е, че подобни компромиси принуждават дизайнерите да измислят по-интересни решения.
В някои съвременни устройства - както DSLR (например Canon 650D, Canon 70D), така и безогледални (Nikon 1, Samsung NX300), инженерите успяха да комбинират "фазова" система за фокусиране с "контраст" - сензорифазово определяне вграден директно в матрицата.
Такава „псевдо“ фазова система работи по-малко точно и бързо от истинската и тук очевидно свършват нейните недостатъци и започват предимствата. Относителна „простота“ на дизайна - няма нужда от сложни оптични и механични схеми. Цялата работа пада върху плещите на матрицата и процесора, а всички знаем с каква скорост расте мощността му, така че цената на това решение само ще намалява.
Едно от неочевидните предимства на хибридния автофокус е липсата на преден и заден фокус на обектива, тъй като фокусирането става директно върху матрицата.
Освен това е много вероятно основните усилия на инженерите да бъдат посветени на разработването на метода за хибридно фокусиране през следващите 10-15 години, а може би и по-малко. Ако прогнозата е вярна, тогава всъщност това означава отхвърляне на огледалния апарат като клас.
