Фазовый автофокус: Контрастный и фазовый автофокус / Съёмка для начинающих / Уроки фотографии

Контрастный и фазовый автофокус / Съёмка для начинающих / Уроки фотографии

Резкость — одна из важнейших составляющих качественной фотографии. Будучи достаточно резким, снимок может передать сюжет в мельчайших подробностях и деталях.

За резкость фотографии отвечает прежде всего фокусировка. О том, что это такое и как с ней работают современные фотоаппараты, мы сегодня и поговорим.

Немного теории и истории

Объектив фокусируется не на конкретном объекте, а на определённой дистанции. Объектив, как и любой оптический прибор (например, проектор, бинокль, микроскоп, увеличительное стекло), может быть сфокусирован только на определённом расстоянии. И только объекты, находящиеся на этой дистанции, будут в кадре резкими. На некоторых объективах даже предусмотрена специальная шкала, показывающая дистанцию фокусировки в метрах. Во время фокусировки в объективе туда-сюда двигается блок линз, подобно тому, как мы двигаем обычную лупу, разглядывая мелкие предметы: лупа покажет их резкими только тогда, когда будет находиться на нужном расстоянии от них.

Nikon D810 / Nikon 85mm f/1.4D AF Nikkor

При наведении на резкость мы настраиваем объектив на определённую дистанцию фокусировки.

Nikon D810 / Nikon 85mm f/1.4D AF Nikkor

Ошибка с этим параметром грозит тем, что главный объект снимка получится нерезким.

Интересное следствие из предыдущего пункта: если в кадре есть несколько объектов, которые расположены на разных дистанциях, то просто так на всех них сфокусироваться не получится. Но есть решение: уместить все объекты в глубину резкости. О том, как с ней работать, мы писали в отдельных уроках. Отметим, что на устройствах с очень маленьким по размеру сенсором (например, на смартфонах или компактных фотоаппаратах) глубина резкости будет очень большой. Именно поэтому на такие устройства легко сделать кадр, где резким получится как передний, так и задний план. Но по этой же причине с ними практически невозможно размыть фон на снимке.

Раньше фотографы самостоятельно фокусировали объектив. Сегодня функция ручной фокусировки сохранилась практически в любой фотокамере. А в зеркальной фототехнике она присутствует всегда. Минус ручной фокусировки в том, что для точного наведения на резкость вам потребуется много времени. А если ваш объект ещё и двигается, то ручная фокусировка превращается в настоящее испытание нервов, координации и зрения фотографа. Начиная с 80-х годов прошлого столетия стали развиваться системы автоматической фокусировки. Тогда компания Nikon представила свою первую камеру, наделённую автофокусом — Nikon F3AF.

Фотоаппарат Nikon F3AF — первая автофокусная зеркальная камера от Nikon.

Nikon FM10 — единственная зеркалка Nikon без автофокуса, которую можно до сих пор купить не только на вторичном рынке, но и в официальных магазинах. И да, к тому же это плёночная фотокамера.

C тех пор фотокамеры, наделённые функцией автофокуса, вытеснили более простые модели, лишённые её. Сегодня практически не выпускают фотоаппараты без автоматической фокусировки.

Nikon D7200 — современная камера с продвинутой системой автофокуса.

Можно говорить о том, что в наши дни автофокус стал неотъемлемой частью современной фотокамеры. Системы автоматической фокусировки совершенствуются с каждым годом, становясь всё быстрее, чувствительнее и гибче в работе.

Как работает автофокус?

Система автоматической фокусировки — это комплекс датчиков и механизмов. Аппарату нужно оценить будущий кадр, понять, на какой дистанции нужно сфокусироваться, а после этого ещё и соответствующим образом передвинуть блок линз в объективе так, чтобы он проецировал на сенсор резкое изображение.

По принципу работы различают два основных типа систем автофокуса.

Фазовая фокусировка

Проверенный временем тип автоматической фокусировки. Такой тип автофокуса является основным для зеркальных фотоаппаратов. Мы знаем, что ключевой элемент зеркальной камеры — это, собственно, зеркало. Благодаря ему мы можем видеть изображение, получаемое прямо через объектив аппарата. Но на этом функции зеркала не заканчиваются. И кстати, зеркало в камере не одно: там имеется целая система зеркал. Она устроена таким образом, что часть отражённого света отправляется в видоискатель, а часть попадает на специальный модуль, на котором установлены датчики. Современный модуль автофокуса может содержать десятки таких датчиков. Производители стараются располагать датчики так, чтобы они покрывали максимально возможную площадь кадра, дабы фотограф мог сфокусироваться на любом фрагменте будущей фотографии.

Перед фотографом эти маленькие датчики предстают как точки фокусировки в видоискателе. Думаю, они знакомы всем. Фотограф волен выбрать самостоятельно нужную точку (читай «отдельный датчик на модуле фокусировки»), а может доверить этот выбор автоматике аппарата.

Красный квадратик — выбранная точка фокусировки. Выбрав её, фотограф «приказал» фотокамере задействовать при фокусировке соответствующий ей датчик на модуле автофокуса.

Для анализа изображения каждый датчик оснащён собственной миниатюрной матрицей шириной в 1 пиксель и длиной в несколько десятков пикселей. При этом некоторые датчики оснащаются двумя такими матрицами, установленными крестом. Датчики крестового типа более чувствительны, поэтому они размещаются в ключевых местах, а вокруг них располагаются обычные. К примеру, по центру кадра почти всегда располагается датчик крестового типа. Фотографы знают, что центральная точка автофокуса — самая цепкая и чувствительная.

Модуль фазовой фокусировки фотоаппарата Nikon D750 оснащён 51 датчиком, 15 из которых крестового типа.

Система автофокуса вступает в работу тогда, когда вы нажали кнопку спуска наполовину. Также на некоторых аппаратах существует специальная кнопка активации автофокуса. Модуль фокусировки сообщает фотокамере, на какую дистанцию нужно сфокусировать объектив, чтобы получить резкое изображение в выбранной точке. Для этого запускается специальный моторчик, который двигает линзы объектива, наводясь на резкость.

Теперь фотокамере остаётся сфокусировать объектив, и когда это произойдёт, можно будет делать снимок.

Плюсы фазового типа фокусировки:

• Скорость работы. Данный тип фокусировки является самым быстрым на сегодняшний день. Отметим, что скорость работы всей системы автофокуса будет зависеть и от прочих факторов (к примеру, от скорости привода фокусировки в объективе).
• Высокая чувствительность. Датчики фазовой фокусировки могут работать даже при очень скудном освещении.

Nikon D810 / Nikon AF-S 50mm f/1.4G Nikkor

Слабое вечернее освещение не помешало мне быстро сфокусироваться там, где я пожелал.

• Высокая точность и скорость следящего автофокуса. Благодаря чувствительным датчикам и продвинутой электронике современные аппараты в режиме следящей фокусировки позволяют не терять из фокуса даже очень быстро двигающиеся объекты, следя за ними по всему полю кадра.

Nikon D810 / Nikon 70-200mm f/4G ED AF-S VR Nikkor

Благодаря высокой скорости работы фазовый тип автофокуса отлично подходит для съёмки динамичных сюжетов, в том числе с участием детей и животных.

Минусы фазового типа фокусировки:

• Возможность работы только через оптический видоискатель. Ведь только когда зеркало фотокамеры опущено, свет попадает и в видоискатель, и на датчики фокусировки.
• Из первого пункта вытекает второй: невозможность использования фазового автофокуса в момент записи видео.
• Из-за сложности всей системы фокусировка фазового типа может страдать от бэк- и фронт-фокуса. При этом камера будет систематически фокусироваться чуть-чуть дальше объекта съёмки или немного перед ним. Итог один: сам объект, на котором камера фокусировалась, в итоге окажется немного нерезким. Проблема бэк- и фронт-фокуса решается настройкой оборудования в сервисном центре. В случае продвинутых фотокамер (начиная с Nikon D7200) настроить фокусировку можно самостоятельно прямо в меню аппарата.
• Неполное покрытие датчиками фокусировки площади кадра. Наверняка вы замечали, что все точки фокусировки обычно расположены ближе к центру кадра, тогда как с краю нет ни одной. Это связано с конструктивными особенностями всей системы фазовой фокусировки. Тут общая закономерность проста: чем более продвинутая камера у вас в руках, тем, как правило, больше датчиков фокусировки в ней установлено, и тем большая площадь кадра ими покрыта. Впрочем, стоит сказать, что некоторые профессионалы часто используют вообще одну-единственную центральную точку фокусировки и другими почти не пользуются. Ведь центральная точка фокусировки самая чувствительная, а после фокусировки по центру кадра снимок всегда можно перекомпоновать.

Контрастный тип фокусировки

Этот тип фокусировки устроен проще: для него не нужен специальный отдельный модуль и система зеркал, ведь «датчиком фокусировки» выступает сама матрица фотоаппарата. Электроника камеры анализирует картинку, получаемую матрицей, и оценивает её контраст в выбранной точке. Если контраст не максимальный, она пытается перефокусировать объектив так, чтобы контраст увеличился. Так автоматика постепенно добивается максимальной детализации картинки в выбранной точке.

В современных зеркальных фотокамерах этот тип фокусировки используется при работе в режиме Live View. В беззеркальных же камерах он является основным.

Плюсы контрастного типа фокусировки:

• Простота и надёжность конструкции. Для реализации этого типа фокусировки не требуется дополнительных датчиков, зеркал и прочего. Именно благодаря такой простой конструкции беззеркальные аппараты, где используется только контрастный автофокус, столь компактны: из них убрали систему зеркал и модуль фазовой фокусировки. К тому же, поскольку аппарат ориентируется не на показания отдельно расположенного модуля фокусировки, а непосредственно на матрицу фотокамеры, при контрастной фокусировке исключены случаи бэк- и фронт-фокуса.
• Фокусироваться можно по всему полю кадра, а не только в пределах имеющихся точек фокусировки. Модули фазового автофокуса часто грешат тем, что все их (пусть и многочисленные) датчики находятся аккурат в центре кадра. Это не даёт сфокусироваться по краю снимка — там просто нет ни одной точки фокусировки. Таких проблем не знает контрастная фокусировка. Здесь мы можем выбрать любое место на плоскости будущего снимка для наводки на резкость (даже с самого края), ведь есть возможность задействовать в фокусировке любую область матрицы фотокамеры.

Экран Live View камеры Nikon D810. Точку контрастного автофокуса (красный квадратик в левом верхнем углу) можно перемещать по всему полю кадра, в том числе «загоняя» её впритык к краям кадра. Такого не позволит сделать фазовый автофокус.

Но тут стоит сделать оговорку: в беззеркальных камерах функция контрастного автофокуса реализована так, что всё же выбор точек фокусировки несколько ограничен, они не покрывают абсолютно всей площади кадра.

