Фазовый автофокус: Просто о контрастном и фазовом автофокусе

Содержание

Просто о контрастном и фазовом автофокусе

Принципы работы системы автофокуса.

Фокусировка – больной вопрос для большинства фотолюбителей (да и профессионалов тоже). Поверьте, или проверьте: любой фотографический форум убедит Вас, а тесты фотоаппаратов обязательно содержат раздел, посвященный исключительно работе автофокуса.

Обсуждения же автофокуса на фотографических форумах чаще всего заканчиваются взаимными обвинениями в невежестве или виртуальным хватанием за лацканы пиджака с криками «А ты кто такой?!». Подумалось мне заняться самообразованием и разобраться - на бытовом уровне, как работает автофокус в современных цифровых фотоаппаратах. Оказалось, что материалов в сети очень немного, а понятных человеку без специального образования – еще меньше. Результаты поисков и компилирование информации (спасибо ЛензРенталз!) изложены ниже.

В современных цифровых фотоаппаратах используются две системы автофокуса: контрастный автофокус и фазовый автофокус. Давайте начнем с более простой (и менее распространенной в «зеркалках») системы автофокуса: контрастного автофокуса.

Контрастный автофокус

Контрастный автофокус работает следующим образом: процессор оценивает гистограмму, получаемую с матрицы фотоаппарата, немного перемещает линзы объектива – смещая точку фокусировки, затем производит переоценку, чтобы увидеть, повысился или снизился контраст. Если контраст повысился, фотоаппарат продолжает смещать точку фокусировки в выбранном направлении, пока изображение не станет максимально контрастным. Если же контраст снизился, объективу дается указание смещать точку фокусировки в другую сторону. Процесс повторяется до достижения максимального контраста (что по существу означает продвижение точки фокусировки чуть дальше положения максимального контраста и возврат к точке, после которой контраст начал снижаться). «Сфокусированное» методом контрастного автофокуса изображение – это изображение с максимальным контрастом.

Если ваша камера показывает гистограмму в режиме Live View можно вручную фокусироваться по контрасту.

При контрастном автофокусе оценивается изображение с небольшого участка матрицы – используемого в качестве датчика и совпадающего с точкой фокусировки, выбранной фотографом. Это позволяет выбрать объект, на котором нужно сфокусироваться, и избавляет процессор фотоаппарата от необходимости оценивать контраст всего изображения – оценивается контраст только в выбранных точках автофокусировки.

 

Недостатки контрастного автофокуса

Основным недостатком контрастного автофокуса является его неторопливость. Многоходовый процесс «сдвиг точки фокусировки/линз объектива – оценка – сдвиг – оценка» требует времени, да и фотоаппарат может начать с перемещения точки фокусировки в неправильном направлении – потом нужно будет возвращаться. Из-за крайне невысокой скорости и невозможности следящей фокусировки, контрастный автофокус мало подходит для динамичных сюжетов. Медлительность усложняет даже съемку неподвижных объектов. Контрастный автофокус значительно более чем фазовый зависит от хорошего освещения, да и - что очевидно - требует хорошей контрастности объекта, на котором производится фокусировка.

 

Преимущества контрастного автофокуса

Есть у контрастного автофокуса и преимущества, благодаря которым он не только до сих пор используется в фотоаппаратах, но и увеличивает свое присутствие. Во-первых, система контрастного автофокуса проще. Она не требует дополнительных датчиков и микросхем, которые нужны для фазового автофокуса. Простота снижает стоимость и (а для многих цена важнее скорости) является основной причиной использования контрастного автофокуса в компактных цифровых фотоаппаратах. (Другая причина состоит в том, что глубина резкости у компактных фотоаппаратов изначально больше и требования к точности автофокуса существенно ниже).

Простота системы контрастного автофокуса уменьшает ее размер. Например, появившиеся недавно беззеркальные цифровые фотоаппараты со сменной оптикой стремятся к миниатюрности, а система контрастного автофокуса не требует «отводить» изображение в сторону от матрицы фотоаппарата: значит не нужны призмы, зеркала и линзы, необходимые для системы фазового автофокуса. Миниатюрность - одно из важнейших преимуществ беззеркальных фотоаппаратов со сменной оптикой - все они используют контрастный автофокус.

Второе преимущество состоит в том, что в системе контрастного автофокуса используется матрица фотоаппарата. Нет необходимости «отвода» пучка света через специальные призмы и зеркала на дополнительные датчики, которые могут быть неотюстированы по отношению к матрице фотоаппарата. При контрастной автофокусировке оценивается реальное изображение на матрице фотоаппарата, а не отдельное изображение, которое должно быть (а «должен» еще не значит, что так и есть) точно выверено на соответствие с матрицей.