• Возможность реализации дополнительных функций фокусировки, таких как распознавание лиц.
• Возможность использования автофокуса в момент видеозаписи. Однако пока эта возможность есть не во всех аппаратах, оснащённых контрастной фокусировкой.
• Теоретически высокая точность фокусировки. Сам принцип контрастной фокусировки позволяет добиться идеального качества фокусировки. Однако касательно её точности есть ряд оговорок, зависящих от реализации системы в конкретных аппаратах. Об этом мы поговорим в «минусах».

Минусы контрастного типа фокусировки:

• Медленная скорость работы. Наверняка все владельцы зеркалок замечали, что в режиме Live View камера фокусируется медленнее. Всему виной как раз контрастный автофокус, использующийся в этом режиме. Пускай с каждым следующим поколением фотокамер скорость работы фазового автофокуса увеличивается, пока что по этому критерию он уступает фазовому типу.
• Требовательность к освещению. Скорость работы контрастной фокусировки упадёт ещё сильнее, если снимать при недостаточном освещении.
• Практическая реализация контрастного автофокуса не всегда идеальна. Мы уже говорили о том, что практическое исполнение в различной фотоаппаратуре контрастного автофокуса не всегда раскрывает его теоретические достоинства. И вот ещё одна особенность: некоторые модели фотокамер предлагают фотографу фокусироваться не по конкретной точке изображения, а по крупной рамке, перемещаемой по плоскости кадра. Внутри неё может уместиться множество разных деталей, а значит, возможны и ошибки фокусировки: кто знает, на что именно внутри этой рамки захочет сфокусироваться камера?.. Поэтому недорогие беззеркалки (в которых такая ситуация и случается) не очень удобно использовать со светосильной оптикой. Прежде всего, они созданы для работы с универсальными китовыми объективами, не обладающими высокой светосилой. Поэтому, имея недорогую беззеркальную камеру, не спешите дополнять комплект светосильной портретной оптикой: вполне возможно, большинство ваших снимков будет не совсем резкими. C другой стороны, если фотокамера позволяет фокусироваться по очень малому участку кадра, наоборот, можно добиться точной наводки на резкость при работе со светосильной оптикой.

Экран фотокамеры Nikon D810. Красный прямоугольник — зона фокусировки контрастного автофокуса. Она достаточно маленькая для точной фокусировки даже со светосильной оптикой.

• Ограниченные возможности по съёмке быстрого движения ввиду медленной работы всей системы контрастного автофокуса. Она просто не будет успевать за объектом в движении.

Автофокус в современных зеркальных фотоаппаратах. Когда какой использовать?

На сегодняшний день в зеркальных камерах используются оба типа фокусировки. Фазовый тип используется при обычной съёмке через оптический видоискатель, он быстр, точен, чувствителен. Переключаясь в режим Live View, вы задействуете контрастный автофокус. Таким образом, вы можете выбирать тот тип фокусировки, который наиболее оптимален в данной съёмочной ситуации. К примеру, я использую фазовый автофокус при съёмке динамичных сюжетов, при работе с недостаточным освещением. Во время съёмки натюрмортов или пейзажей я предпочитаю контрастный автофокус в режиме Live View: он позволяет фокусироваться в том месте кадра, в котором я захочу, без последующей перекомпоновки.

Вместо заключения хотелось бы напомнить о том, что в 90% случаев размытые кадры получаются не по вине техники и системы автофокуса, а по вине фотографа. Ведь мало иметь мощный инструмент, нужно научиться с ним работать. Автоматическая фокусировка имеет множество параметров и настроек, существует большое количество приёмов работы с автофокусом. О них мы поговорим в следующих уроках.

Как работает фазовый автофокус

Когда дело доходит до технологии DSLR, кажется, есть некоторая путаница в том, как именно работает автофокус с определением фазы. Фотограф Назим Мансуров (Nosim Mansurov) в этой статье рассказывает, как и почему у камеры может быть проблема с автофокусом, и что происходит внутри нее с точки зрения автофокуса, когда делается снимок.

Большинство фотографов, не понимают, что основная проблема необязательно связана с конкретной моделью или типом камеры, а скорее с конкретным способом фокусировки этих камер. Проблемы с передним и задним фокусом в современных камерах, не являются чем-то новым — они существуют с тех пор, как была создана первая зеркалка с датчиком фазового обнаружения.  

Как работают зеркальные камеры

Чтобы разобраться в этом вопросе более подробно, важно сначала узнать, как работает зеркальная камера. Обычно на иллюстрациях показывается только одно зеркало, расположенное под углом 45 градусов. Однако за ним есть также вторичное зеркало, отражающее часть света на фазовый датчик.

Взгляните на упрощенную иллюстрацию ниже, которую Назим сделал на примере Nikon D800.

1. Луч света.
2. Главное/Отражающее зеркало.
3. Вторичное зеркало, также известное как «Дополнительное».
4. Затвор камеры и датчик изображения.
5. Эксцентриковый штифт (шестигранник 1,5 мм) для регулировки главного зеркала.
6. Эксцентриковый штифт (шестигранник 1,5 мм) для регулировки вторичного зеркала.
7. Датчик определения фазы (датчик AF).
8. Пентапризма.
9. Видоискатель.

Давайте посмотрим, что происходит внутри камеры, когда делается снимок. 

Лучи света попадают в объектив (1) и в камеру. Частично прозрачное главное зеркало (2) расположено под углом 45 градусов, поэтому оно отражает большую часть света вертикально в пентапризму (8). Пентапризма «волшебным образом» преобразует вертикальный свет обратно в горизонтальный и переворачивает его, так что вы видите именно то, что получаете, когда смотрите в видоискатель (9). Небольшая часть света проходит через главное зеркало и отражается вторичным (3), которое также наклонено под углом (54 градуса на многих современных камерах Nikon, как показано выше). Затем свет достигает датчика фазового обнаружения / автофокусировки (7), который перенаправляет его на группу датчиков (два датчика на точку автофокусировки). 

Затем камера анализирует и сравнивает изображения с этих датчиков (аналогично тому, как оценивается фокусировка на дальномере), и, если они не выглядят одинаково, она дает команду объективу произвести правильную настройку. 

Хотя описанный выше процесс выглядит более или менее простым, у этого подхода есть одна серьезная проблема. Датчик фазового определения дает команду объективу выполнить правильную настройку, в то время как изображение захватывается совершенно другим устройством — датчиком на задней панели камеры. В чем тогда проблема? 

Помните, что когда вы делаете снимок, оба зеркала заднего вида поднимаются, затвор открывается, и свет от объектива попадает прямо на датчик камеры (4). Для правильной работы фазового автофокуса расстояние между креплением объектива и датчиком камеры, а также расстояние между креплением объектива и датчиком фазового определения должны быть одинаковыми. Если есть даже небольшое отклонение, автофокус будет некорректным. Вдобавок ко всему, если угол вторичного зеркала не совсем такой, каким должен быть, это также приведет к проблемам с автофокусировкой. 

Как работает датчик фазового определения 

Как было сказано выше, система фазового детектирования работает так же, как и дальномерные камеры. Свет, отражающийся от вторичного зеркала, принимается двумя или более небольшими датчиками изображения (в зависимости от того, сколько точек фокусировки в системе автофокусировки) с микролинзами над ними. Для каждой точки фокусировки, которую вы видите в видоискателе, есть два крошечных датчика разности фаз — по одному для каждой стороны объектива, как показано на иллюстрации (7) (хотя на иллюстрации это поведение чрезмерно преувеличено, показаны два отдельных световых луча, достигающих двух отдельных датчиков).

Фактически, на современном устройстве фазового обнаружения больше, чем два датчика, и они расположены очень близко друг к другу. Когда свет их достигает, если объект находится в фокусе, световые лучи с крайних сторон объектива сходятся прямо в центре каждого датчика (как на датчике изображения). На обоих сенсорах будут одинаковые изображения, указывающие на то, что объект действительно находится в идеальном фокусе. 

Если объект находится не в фокусе, свет больше не будет сходиться и попадет в разные стороны датчика, как показано ниже.

 

На рисунках 1–4 представлены условия, при которых линза сфокусирована (1) слишком близко, (2) правильно, (3) слишком далеко и (4) чрезвычайно далеко. Из графиков видно, что разность фаз между двумя профилями может использоваться, чтобы определить не только в каком направлении, но и на сколько нужно изменить фокус для достижения оптимальной фокусировки. Обратите внимание, что на самом деле вместо сенсора движется объектив. 

Поскольку система фазового детектирования знает, находится ли объект в фокусе спереди или сзади, она может отправлять точные инструкции на объектив камеры о том, в каком направлении и на сколько повернуть фокус. Вот что происходит, когда камера фокусируется на объекте (работа автофокусировки замкнутого цикла): 

1. свет, проходящий через крайние стороны линзы, оценивается двумя датчиками изображения;
2. в зависимости от того, как свет достигает датчиков изображения, система автофокусировки может определить, находится ли объект в фокусе спереди или сзади и на сколько далеко;
3. затем система автофокусировки дает команду объективу отрегулировать фокус;
4. вышеуказанное повторяется, пока не будет достигнута идеальная фокусировка. Если фокусировка не может быть достигнута, объектив сбрасывается и начинает восстанавливать фокусировку, что приводит к «охоте» на фокус;
5. после достижения идеальной фокусировки система автофокусировки отправляет подтверждение того, что объект находится в фокусе (зеленая точка внутри видоискателя, звуковой сигнал и т.д.).
   

Система определения фазы намного быстрее, чем система определения контраста (которая полагается на изменение фокуса вперед и назад до тех пор, пока фокус не будет достигнут, с большим количеством анализа данных изображения, происходящего на уровне датчика изображения). 

Система фазовой детекции/автофокусировки — очень сложна и улучшается практически каждый раз, когда обновляется линейка камер более высокого класса. С годами количество точек автофокусировки увеличивалось, как и количество более надежных точек автофокусировки крестового типа. Взгляните на эту сложную матрицу датчиков автофокуса на камере.

Увеличилось не только количество точек автофокусировки, но и их надежность. Большинство современных профессиональных фотоаппаратов сегодня оснащены чрезвычайно быстрыми и легко настраиваемыми системами автофокусировки, которые могут непрерывно отслеживать объекты и фокусироваться. 

Проблемы с автофокусом DSLR 

Система автофокусировки с определением фазы очень сложна и требует высокой точности для получения результатов. Самое главное, что она должна быть правильно установлена ​​и выровнена в процессе производства. Если есть даже небольшое отклонение, которое случается довольно часто при производстве, автофокус отключится. Это основная причина, по которой фазовое обнаружение было источником проблем с тех пор, как появилась первая такая зеркалка. Понимая возможные отклонения, производители цифровых зеркальных фотокамер разработали систему высокоточной калибровки, которая это учитывает и позволяет проводить индивидуальную калибровку камеры. 

Если обнаруживается проблема выравнивания датчика с определением фазы, система выполняет автоматическое компьютеризированное тестирование, которое проходит через каждую точку фокусировки и вручную настраивает ее в камере. Отклоненные точки повторно калибруются и регулируются, затем значения компенсации записываются в прошивку камеры.

Что такое фазовый автофокус в камере смартфоне?

Рассказываем о широко распространенной и полезной технологии в камерах смартфонов.

Все хотят, чтобы при съемке фотографии получались ясными и четкими, а фотографируемый объект — отчетливым и резким, то есть находился в фокусе. В настоящее время во всех современных гаджетах есть автоматический фокус, при котором устройство самостоятельно размещает линзы на таком фокусном расстоянии, которое позволит запечатлеть предмет съемки без смазывания.

Со стороны кажется, что все происходит просто и быстро — достаточно навести камеру на нужную область кадра, и фотография готова. На самом деле за короткий промежуток времени происходит масса незаметных нам процессов и вычислений.

В большинстве устройств используется автоматическая фокусировка, реализованная на основе сканирования световых фаз — фазовый автофокус. Попробуем описать его принцип действия доступным языком.

Впервые такой тип автофокусировки был установлен в зеркальных фотоаппаратах, где зарекомендовал себя как стабильный и быстрый. Позже фазовым автофокусом стали снабжаться фотокамеры смартфонов — сейчас этим никого не удивить.

Как работает фазовый автофокус?

От всех областей фотографируемой картинки потоки света попадают в объектив камеры, а после этого на светочувствительный сенсор — матрицу камеры. На ней расположен фазовый датчик (зачастую не один), который анализирует равномерность поступивших световых фаз. Если они одинаковы, фокусное расстояние относительно объекта съемки выбрано верно. При расхождении характеристик полученных световых потоков этот датчик сообщает об этом процессору камеры, который перемещает линзы объектива для получения верных параметров световых фаз. Эти измерения происходят очень быстро.

В большинстве мобильных камер фазовые датчики располагаются равномерно по площади будущего кадра, чтобы охватить зоной резкости любой отдельный объект. Благодаря этому возможно объединение резкости на нескольких объектах съемки, находящихся на примерно одинаковом расстоянии от объектива.

Чтобы наглядно представить работу и расположение фазовых датчиков на матрице, давайте вспомним процесс фотографирования на цифровой мыльнице или зеркальном фотоаппарате. Перед тем, как сделать фотографию, мы не до конца нажимаем на кнопку спуска затвора. В этот момент происходит оценка возможных объектов фокусировки — на дисплее они помечаются многочисленными квадратиками или красными точками. Это и есть проявление работы фазовых детекторов.

Плюсы и минусы

Достоинство фазового автофокуса — высокая скорость наведения, особенно по сравнению с устаревшим контрастным аналогом. Процессору камеры и детекторам необходимы доли секунды для замера и установки резкости, причем ошибки фокусировки достаточно редки.

В современных флагманских смартфонах количество детекторов настолько велико, что может покрывать до 20% матрицы, поэтому качество снимков значительно возрастает. Некоторые производители, например Samsung, снабжают матрицу камеры своих гаджетов световыми датчиками на все 100% — речь идет о технологии Dual Pixel , о которой мы подробно рассказывали в этой статье.

Еще один несомненный плюс фазового автофокуса — возможность фокусироваться на движущихся объектах. Несмотря на то, что картинка в этом случае стремительно меняется, датчики наводят резкость на нужный предмет.

Недостаток фазового автофокуса — увеличение вероятности неверной фокусировки при недостаточном освещении, когда фотографируемый объект располагается на значительном расстоянии от камеры. В этом случае световым детекторам недостаточно информации о фотографируемых объектах.

Напоследок простой, но полезный совет. Чтобы получить фотографию с резкостью в нужной вам области (не только по центру), при наведении смартфона прикоснитесь к дисплею в требуемой точке фокуса.

Загрузка…

Принцип работы фазового автофокуса

Система фазового автофокуса появилась уже очень давно. Многие фотографы жалуются на работу автофокуса определенных моделей фотоаппаратов, но на самом деле проблема не в камерах, а в самой системе фокусировки. Если почитать старые обзоры фотоаппаратов 2000-х годов, то можно увидеть, что проблемы с автофокусировкой были с самого начала появления системы фазового автофокуса и по сей день. Чтобы узнать, в чем заключается проблема, нужно разобраться с принципом работы автофокуса. Об этом и пойдет речь в статье.

Как работают DSLR камеры

Чтобы разобраться в деталях фокусировки, нужно сначала разобраться с устройством цифровой зеркальной камеры.

1. Световой поток
2. Основное зеркало
3. Второстепенное зеркало
4. Затвор камеры и сенсор
5. Диск для настройки основного зеркала
6. Диск для настройки второстепенного зеркала
7. Фазовый датчик
8. Пентапризма видоискателя
9. Видоискатель

Свет проходит через объектив и попадает на полупрозрачное основное зеркало. Оно отражает свет в пентапризму. Немного света проходит сквозь основное зеркало и попадает на второстепенное зеркало, которое отражает свет на фазовый датчик. В самом датчике находятся сенсоры. Для определения одной точки автофокусировки используется два датчика. Камера сравнивает сигналы, полученные с датчиков. При несовпадении сигналов автофокус подстраивает фокусировку, и сравнение производится еще раз.

Проблема фазового автофокуса заключается в том, что датчик подстраивает фокусировку таким образом, чтобы он получал оптимальное изображение, но основным датчиком камеры, на который производится запись изображения, является матрица, а она находится в другом месте. Для того, чтобы автофокус создавал идеальное изображение, которое будет записано матрицей камеры, расстояние от байонета до фазового датчика и до матрицы должно быть абсолютно одинаковым. Сдвиг на миллиметр приведет к неправильной работе автофокуса. Также работа автофокуса зависит от положения зеркал.

Принцип работы фазового датчика

Свет, попадая в датчик, проходит через линзы и попадает на светочувствительные сенсоры. Когда фокусировка правильная, свет из краев линзы сходится в самом центре каждого сенсора. Если на обоих сенсорах изображение одинаковое — это значит, что фокусировка правильная. При неправильной фокусировке свет сойдется не в центре, а в других частях сенсора.

Фокусировки: 1 — очень близко, 2 — неправильно, 3 — очень далеко, 4 — чересчур далеко

Зная, где свет сфокусировался в датчике, можно вычислить в какую сторону и на какое значение нужно поправлять положение линз объектива.

После того, как датчик определяет, находится ли объект съемки в фокусе, он делает поправку фокусировки в случае отрицательного ответа. Поправка фокусировки с помощью линз объектива производится столько раз, сколько нужно для достижения нормальной фокусировки. Система работает очень быстро, поэтому все действия занимают доли секунд. Когда система сфокусировалась, фотоаппарат подает соответствующий сигнал. после этого можно нажимать на кнопку спуска затвора.

Мы рассмотрели принцип работы одного датчика (точки) автофокусировки, но в современных фотоаппаратах их много. Сейчас не трудно найти камеры, которые имеют 41 или даже 61 точку автофокусировки. Надежность и точность датчиков увеличивается. Появились более стабильные крестовые точки автофокусировки. Современные камеры с легкостью могут не только быстро выполнять фокусировку, но и следить за движущимися объектами.

Недостатки фазового автофокуса

Основной проблемой является неточность при сборке камеры на заводе. Если в процессе производства произошел малейший сбой и датчик или один из элементов, влияющих на его работу, были установлены не точно, то система будет работать с погрешностью. Производители знают об этой проблеме, и поэтому была разработана система точной настройки системы фокусировки. Во время тестирования выявляются камеры, имеющие проблемы и производится их дополнительная настройка.

В процессе калибровки проверяется в отдельности каждая точка автофокусировки. Каждая точка подвергается точной калибровке, и все изменения записываются в программу камеры. Таким образом, устраняются проблемы автофокусировки в производственных условиях.

Что такое фазовый автофокус в камере смартфона и как он работает

При фотосъёмке на смартфон каждый желает получить качественные снимки, где фотографируемый объект будет чётким и резким, то есть в фокусе. Современная техника, включая мобильные устройства, позволяет сфокусироваться в ручном или автоматическом режиме, причём даже профессионалы чаще прибегают к автофокусировке. Девайс без участия пользователя размещает линзы на нужном фокусном расстоянии, позволяющем запечатлеть объект съёмки без смазывания, и хотя при наведении камеры фокусировка выполняется в одно мгновение, в это время происходит множество незаметных глазу процессов и вычислений.

Сегодня многие производители смартфонов совершенствуют технологии автоматической фокусировки, что позволяет делать качественные чёткие снимки, даже если объект находится в движении. И продвинутые пользователи при выборе мобильного устройства больше обращают внимание на тип автофокуса камеры, чем число мегапикселей. О том, какие бывают разновидности автофокусировки, что их отличает, и как они работают и поговорим.

Что такое автофокус и зачем он нужен

Система автофокусировки присутствует в любом современном смартфоне, включая бюджетные варианты. С её помощью объектив камеры настраивается так, чтобы практически мгновенно сфокусироваться на одном или нескольких объектах съёмки фото или видео, упрощая процесс и снимая с пользователя задачу наведения резкости вручную, как при съёмке на профессиональный зеркальный фотоаппарат.

Автоматическая фокусировка позволяет легко делать чёткие детализированные снимки путём наведения камеры на объект и нажатием соответствующей кнопки. В составе автофокуса — датчик, система управления и привод, отвечающий за перемещение оправы объектива или линз.

Камера устроена так, что лучи света, отражающиеся от объектов съёмки, улавливаются сенсорами, преобразующими поток фотонов в поток электронов, далее ток преобразуется в биты, эта информация обрабатывается и отправляется уже в память девайса. Как работает автофокус? Здесь всё зависит от его типа. Линзы фокусируют лучи, отражённые от объектов, при этом, когда наведён фокус камера будет ориентироваться на расстояние до изображаемого объекта и интенсивность освещения, сенсор же в свою очередь создаст цифровой фотоснимок. В отличие от ранних моделей смартфонов, сегодня девайсы дают возможность регулировки расстояния между линзами и сенсоров, что позволяет получить более качественные снимки.

Современные камерофоны оснащены высокочувствительными сенсорами и специальными алгоритмами, способствующими фокусировке камеры даже при недостаточном освещении. В продвинутых устройствах также внедряется система искусственного интеллекта, настраивающая параметры съёмки и фокусировки на получение максимально качественного кадра, а также опция автофокусировки в движении, позволяющая фокусироваться на движущемся объекте, отслеживая его перемещения, благодаря чему становится возможным поймать удачный кадр и при условии движения объектов съёмки.

Автофокус на сегодняшний день реализован в трёх актуальных вариантах: контрастный, фазовый и лазерный. Рассмотрим, чем отличается каждый из них.

Контрастный автофокус

Технология базируется на работе светочувствительных элементов, анализирующих контрастность кадра. Фокусировка обеспечивается путём смещения линз объектива для достижения нужного контраста картинки. Когда методом оценки данного параметра и смены положения линз удалось достичь максимального контраста, это означает, что объект съёмки в фокусе. При этом фотокамера анализирует небольшой участок матрицы.

Так, контрастный автофокус относится к пассивному типу автоматической фокусировки, данное решение отличается простотой реализации и применяется на бюджетных смартфонах. Срабатывает автофокусировка медленнее других технологий ввиду необходимости несколько раз смещать линзы до достижения результата. На эти движения и оценку контрастности, выполняемую в несколько этапов, уходит около секунды и это немного, если речь о съёмке способных замереть для фото, неподвижных или малоподвижных объектах, однако при таком раскладе легко упустить момент, не получится и снимать в движении, поскольку фотография будет смазанной. Контрастный автофокус также не наделён опцией следящей фокусировки, да и качество фотоснимков сильно пострадает при плохом освещении.

Фазовый автофокус: быстрая и продвинутая альтернатива

До недавнего времени этот тип автофокуса был привилегией флагманских смартфонов, теперь же автофокусировка на основе сканирования световых фаз применяется в большинстве девайсов.

Фазовый автофокус в смартфоне (PDAF) — это активный тип автоматической фокусировки, наиболее актуальный сегодня и обеспечивающий высокую скорость работы, а также возможность фокусироваться на движущихся объектах. Технология заимствована у цифровых зеркальных фотоаппаратов, изначально она предназначалась именно для фототехники, где проявила себя наилучшим образом, а уже позднее перекочевала и во флагманские мобильные устройства.

Принцип работы данного типа фокусировки следующий:

• Поток света, проходя через объектив, делится надвое, затем лучи из разных областей объектива направляются на датчики светочувствительного сенсора, оценивающие равномерность света.
• Если объект в фокусе, световые потоки от него сойдутся в одну точку на датчике. Если же нет, программное обеспечение с учётом измеренного расстояния даст команду и объектив сдвинет линзы в нужное положение. Принятие фотокамерой решения, как сдвигать линзы для получения наиболее качественной картинки происходит в мгновение.

Поскольку все эти действия (расстояние между потоками замеряется и по результатам оценки положение линз корректируется системой, т. е. разделённые лучи достигают заданного датчиками расстояния) осуществляются в один приём, это значит, что фазовый автофокус будет работать в разы быстрее, чем контрастный. Для фокусировки на объекте ему потребуются доли секунды. Охват объекта резкостью происходит в любой точке кадра, причём при наличии нескольких объектов в кадре, одинаково удалённых от объектива, все они попадают в зону высокой чёткости. Камера оценивает движение при помощи датчиков матрицы, в результате чего появляется возможность следящего автофокуса.

При всех своих достоинствах фазовый тип автоматической фокусировки тоже не совершенен. Его недостатком является ночная съёмка, при которой в диафрагму объектива поступает недостаточное количество света, то обуславливает снижение скорости фокусировки. К тому же реализация данного типа автофокусировки достаточно сложна, требуется точная установка системы призм и зеркал, а также тщательная программная настройка. И всё же, несмотря на минусы технологии, как правило, она обеспечивает создание высококачественных снимков. Сегодня в дополнение к автофокусу производителями применяются специальные алгоритмы, встраивается система искусственного интеллекта, что позволяет значительно повысить качество съёмки. Технология совершенствуется, поскольку многие производители пошли по пути её развития или применения разновидностей фазового автофокуса.

Лазерный автофокус: самый активный

Наиболее продвинутым на сегодня является лазерный автофокус. Он, как и фазовый, относится к активному типу и использует тот же принцип работы, что и оптические дальномеры. Так, излучателем освещается объект, в то время как сенсором замеряются расстояние до него и время отражённого лазерного пучка.

Лазерный тип автофокуса не зависит от освещённости и работает пошустрее фазового, действуя на коротком расстоянии. Наилучший результат возможен при удалении снимаемого объекта на 0,6 метров. При съёмке же тех, что находятся уже на удалении 3-4 метра и более, система будет использовать другой тип фокусировки. Процесс автофокусировки занимает ещё меньше времени (задача выполняется всего за 0.276 секунды), позволяя делать высококачественные снимки, причём скорость не утрачивается и в ночное время суток или в условиях плохой видимости в связи с погодными явлениями.

Подводя итоги, отметим, что на сегодняшний день самой актуальной для камер смартфонов является фазовая технология автофокусировки. Невысокие показатели качества при недостатке освещения нивелируются присутствием дополнительных вспомогательных программных хитростей, как, например, интеллектуальные алгоритмы, обуславливающие лучшую работу независимо от условий съёмки.

Поддержка фазового автофокуса для объективов с креплением A-mount

ВАЖНО: Для использования автофокусировки с определением фазы (Phase Detection AF) потребуется обновить прошивку камеры (версия 2.0).

Модель ILCE-7M2 предлагает автофокусировку с определением фазы (Фазовый AF), которая обеспечивает более качественную автоматическую фокусировку по сравнению с обычной автофокусировкой с определением контрастности (Контрастный AF), даже при установке объектива с креплением типа A-mount с помощью адаптера LA-EA3 или LA-EA1, который не оборудован специализированной системой автофокусировки с определением фазы. Результатом является более широкая область охвата автофокусировки, а также возможность использования большего количества и более высокой плотности точек автоматической фокусировки.

ПРИМЕЧАНИЯ:

• При использовании автофокусировки с определением контрастности (Contrast AF) быстрая гибридная автофокусировка (Fast Hybrid AF) не поддерживается
• При использовании LA-EA1/LA-EA2 полнокадровая съемка невозможна (съемка становится эквивалентной использованию датчика изображения размера APS-C).

Список объективов с креплением A-mount, совместимых с автофокусировкой с определением фазы (Phase Detection AF) при установке с помощью адаптера LA-EA3 или LA-EA1.

ПРИМЕЧАНИЯ:

35-миллиметровые полнокадровые объективы	Объективы APS-C
Vario-Sonnar T* 16-35 мм F2.8 ZA SSM (SAL1635Z)	DT 16-50 мм F2.8 SSM (SAL1650)
Vario-Sonnar T* 16-35 мм F2.8 ZA SSM II (SAL1635Z2)	DT 18-55 мм F3.5-5.6 SAM (SAL1855)
Vario-Sonnar T* 24-70 мм F2.8 ZA SSM (SAL2470Z)	DT 18-55 мм F3.5-5.6 SAM II (SAL18552)
Vario-Sonnar T* 24-70 мм F2.8 ZA SSM II (SAL2470Z2)	DT 18-135 мм F3.5-5.6 SAM (SAL18135)
28-75 мм F2.8 SAM (SAL2875)	DT 55-200 мм F4-5.6 SAM (SAL55200-2)
70-200 мм F2.8 G (SAL70200G)	DT 55-300 мм F4.5-5.6 SAM (SAL55300)
70-200 мм F2.8 G SSM II (SAL70200G2)	DT 30 мм F2.8 Macro SAM (SAL30M28)
70-300 мм F4.5-5.6 G SSM (SAL70300G)	DT 35 мм F1.8 SAM (SAL35F18)
70-300 мм F4.5-5.6 G SSM II (SAL70300G2)	DT 50 мм F1.8 SAM (SAL50F18)
70-400 мм F4-5.6 G SSM (SAL70400G)
70-400 мм F4-5.6 G SSM II (SAL70400G2)
Distagon T*24 мм F2 ZA SSM (SAL24F20Z)
Planar T* 50 мм F1.4 ZA SSM (SAL50F14Z)
85 мм F2.8 SAM (SAL85F28)
300 мм F2.8 G (SAL300F28G)
300 мм F2.8 G SSM II (SAL300F28G2)
500 мм F4 G SSM (SAL500F40G)

Фазовый АФ на матрице — охват и используемое количество точек автофокусировки в зависимости от типа установленного объектива.

Установленный объектив ?включая объективы A-mount и E-mount?	Формат изображения	Охват автофокусировки с определением фазы (Phase-detection AF)	Точки автофокусировки
35-миллиметровые полнокадровые объективы	Полный кадр	20%	117
	APS-C	45%	117
Объективы APC-C	APS-C	38%	99

ПРИМЕЧАНИЕ: Формат изображения можно выбрать под APS-C/Super 35mm в меню камеры.

от контрастного до Dual Pixel / Блог компании М.Видео-Эльдорадо / Хабр

Привет, Гиктаймс! При съемке на смартфон (да и не только) очень важно, чтобы фотографии получались четкими и ясными. Для этого объект снимка должен быть в фокусе до того, как вы нажмете на кнопку «Сделать фото». В последнее время многие производители смартфонов работают над улучшением технологий автоматической фокусировки, и сегодня мы рассмотрим плюсы и минусы каждой, и чем они отличаются. Как обычно все подробности под катом.

При выборе камерофона многие уделяют внимание количеству мегапикселей — мол, у кого их больше, тот и круче. Однако зачастую важнее и полезнее взглянуть на другие факторы, которые оказывают не менее серьезное влияние на качество фотографий. Среди них — тип автофокуса камеры смартфона. В эту область сейчас активно погрузились Apple, Samsung, LG и другие производители, причем многим действительно удалось значительно продвинуться вперед.

Что такое автофокус, и почему он нам нужен?

При помощи системы автоматической фокусировки камеры объектив настраивается таким образом, чтобы сфокусироваться непосредственно на объекте, обеспечивая тем самым разницу между четким снимком и упущенной возможностью.

Упрощенно принцип работы камеры состоит в том, что лучи света отражаются от фотографируемых объектов и затем попадают на сенсор, который преобразовывает поток фотонов в поток электронов. После этого ток преобразовывается в набор битов, данные обрабатываются и записываются в память камеры. Особой популярностью у производителей смартфонов сейчас пользуются CMOS-сенсоры, которые преобразуют заряд в напряжение прямо в пикселе, обеспечивая впоследствии прямой доступ к содержимому произвольного пикселя.

В теории все работает так: линзы фокусируют свет на сенсоре, сенсор затем создает цифровую фотографию.

В реальности же все происходит не так просто. Угол входящих лучшей света зависит от дистанции, на которой находится фотографируемый объект. На диаграмме ниже продемонстрированы линзы, фокусирующие лучи света на голубом объекте: зеленый и красный объект оказываются не в фокусе и будут размыты на финальном снимке. Если мы хотим сфокусироваться на зеленом или красном объекте, необходимо изменить дистанцию между линзами и сенсором.

На заре камерофоностроения большинство устройств имели фиксированный фокус. В современных же смартфонах предусмотрена возможность регулировать расстояние между линзами и сенсором. Поэтому вы получаете качественные детализированные снимки. Сейчас для реализации автофокуса в смартфонах в основном используют три метода: контрастный, фазовый и лазерный.

Контрастный автофокус

Контрастный автофокус относится к пассивному виду автофокуса. До сих пор это решение применяется в большинстве смартфонов — во многом потому, что является одним из самых простых. При помощи сенсора происходит замер количества света на объекте, после этого он же перемещает линзу в зависимости от контраста. Если контраст максимальный, то и объект съемки находится в фокусе.

Вообще, контрастный автофокус вполне неплохо справляется со своей задачей и имеет большой жирный плюс — он довольно прост и не требует какого-то сложного «железа» для своей работы.

Но есть у него и несколько недостатков. В частности, контрастный автофокус работает медленнее остальных — обычно ему требуется около секунды, чтобы сфокусироваться на объекте. За это время вы можете перехотеть делать снимок, или момент будет упущен, если хотели заснять, к примеру, быстро движущийся объект. Это происходит из-за того, что львиную долю времени занимает процесс «сдвиг точки фокусировки/линз объектива — оценка контрастности — сдвиг — оценка контрастности». Кроме того, у контрастного автофокуса отсутствует возможность следящей фокусировки, да и в условиях плохого освещения он вряд ли вас впечатлит. Поэтому данный тип автофокуса на сегодняшний день используется преимущественно в бюджетных смартфонах, таких как Lenovo A536, ASUS Zenfone Go и других.

Фазовый автофокус: быстрая и продвинутая альтернатива

Одним из первопроходцев здесь была компания Samsung, которая позаимствовала технологию у цифровых зеркальных фотокамер и оснастила фазовым автофокусом свой смартфон Galaxy S5. Суть в том, в данном случае применяются специальные датчики — они ловят проходящий световой поток от разных точек изображения, используя линзы и зеркала. Внутри датчика происходит деление света на две части, каждая из которых попадает на сверхчувствительный сенсор. Расстояние между потоками света измеряется датчиком, после чего он сам определяет, насколько нужно сдвинуть линзу для точной фокусировки. Так, например, Samsung Galaxy S5 требуется всего 0,3 секунды, чтобы сфокусироваться на объекте.

Визуально принцип работы фазового автофокуса представлен ниже.

Первое и главное преимущество фазового автофокуса — он намного быстрее контрастного, это просто must have для съемки движущихся объектов. Кроме того, камера может оценивать движение объекта при помощи датчиков, отсюда получаем возможность следящего автофокуса.

Но есть и минусы. Фазовый автофокус, как и контрастный, также не очень хорошо справляется со своими задачами в условиях недостаточного освещения. Также для него необходимо более мощное «железо», поэтому он, как правило, доступен в смартфонах сегмента high-end. Среди них Huawei Honor 7, Sony Xperia M5 и Samsung Galaxy Note 5, которые, кстати, можно найти в М.Видео.

Одни производители пошли дальше и решили использовать в смартфонах лазерный автофокус (об этом чуть позже), другие же активно занялись совершенствованием технологии фазового автофокуса. Так, например, Apple в своем iPhone 6s и iPhone 6s Plus использует так называемые «фокусные пиксели» — суть в том, что технология использует часть пикселей в качестве фазового сенсора, и съемка на смартфоны от Apple получается действительно быстрой. По сути это тот же самый фазовый автофокус, здесь уже надо отдать должное маркетологам.

А вот технология Dual Pixel, которую компания Samsung применяет в своих смартфонах Galaxy S7 и Galaxy S7 Edge, действительно отличается от фазовой фокусировки в камерах других смартфонов. Она хоть и является разновидностью фазового автофокуса, но все же имеет некоторые отличия и тонкости. В смартфонах фазовый автофокус несколько ограничен — чтобы присвоить каждому пикселю фокусный сенсор, нужно сильно его уменьшить, отсюда получим шумы и нечеткость фотографий. Обычно датчиками оснащают около 10 % светочувствительных точек, некоторые производители, впрочем, не выходят и за 5 %.

В Dual Pixel же каждый пиксель оснащен отдельным датчиком из-за увеличения размеров пикселей. Процессор обрабатывает показания каждого пикселя, но делает это настолько быстро, что автофокусировка все равно занимает десятые доли секунды. В Samsung говорят, что технология Dual Pixel подобна фокусировке при помощи человеческого глаза, но это опять же маркетинговый ход.

Тем не менее надо признать инновационность данного подхода к фазовому автофокусу в современных смартфонах. Сейчас это настоящий эксклюзив для Galaxy S7 и Galaxy S7 Edge.

Лазерный автофокус: самый активный

Как и фазовый, лазерный автофокус относится к активному типу автофокуса. Этим направлением долгое время занималась компания LG, которая сперва реализовала лазерный автофокус в своем смартфоне G3. В основе работы технологии лежит принцип лазерного дальномера: лазерный излучатель освещает объект, а сенсор замеряет расстояние до него и время поступления отраженного лазерного луча.

Одно из главных преимуществ данного автофокуса — время. Как говорят в LG, весь процесс автофокусировки при помощи лазера занимает 0,276 секунды. Значительно быстрее контрастного автофокуса и немного пошустрее, чем фазовый.

Очевидный плюс лазерного автофокуса — он невероятно быстрый и хорошо отрабатывает в условиях недостаточного освещения. Но работает он только на определенной дистанции — самый лучший эффект достигается, если расстояние от смартфона до объекта составляет менее 0,6 метра. А после пяти метров — привет, контрастный автофокус.

Лазерным автофокусом оснащены преимущественно смартфоны LG — к примеру, LG G4. Но есть и исключения: тот же One Plus 2 или Asus Zenfone 2 Laser. Впрочем, у последнего все ясно из названия, да и цена привлекательная для такого набора возможностей.

Двойная камера: смело, но не всем понятно

В какой-то момент производители поняли, что надо бы сделать что-нибудь диковинное, за пределами фазового или лазерного автофокуса. Так на свет появились двойные камеры: для получения четких снимков используется не один, а сразу два объектива. В то время, как одна камера с фиксированным фокусом получает снимок удаленных предметов, другая фокусируется на объектах, которые расположены рядом.

Важное преимущество двойной камеры — возможность быстро сделать снимок, а фокус сделать потом, прямо как в камере Lytro. Но если говорить о более аккуратном фокусе, здесь двойная камера явно проигрывает фазовому фокусу.

Пока что не очень много смартфонов на рынке доступны с двойной камерой — это устройства от HTC (например,

One M9+

), Honor 6 Plus и другие. Ходят слухи, что и Apple в своем новом iPhone решится на использование двойной камеры.

Технология инфракрасного автофокуса, которую компания Lenovo показала на MWC в прошлом году, работает по сути как лазерный автофокус, но по скорости он примерно в два раза быстрее контрастного. Протестировать её можно на примере Lenovo Vibe Shot.

Что же выбрать?

Поскольку смартфон каждый выбирает под свои нужды, сложно посоветовать что-то такое, что подойдет сразу всем. Кто-то в восторге от настраиваемого после съемки автофокуса у Huawei, другие считают оптимальным Dual Pixel. Если брать в целом, на данный момент фазовый автофокус является верным решением для большинства флагманов, и производители нам с вами постоянно это доказывают.

Как работает фазовый автофокус

Когда дело доходит до технологии DSLR, кажется, есть некоторая путаница в том, как именно работает фазовый автофокус. Хотя для большинства людей это может быть не очень интересной темой, если вам интересно, как и почему у камеры может быть проблема с автофокусом, эта статья прольет свет на то, что происходит внутри камеры с точки зрения автофокуса, когда делается снимок. . Существует огромное количество отрицательных отзывов о проблемах с автофокусировкой на таких точных инструментах, как Canon 5D Mark III, Nikon D800, Pentax K-5 и других цифровых зеркальных фотоаппаратах, и похоже, что большинство фотографов, похоже, не понимают, что основная проблема не обязательно с конкретной моделью или типом камеры, а скорее с конкретным способом фокусировки этих камер.Если вы поищете в Интернете, вы найдете тысячи отчетов об автофокусировке по всем видам зеркальных фотокамер, возраст которых насчитывает более 10 лет. Следовательно, проблемы с передним фокусом и задним фокусом, которые мы видим в современных камерах, не являются чем-то новым — они существуют с тех пор, как была создана первая зеркальная фотокамера с датчиком фазового обнаружения.

Как работают камеры DSLR

Чтобы разобраться в этой проблеме более подробно, важно сначала узнать, как работает камера DSLR. На типичных иллюстрациях DSLR показано только одно зеркальное зеркало, расположенное под углом 45 градусов.Чего они не показывают, так это того, что за зеркалом есть вторичное зеркало, которое отражает часть света в датчик фазового детектирования. Взгляните на упрощенную иллюстрацию ниже, которую я сделал из образца изображения Nikon D800:

Вот описание каждого числа, показанного на иллюстрации выше:

1. Луч света
2. Основное / отражающее зеркало
3. Вторичное Зеркало, также известное как «дополнительное зеркало»
4. Затвор камеры и датчик изображения
5. Эксцентриковый штифт (1.5 мм шестигранник) для регулировки главного зеркала
6. Эксцентриковый штифт (шестигранник 1,5 мм) для регулировки вторичного зеркала
7. Датчик определения фазы (датчик автофокусировки)
8. Пентапризма
9. Видоискатель

Давайте посмотрим, что происходит внутри камеры когда сделан снимок. Лучи света попадают в объектив (1) и попадают в камеру. Частично прозрачное главное зеркало (2) расположено под углом 45 градусов, поэтому оно отражает большую часть света вертикально в пентапризму (8).Пентапризма волшебным образом преобразует вертикальный свет обратно в горизонтальный и переворачивает его, так что вы видите именно то, что получаете, когда смотрите в видоискатель (9). Небольшая часть света проходит через главное зеркало и отражается вторичным зеркалом (3), которое также наклонено под углом (54 градуса на многих современных камерах Nikon, как показано выше). Затем свет достигает датчика фазового обнаружения / автофокусировки (7), который перенаправляет его на группу датчиков (два датчика на точку автофокусировки). Затем камера анализирует и сравнивает изображения с этих датчиков (аналогично тому, как оценивается фокусировка на дальномере), и, если они не выглядят одинаково, она дает команду объективу произвести правильную настройку (см. Ниже для более подробной информации).

Хотя описанный выше процесс выглядит более или менее простым, у этого подхода есть одна серьезная проблема. Датчик фазового определения — это датчик, который дает команду объективу выполнить правильную настройку, в то время как изображение захватывается совершенно другим устройством — датчиком на задней панели камеры. Почему это проблема? Помните, что когда вы делаете снимок, оба зеркала заднего вида поднимаются, затвор открывается, и свет от объектива попадает прямо на датчик камеры (4).Для правильной работы фазового автофокуса расстояние между креплением объектива и датчиком камеры, а также расстояние между креплением объектива и датчиком фазового определения должно быть идентичным . Если есть даже небольшое отклонение, автофокус будет некорректным. Вдобавок ко всему, если угол вторичного зеркала не совсем такой, каким должен быть, это также приведет к проблемам с автофокусировкой.

Как работает датчик фазового детектирования

Как я уже сказал выше, система фазового детектирования работает так же, как и дальномерные камеры.Свет, который отражается от вторичного зеркала, принимается двумя или более небольшими датчиками изображения (в зависимости от того, сколько точек фокусировки имеет система автофокусировки) с микролинзами над ними. Для каждой точки фокусировки, которую вы видите в видоискателе, есть два крошечных датчика разности фаз — по одному для каждой стороны объектива, как показано на иллюстрации вверху страницы (7) (на рисунке это поведение чрезмерно преувеличено. показаны два отдельных световых луча, достигающих двух отдельных датчиков.

На самом деле, на современном устройстве обнаружения фаз гораздо больше датчиков, чем два, и эти датчики расположены очень близко друг к другу).Когда свет достигает этих двух датчиков, если объект находится в фокусе, световые лучи с крайних сторон линзы сходятся прямо в центре каждого датчика (как на датчике изображения). На обоих датчиках будут одинаковые изображения, указывающие на то, что объект действительно находится в идеальном фокусе. Если объект находится не в фокусе, свет больше не будет сходиться и попадет в разные стороны датчика, как показано ниже (изображение любезно предоставлено Википедией):

На рисунках 1–4 представлены условия, при которых объектив сфокусирован (1 ) слишком близко, (2) правильно, (3) слишком далеко и (4) слишком далеко.Из графиков видно, что разность фаз между двумя профилями может использоваться, чтобы определить не только в каком направлении, но и на сколько нужно изменить фокус для достижения оптимальной фокусировки. Обратите внимание, что на самом деле вместо сенсора движется линза.

Поскольку система фазового детектирования знает, находится ли объект в фокусе спереди или сзади, она может отправлять точные инструкции на объектив камеры о том, в какую сторону и на сколько повернуть фокус. Вот что происходит, когда камера фокусируется на объекте (операция автофокусировки с обратной связью):

1. Свет, проходящий через крайние стороны объектива, оценивается двумя датчиками изображения
2. В зависимости от того, как свет достигает изображения датчиков, система автофокусировки может определить, находится ли объект в фокусе спереди или сзади, и по тому, насколько
3. Система автофокусировки затем дает команду объективу отрегулировать фокус.
4. Вышеупомянутое повторяется столько раз, сколько необходимо, до тех пор, пока не будет достигнута идеальная фокусировка.Если фокусировка не может быть достигнута, объектив сбрасывается и начинает повторную фокусировку, что приводит к «поиску» фокусировки.
5. После достижения идеальной фокусировки система автофокусировки отправляет подтверждение того, что объект находится в фокусе (зеленая точка внутри видоискателя, звуковой сигнал и т. д.)

Все это происходит за доли времени, поэтому система определения фазы работает намного быстрее, чем система определения контраста (которая полагается на изменение фокуса вперед и назад до тех пор, пока фокус не будет достигнут, с большим количеством изображений). анализ данных происходит на уровне датчика изображения).

Система фазового детектирования / автофокуса — очень сложная система, в которой практически каждый раз улучшаются, когда обновляется линейка камер более высокого класса. С годами количество точек автофокусировки увеличивалось, а также количество более надежных точек автофокусировки крестового типа. Например, Canon 1D X и Canon 5D Mark III имеют колоссальную 61 точку фокусировки, 41 из которых перекрестного типа. Взгляните на эту сложную матрицу датчиков автофокусировки на камере:

Увеличилось не только количество точек автофокусировки, но и их надежность.Большинство современных профессиональных фотоаппаратов сегодня поставляются с чрезвычайно быстрыми и легко настраиваемыми системами автофокусировки, которые могут непрерывно отслеживать объекты и фокусироваться.

Проблемы с автофокусом DSLR

Как вы можете видеть выше, система автофокусировки с определением фазы очень сложна и требует высокой точности для получения точных результатов. Что наиболее важно, система фазового обнаружения / автофокусировки должна быть правильно установлена ​​и выровнена в процессе производства. Если есть даже небольшое отклонение, которое случается довольно часто при производстве, автофокус отключится.Это основная причина, по которой фазовое обнаружение было источником проблем в значительной степени с тех пор, как появилась первая зеркальная фотокамера с датчиком фазового обнаружения. Понимая эти возможные отклонения, все производители зеркальных фотокамер разработали систему высокоточной калибровки, которая учитывает это и позволяет индивидуальную калибровку камеры в процессе проверки и обеспечения качества (QA).

Если обнаружена проблема выравнивания датчика с определением фазы, система выполняет автоматическое компьютеризированное тестирование, которое проходит через каждую точку фокусировки и вручную настраивает ее в камере.Отклоненные точки повторно калибруются и настраиваются, затем значения компенсации записываются в прошивку камеры. Думайте об этом как о процессе, аналогичном процессу точной настройки AF / Micro Adjust, который происходит на уровне определения фазы, за исключением того, что он выполняется для каждой точки фокусировки AF отдельно.

Что такое фазовый автофокус? (И почему это важно)

Камеры обманчиво просты на первый взгляд. Возьмите свою зеркалку, посмотрите в видоискатель, зафиксируйте фокус и снимайте.

Конечно, за этим стоит гораздо больше, в том числе процесс, называемый «автофокусировка с определением фазы». Эта фраза часто встречается в мире зеркальных и беззеркальных камер. Но что это на самом деле означает?

Прочтите, чтобы узнать больше о том, как работает автофокусировка с определением фазы.

© Тамара Кедвес

[ Примечание: ExpertPhotography поддерживается читателями. Ссылки на продукты на ExpertPhotography являются реферальными. Если вы воспользуетесь одним из них и что-то купите, мы заработаем немного денег.Нужна дополнительная информация? Посмотрите, как это все работает. ]

Что такое автофокус?

Начнем с основ. Есть два типа фокусировки: автоматический и ручной.

Ручная фокусировка — это когда пользователь должен управлять фокусировкой, поворачивая кольцо фокусировки влево или вправо для достижения фокусировки. В новых камерах у нас часто есть так называемая функция выделения пика фокуса, помогающая в этой процедуре.

Автофокус — это когда камера делает все за вас. Он использует компьютер для запуска миниатюрного мотора, который вращает кольцо фокусировки.

У вас даже есть возможность переключать AF-MF вперед и назад на вашем объективе или в камере. Если вы нажмете кнопку спуска затвора наполовину, вы активируете автофокусировку. После этого вы можете использовать кольцо ручной фокусировки для точной настройки фокуса.

Это кольцо фокусировки перемещает внутренний компонент объектива внутрь и наружу. Это действие повторяется до тех пор, пока не будет проецироваться самое резкое изображение объекта. Но давайте разберемся с этим более подробно.

Все цифровые фотоаппараты имеют гистограмму.Они говорят вам об экспозиции того, что вы фотографируете. Гистограмма показывает, насколько равномерно экспонируется ваша фотография после того, как вы ее сделали.

Автофокусировка с обнаружением контраста работает, оценивая эту гистограмму (которая связывается с датчиком). Затем камера постепенно перемещает объектив. Он продолжает переоценивать, есть ли более или менее контраст с тем, что вы снимаете.

Если камера обнаруживает увеличение контрастности, она перемещает объектив в этом направлении с более высокой контрастностью, пока не достигнет своего полного потенциала.Если контраст уменьшается, камера перемещает объектив в другом направлении.

Этот процесс повторяется снова и снова, пока не появится высокий контраст. Обнаружение контраста помогает получить хорошо сфокусированное изображение с высокой контрастностью.

С автофокусом с определением фазы подумайте немного о луне и ее различных фазах. Для камеры, когда определенная точка оказывается в идеальном фокусе, есть световых лучей .

Фотография, находящаяся в фокусе, будет иметь световые лучи, которые будут отбрасывать свет на противоположные стороны линзы.Именно тогда появляется термин «в фазе», например, как работают фазы луны.

Камера может определить, когда фокус не достигается, потому что противоположная сторона больше не освещается (это называется не в фазе). Это происходит, когда линза неправильно фокусируется на точке. Он может быть перед ним или позади него.

Как понять фазовый автофокус

Внутри камеры находится призм . Для определения фазы изображение, которое вы видите, попадает в призму, а затем разделяется на два изображения.Если эти изображения совпадают, ваш объект находится в фокусе. Если они не совпадают, значит, ваш объект не в фокусе.

Частично причина того, что зеркальные камеры такие тяжелые, заключается в том, что в них есть настоящая призма. Это разделяет изображение на датчик фокусировки.

Итак, как в этом случае получить что-то в фокусе? Это очень похоже на игру в угадывание, не так ли? На самом деле камеры умнее этого.

Датчик внутри камеры знает, какое разделенное изображение является каким.Таким образом, он может связываться с камерой и сообщать ей, в каком направлении следует перемещать фокус, чтобы изображения совпадали.

Давайте сделаем его более продвинутым.

Помните, как мы упоминали выше световые лучи? Световые лучи проходят через линзу, и этот свет улавливается датчиком автофокусировки. Затем система автофокусировки может определить, фокусируется ли объект спереди или сзади. Камера получает прямую информацию о том, как следует повернуть кольцо фокусировки, чтобы зафиксировать объект.

Беззеркальные камеры меньше и легче, потому что они достигают того же результата, делая это на датчике.

После совмещения изображений система отправляет подтверждающее сообщение о том, что объект находится в фокусе. И вся эта сложность происходит за доли секунды!

Система фазовой автофокусировки

отлично подходит для съемки движения, потому что она невероятно быстрая.

Итак, если вы когда-либо участвовали в игре о покупке, вы наверняка слышали о точках определения фазы.Цифровая камера имеет определенное количество этих точек. Есть много точек датчика автофокусировки, где можно сравнить разделенное изображение. Чем их больше, тем точнее будет фокус.

Беззеркальная камера Sony A7 III лидирует в этом отношении с 693 точками, которые покрывают 93% площади изображения. Это означает, что у нее гораздо больше шансов правильно сфокусироваться, чем у камеры, у которой значительно меньше точек фокусировки.

Для чего используется фазовый автофокус?

Этот тип автофокусировки очень хорошо подходит для съемки в движении.Лучше всего он работает при использовании с отслеживанием изображения и режимами AI / AF Servo / Continuous Focus.

Некоторые новые техники фокусировки также были внедрены за последние пару лет. Например, система автофокуса Sony Eye AF создана специально для съемки животных. Он отслеживает глаза животного, чтобы найти фокус. Система автофокусировки с распознаванием лиц делает то же самое, но для человеческих лиц – и довольно точна.

Обнаружение фазы работает и для других типов фотографии, таких как портреты и натюрморты.Но фотографы-активисты будут очень благодарны за включение этой системы.

Есть несколько других преимуществ автофокусировки с определением фазы. К ним относятся скорость и возможность сенсора оценивать глубину резкости изображения.

Вы также можете получить точное представление о глубине резкости еще до того, как сделаете снимок.

© Тамара Кедвес

Каковы недостатки фазового детектирования?

Это сложный процесс, требующий точности. Программное обеспечение для определения фазы необходимо правильно установить и настроить.В противном случае это может привести к отключению автофокусировки. Это вызывает проблемы с выравниванием датчика.

Как только камера обнаруживает эту проблему, она автоматически калибрует точки фокусировки. Вот почему так важно постоянно обновлять прошивку камеры.

Возможно, он не сможет сфокусироваться на малоконтрастных объектах так же точно, как в других режимах фокусировки. Также ему трудно сфокусироваться при слабом освещении.

Эти проблемы также относятся к автофокусировке с определением контраста. Но в целом такой способ фокусировки более точен, когда дело доходит до сложных световых ситуаций.При обнаружении контраста калибровка объектива не требуется.

Заключение

Понимание того, как работает автофокус с определением фазы, определенно пригодится. Вы можете избавиться от некоторых проблем с фокусировкой и знать, когда что-то не работает в вашей камере.

Попробуйте, экспериментируйте и наслаждайтесь преимуществами!

Вы когда-нибудь хотели иметь с собой все полезные советы по фотографии? Наши шпаргалки по быстрому захвату делают именно это.Посмотрите их здесь.

Хотите больше? Попробуйте наши шпаргалки по фотографии

Эти шпаргалки — прекрасный визуальный инструмент, который поможет вам овладеть фотографией.

Они всегда под рукой… в телефоне или в сумке для фотоаппарата… и они были тщательно продуманы, чтобы вы могли понять все с первого взгляда.

Вы больше никогда не забудете ключевой совет по фотографии!

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 автофокусировка с определением фазы и определением контраста?

---

Что такое автофокусировка с определением контраста?

Обнаружение 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:

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» вперед и назад, как если бы вы это делали при ручной фокусировке, это обнаружение контраста в действии.

Это сравнение расстояний фокусировки для определения точки максимальной контрастности.

---

Что такое фазовый автофокус?

Хорошо, готовы заняться настоящим технарем? Нет? Мы постараемся сделать это проще.

Представьте, что изображение попадает 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 «разделенная призма» в центре видоискателя на старых пленочных зеркальных фотокамерах. Вы перемещаете кольцо фокусировки, пока изображение не выровняется и вуаля, в фокусе.Очень быстро.

Намного 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 сравнивать 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:

В зеркальных фотокамерах

для разделения изображения на датчик фокусировки используется настоящая призма, в то время как в беззеркальных камерах это делается непосредственно на датчике.Технология более дорогая, и в зеркальной фотокамере она добавляет 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.

Уменьшается вероятность того, что камера сфокусируется перед или за объектом, как это иногда бывает при фазовом детектировании.

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

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

Для движущихся объектов

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

У вас все еще есть риск заднего или переднего фокуса, но с технологией отслеживания изображения и несколькими точками автофокусировки с определением фазы это менее важный фактор.

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

Вот что происходит, например, с 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 бы увидели на Sony Alpha.

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

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

К моменту обнаружения 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 неконтрастное или мало освещенное, возможно, в камере недостаточно данных для использования любого из методов фокусировки. Есть способы обойти это.

• Некоторые камеры повышают ISO, когда вы нажимаете кнопку фокусировки.Это усиливает свет для фокусировки, а затем ISO упадет до того, что вы установили.
• 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 неподвижных сцен.

---

Что такое гибридный автофокус?

Вы увидите, что некоторые камеры рекламируют гибридный автофокус.

Sony a6500 может похвастаться самой быстрой автофокусировкой в ​​мире на данный момент 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!

Что такое PDAF? Объяснение автофокусировки с определением фазы

Роберт Триггс / Android Authority

iPhone 12 Pro Max (L), Samsung Galaxy S21 Ultra (R)

Технология автофокуса является одним из ключевых столпов мобильной фотографии, обеспечивая четкие и чистые снимки даже самые быстро движущиеся объекты.Но знаете ли вы, что автофокус бывает разных типов, в зависимости от датчика внутри вашего смартфона или камеры? Сегодня мы собираемся погрузиться в автофокусировку с определением фазы (PDAF), один из наиболее распространенных типов автофокусировки.

Многие современные камеры смартфонов имеют автофокус с определением фазы. Это быстрее и точнее, чем классическое определение контраста. Обнаружение контраста — самый простой и дешевый вид автофокусировки, но также и самый медленный и наименее точный при съемке движущихся объектов.Так что же делает PDAF намного лучше?

---

Что такое PDAF и как он работает?

Как и все хорошие технологии камеры, PDAF уходит корнями в традиционные камеры и зеркальные фотокамеры. В зеркальных камерах зеркала отражают копии света основного датчика на специальном датчике определения фазы. Смартфоны не имеют такого же пространства, чтобы вместить все эти части. Вместо этого мобильные датчики имеют специальные пиксели PDAF, встроенные в датчик изображения, подход, заимствованный у компактных камер.

Самый простой способ понять, как работает PDAF, — это начать с размышлений о свете, проходящем через объектив камеры с самых крайних краев. В идеальной фокусировке свет даже от этих крайних сторон объектива будет преломляться назад, чтобы встретиться в точной точке на датчике камеры. Эта точка фокусировки / встречи, установленная перед датчиком изображения или за ним, приводит к размытому изображению. Регулировка объектива для изменения этой точки фокусировки — это именно то, как работает фокусировка камеры.

Другими словами, мы можем сказать, находится ли изображение в фокусе, потому что даже свет, исходящий из двух разных точек на линзе, сходится в одной точке.В зеркальных фотокамерах и беззеркальных камерах с фазовой автофокусировкой используются два специальных датчика PDAF для получения отдельных изображений для сравнения. У компактных фотоаппаратов и смартфонов нет такой роскоши. Вместо этого эта двойная перспектива должна быть создана с помощью специальных фазовых фотодиодов на датчике изображения.

Связано: Компактная камера и перестрелка со смартфоном

Эти фотодиоды физически замаскированы так, что свет попадает на них только с одной стороны объектива. Это создает пиксели левого и правого взгляда на одном датчике изображения, что дает нам два наших изображения для сравнения фокуса.Для определения точки фокусировки вычисляется разность фаз между двумя изображениями. Схема Samsung ниже предлагает интуитивно понятный взгляд на это, сравнивая эти левые / правые пиксели с нашими глазами.

Получая изображения со смещением влево и вправо, PDAF работает как человеческий глаз.

Если изображение не в фокусе, данные о разности фаз между изображениями используются для расчета того, как далеко нужно переместить объектив, чтобы сфокусировать его. Это то, что делает фокусировку PDAF такой быстрой по сравнению с обнаружением контраста.Однако, когда половина пикселя заблокирована, эти фотодиоды дают меньше света, чем обычный пиксель. Это может вызвать проблемы с фокусировкой при слабом освещении, когда традиционное определение контраста все еще часто используется в качестве гибридного решения. Кроме того, вертикальные полосы означают, что камеры могут иметь проблемы с фокусировкой на горизонтальных линиях, поэтому более совершенные датчики используют шаблоны перекрестного фокуса.

Как видите, нам не нужно использовать каждый пиксель камеры, чтобы определить фокус. Вместо этого подойдет несколько полосок пикселей на сенсоре.Обычно для автофокусировки зарезервировано от 5 до 10% пикселей сенсора. Однако некоторые современные датчики высокого класса с улучшенным PDAF позволяют использовать каждый пиксель для фокусировки, что делает их еще более быстрыми и точными.

См. Также: Лучшие телефоны с камерой, которые вы можете получить в 2021 году

---

PDAF за и против

По сравнению с традиционным контрастным автофокусом, автофокусировка с определением фазы работает быстрее и обычно более точна. Контрастный автофокус занимает много времени, потому что ему приходится сканировать весь диапазон фокусных точек, чтобы найти наиболее резкий фокус.По сути, это метод проб и ошибок. В PDAF разность фаз используется для почти мгновенного расчета, на сколько нужно переместить линзу для достижения фокусировки.

Фазовый АФ быстрее и точнее, чем традиционный контрастный АФ.

Однако PDAF на датчике имеет несколько недостатков по сравнению с PDAF DSLR. Природа небольших сенсоров смартфонов и даже меньших пикселей может создавать проблемы с шумом, что проблематично в условиях низкой освещенности. Даже фазовой автофокусировке может потребоваться несколько попыток для получения идеальной фокусировки в менее чем идеальных условиях.Хотя использование большего количества пар детекторов помогает ускорить процесс. В результате смартфоны иногда используют гибридный подход для устранения этого недостатка.

Автофокусировка с определением фазы — это незаменимая вещь для серьезного мобильного фотографа. К счастью, вы найдете эту технологию во всех смартфонах высокого и даже среднего уровня, выпущенных за последние несколько лет. Фактически, камеры смартфонов высокого класса теперь оснащены значительно улучшенной автофокусировкой Dual Pixel.

Далее: Что такое автофокусировка All Pixel?

Основы работы с камерой

# 11: АФ с определением фазы

Фазовый АФ (также известный как АФ с определением разности фаз или АФ с определением разности фаз) — это система автофокусировки, используемая при съемке с использованием видоискателя на цифровых зеркальных фотокамерах.Его главная особенность — высокая скорость автофокусировки. Далее мы расскажем больше о фазовой автофокусировке и о том, как двухпиксельная CMOS-автофокусировка Canon использует новейшую технологию автофокусировки для включения фазовой автофокусировки даже в режиме Live View. (Сообщил Томоко Судзуки)

Фазовый автофокусировка — это система автофокусировки, используемая при съемке с использованием видоискателя на цифровых зеркальных фотокамерах

Для заметок

— Быстрая скорость автофокусировки.
— Требуется зеркальный механизм, разделяющий свет, попадающий в объектив, а также отдельный датчик автофокусировки.

Фазовый автофокусировка — это система автофокусировки, используемая при съемке с использованием видоискателя на цифровых зеркальных камерах. Он работает, разделяя свет, попадающий в линзу, на две части, так что формируются два изображения. Основываясь на разнице в положении точки фокусировки между этими двумя изображениями, камера вычисляет необходимое направление (в сторону камеры или от камеры) и величину (расстояние) для перемещения объектива для достижения фокусировки и перемещается. объектив соответственно.

Фазовый автофокус позволяет быстро установить автофокусировку, поскольку камера точно знает, на сколько и в каком направлении нужно переместить фокусирующую линзу.Однако для этой формы автофокусировки требуется специальный датчик автофокусировки вместе с механизмом, разделяющим свет между датчиком автофокусировки и датчиком изображения, который преобразует свет, попадающий в объектив, в изображение. Это затрудняет создание компактного корпуса камеры.

Фазовый автофокус может быстро фокусироваться, поскольку знает расстояние и направление от объекта

Пример фазового автофокуса

Пример контрастного АФ

Чтобы лучше понять, представим ситуацию, когда вам нужно разрезать арбуз.Фазовая автофокусировка похожа на попытку добраться до арбуза без повязки на глаза. Вы уже знаете расстояние и направление до арбуза, и это знание позволит вам быстро перейти к нему.

Между тем, контрастный AF был бы похож на попытку добраться до арбуза с завязанными глазами. Поскольку вы не можете узнать расстояние и направление до арбуза, вам нужно передвигаться, чтобы попытаться определить его местонахождение. Вот почему контрастный автофокус требует больше времени для достижения фокусировки на объекте по сравнению с фазовым автофокусом.

Связанная концепция 1: линейный датчик и датчик перекрестного типа

Схема расположения линейного и крестового датчиков

Датчик крестового типа с высокой точностью автофокусировки
A: обнаруживает горизонтальную линию объекта
B: обнаруживает вертикальную линию объекта

На датчике автофокусировки цифровой зеркальной камеры есть два типа датчиков: датчик линии и датчик крестового типа. Линейные датчики ориентированы либо вертикально, либо горизонтально, следовательно, они могут обнаруживать только горизонтальную или вертикальную линию объекта.Однако датчики крестового типа, которые состоят из линейных датчиков, расположенных крест-накрест, способны обнаруживать как вертикальные, так и горизонтальные линии объекта, и, как следствие, имеют более высокую точность в достижении фокусировки.

Камеры начального уровня, такие как EOS 1300D, обычно имеют только одну точку автофокусировки крестового типа, расположенную в центре. Однако более новые модели камер, такие как EOS 77D и EOS 800D, оснащены датчиками крестового типа для всех 45 точек автофокусировки. Этот дизайн подходит даже для опытных пользователей, которые хотят иметь возможность организовать свою композицию таким образом, чтобы их объект можно было разместить в любом месте кадра.Благодаря большему количеству датчиков крестового типа фокусировка может быть достигнута быстро, даже если объект находится по краям кадра.

Связанная концепция 2: Dual Pixel CMOS AF

На камерах, оснащенных Dual Pixel CMOS AF, фазовый автофокус можно использовать в режиме Live View в широкой области, отмеченной красным, без использования отдельного датчика автофокусировки. Быстрая и точная фокусировка может быть достигнута даже на движущихся объектах.

Dual Pixel CMOS AF — это новейшая система автофокусировки, разработанная Canon.Он позволяет использовать фазовый автофокус в режиме Live View и при видеосъемке, тогда как его можно было использовать только при съемке с видоискателем на предыдущих зеркалках. Поскольку все пиксели на датчике изображения Dual Pixel CMOS AF оснащены датчиками определения фазы, для него не требуется отдельный датчик AF, поэтому он может быть реализован в беззеркальных камерах, таких как серия EOS M. Наряду с плавной и быстрой фокусировкой он может легко фокусироваться даже на движущихся объектах.

В следующем ролике показано, как Dual Pixel CMOS AF помогает при видеосъемке — некоторые моменты применимы и к фотографии!

Получайте последние новости о фотографии, советы и рекомендации, подписавшись на нас!

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 это две системы, используемые 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 глаза модели были в фокусе на таких портретах, как этот, снятых с диафрагмой f1.2 с объективом 56 мм.

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

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

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

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 тот или иной вариант.

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, отражается вверх через пентапризму и выходит через видоискатель. Цель конструкции камеры такого типа — показать вам, что именно объектив видит 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 не оспаривалось серьезно. 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, так как 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.

На этой схеме 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 к датчику автофокусировки.

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

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 линза 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. Камере нужен свет для фокусировки, и чем его меньше, тем сложнее становится точная фокусировка. Это также относится к автофокусировке с обнаружением контраста.

Возможно, не удастся точно сфокусироваться на объектах с низкой контрастностью. Это также относится к АФ 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, чтобы устранить ошибки 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.

---

Запишитесь на наш бесплатный курс электронной почты «5 шагов к улучшению композиции»!

Начните свое путешествие по композиции прямо сейчас. Получите пять бесплатных уроков плюс еженедельные советы и подсказки, когда вы подпишетесь на нашу рассылку 🙂 Никакого спама, никогда!

---

Обнаружение фазы на основе сенсора AF

АФ с фазовой детекцией является частью очень точной и точной системы автофокусировки, которая позволяет высококачественным зеркальным фотокамерам точно отслеживать быстро и беспорядочно движущиеся объекты.

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

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

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 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 принимают свет с другой стороны.Камера сравнивает оба, и когда они совпадают, узнает, что объект в фокусе. Если объект не в фокусе, он вычисляет, насколько необходимо отрегулировать 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 видео, 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 фотоаппаратах

Автофокус с обнаружением контраста работает путем анализа пикселей на датчике камеры. Он работает на основе того, что объект находится в фокусе при максимальном 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. Нет необходимости калибровать объектив, поскольку 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 зеркальных фотокамерах в режиме Live View или видеосъемки.

Заключение

Тема автофокуса может быть довольно сложной. Полное понимание этого требует глубокого технологического понимания, которого нет у большинства фотографов (в том числе и у 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

Электронная книга по линзам для мастеринга

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!

Объяснение: Гибридный автофокус Sony A6300

Руководство по цифровой фотографии Дэвида Буша Sony Alpha a6300 / ILCE-6300 уже доступно! Это долгожданное руководство — ваш окончательный план создания усовершенствованной беззеркальной камеры Sony с форматом APS-C. Прокрутите вниз, чтобы узнать, что может предложить это руководство!

---

Объяснение: Гибридный автофокус Sony A6300

Автофокусировка Sony a6300 использует как фазовую автофокусировку (PDAF), так и автофокусировку с определением контраста (CDAF), чтобы обеспечить сочетание быстрой и точной автофокусировки.На рис. 8.4 показано расположение точек и зон автофокусировки, используемых в a6300.

Точки обнаружения фаз. Зеленые квадраты на рисунке представляют приблизительное расположение 425 точек фазового обнаружения, встроенных в датчик a6300 (матрица размером 25 × 17). Эти пиксели покрывают почти весь кадр. Это может быть важно для спортивных фотографов, которые могут использовать объекты во всех частях изображения. Пока я пишу это, Sony не публиковала цифры, в которых подробно описывается процент кадра, охватываемого PDAF, но мои быстрые и грязные расчеты показывают, что 81 процент кадра можно использовать для автофокусировки с определением фазы.Это замечательно.

Зона обнаружения контраста. Заштрихованная красная область представляет область сенсора, которая содержит 169 отдельных зон обнаружения контраста (они не являются отдельными пикселями). Хотя область CDAF меньше, чем покрытие PDAF, приходится примерно 73 процента кадра, сосредоточенные в центральной области.

Гибридная система автофокусировки a6300 использует оба типа автофокусировки. Камера начинает с быстрой фокусировки с использованием PDAF, потому что подход дальномера всегда сообщает камере, нужно ли переместить фокус ближе или дальше, и примерно на сколько.Никакой охоты не требуется, что часто бывает при обнаружении контраста, когда необходимо настраивать точку фокусировки до тех пор, пока она не установится в наиболее резкое положение.

После того, как PDAF сделает свое дело, срабатывает определение контраста, использующее свои привередливые, но более точные возможности фокусировки для точной настройки фокуса. Таким образом, вы получаете быструю начальную фокусировку (PDAF) и немного более медленную окончательную настройку (CDAF), обеспечивая идеальный гибридный компромисс. Вот почему Sony не перешла на фазовое определение полностью.Вот краткое изложение преимуществ гибридной системы:

• Обнаружение контраста работает с большим количеством типов изображений. Обнаружение контраста не требует, чтобы на объекте были линии, расположенные под углом к ​​точкам PDAF, чтобы работать оптимально, в отличие от обнаружения фазы. Любой объект, края которого проходят в любом направлении, можно использовать для достижения резкой фокусировки.

• Обнаружение контраста может фокусироваться на более крупных областях сцены. Принимая во внимание, что фокусировка фазового обнаружения может быть достигнута только в точках, которые попадают на один из пикселей специального датчика автофокусировки, с обнаружением контраста гораздо большие части изображения могут использоваться в качестве зон фокусировки.Фокус достигается с помощью фактического изображения сенсора, поэтому выбор точки фокусировки просто вопрос выбора, какую часть изображения сенсора использовать. (Этот момент подчеркивается тем фактом, который обсуждается ниже, что в режиме гибкого пятна вы можете перемещать область автофокусировки на многие части датчика, тогда как с системой определения фазы вы можете перемещать область автофокусировки только в определенные места, где расположены специальные датчики автофокусировки, используемые для определения фазы.)

• Определение контраста может быть более точным для некоторых типов сцен. Обнаружение фаз может стать жертвой капризов нежелательного объекта: если подходящие линии недоступны, система может достичь неоптимальной фокусировки. Кроме того, точность снижается по мере уменьшения базовой линии максимальной апертуры, используемой для расчетов. Хотя автофокусировка всегда выполняется с широко открытым объективом, объектив с максимальной диафрагмой f / 5,6 будет фокусироваться с меньшей точностью, чем объектив с максимальной диафрагмой f / 1,4. Фокус обнаружения контраста более четкий. В большинстве случаев камера способна четко определить, когда была достигнута резкая фокусировка.

• Обнаружение фазы «знает», в каком направлении фокусироваться. Разделенное изображение, видимое датчиками определения фазы, мгновенно показывает, находится ли фокус слишком близко или слишком далеко. Как я уже упоминал ранее, нет необходимости «охотиться» за точкой фокусировки, поскольку система автофокусировки может сразу настроить в нужном направлении. Это значительно увеличивает скорость фокусировки.

• Обнаружение фазы «знает», насколько далеко не в фокусе находится объект. Разделение между двумя половинами изображения позволяет системе автофокусировки определять, сильно ли объект не в фокусе или требуется лишь небольшая корректировка.Это также означает более быструю автофокусировку.

• Обнаружение фазы не зависит от яркости сцены. Пока разделенные изображения освещены достаточно хорошо, чтобы система автофокусировки могла их оценить, большее или меньшее количество света не оказывает такого большого влияния на скорость и точность. Помните, что причина, по которой системы фазового детектирования работают хуже при меньших диафрагмах, заключается в том, что базовый диаметр диафрагмы меньше.

• Система отслеживания Sony 4D с высокой плотностью позволяет отслеживать движущиеся объекты. Система определения фазы a6300 может быстро достичь фокусировки (даже при непрерывной съемке со скоростью 11 кадров в секунду) независимо от того, движется ли ваш объект по горизонтали или вертикали (то, что Sony называет зоной ) , к вам или от вас ( глубина на языке Sony).
  Фазовый автофокус: Контрастный и фазовый автофокус / Съёмка для начинающих / Уроки фотографии