Именно по этой причине контрастный автофокус обеспечивает более точную автофокусировку, чем фазовый. Подчеркну: "при использовании матрицы для контрастной фокусировки". В зеркальных фотоаппаратах Olympus и Sony для контрастного автофокуса в режиме Live View используется дополнительная, меньшая матрица, а значит - как и в любой системе, требующей юстировки - остается возможность неправильной юстировки.

В целом, система контрастного автофокуса проще, дешевле, меньше по размерам, и теоретически более точна, чем фазовый автофокус. Но она намного медленнее. Производители прилагают все усилия, чтобы ускорить контрастный автофокус, есть успехи, но в ближайшем будущем он будет оставаться более медленным.

Фазовый автофокус

Основные принципы

Систему фазового автофокуса (также известного как phase matching) предложила фирма Honeywell в 1970-х годах; впервые серийно ее использовали в фотоаппарате Minolta Maxxum 7000. Honeywell подала на Minolta иск за нарушение патентых прав и выиграла дело; так что производителям пришлось заплатить Honeywell за право использовать фазовую систему автофокуса.

Фазовый автофокус основан на принципе, согласно которому, исходящие/отраженные от точки, находящейся в фокусе, лучи будут в равной степени освещать противоположные стороны объектива («будут находиться в фазе»). Если объектив сфокусирован перед или позади этой точки, эти лучи света по-разному проходят через края объектива («находятся не в фазе»).

Большинство существующих систем фазового автофокуса используют зеркала, линзы или призмы (разделители пучка), чтобы разделить лучи, проходящие через противоположные края объектива на два луча; и вторичную систему линз, чтобы снова сфокусировать эти лучи на датчике автофокуса (как правило, CCD). Этот датчик определяет, куда падают лучи света проходящие через противоположные края объектива. Если точка находится в фокусе, лучи попадают на датчик на определенном расстоянии друг от друга. Если объектив сфокусирован ближе или дальше требуемой точки, расстояние между этими лучами будет меньше или больше. Много слов, давайте попробуем посмотреть на графическое отображение процесса - (рис. 1).

Рис. 1 Принцип работы фазового автофокуса

Сразу оговорюсь: описание и рисунок дают очень упрощенное объяснение принципа работы фазового автофокуса – для того лишь, чтобы получить представление о том, «как это работает». Физика и механика процесса, описание которых заняло бы не одну страницу, полную формул, цифр и других непонятностей, остались «за кадром».

 

На рисунке ясно видно, что процессор фотоаппарата в системе фазового автофокуса сразу определяет, сфокусирован объектив слишком близко или слишком далеко от объекта, так что один из недостатков контрастного автофокуса (камера не знает, в какую сторону смещать точку фокусировки) изначально отсутствует - вместо перемещения вперед и назад и определения в каком направлении лежит большая контрастность, в фазовом автофокусе процессор сразу видит, в какую сторону смещать точку фокусировки.

А дальше идет процесс. Каждый автофокусный объектив оснащен микропроцессором, сообщающим фотоаппарату о своем присутствии и состоянии, например, "Я объектив 50/1.4 и мой фокусирующий элемент находится в положении на 20% ближе, чем бесконечность" - или нечто подобное. Когда Вы нажимаете на кнопку затвора наполовину, происходит следующее:

  • Фотоаппарат считывает данные с датчика автофокуса, сверяется с массивом данных, содержащих сведения о свойствах автофокусных объективов этого производителя, делает некоторые расчеты и говорит объективу что-то вроде "Передвинь точку автофокуса вот настолько к бесконечности".

  • В объективе есть датчики и микросхемы, измеряющие либо количество тока, поданного на моторчик фокусировки, либо насколько передвинулся фокусирующий элемент. Объектив смещает фокусировочный элемент и посылает сигнал фотоаппарату "почти у цели".

  • Фотоаппарат перепроверяет данные с датчиков автофокуса, и отправляет сигнал объективу к более точной настройке; процесс точной фокусировки может повторяться несколько раз, пока объектив не сфокусируется «точно в цель». Если что-то идет не так, происходит печально известное "рысканье" объектива.

  • После фокусирования, фотоаппарат приказывает объективу зафиксировать фокус, и информирует фотографа (звуком и индикатором в видоискателе). Весь процесс занимает толику секунды. Очень быстро. 

Схема фазового автофокуса

 

Датчик автофокуса не может находиться перед матрицей, поэтому производители используют частично прозрачные области в зеркале, пропускающие свет на вторичное зеркало, от которого он и отражается на датчик автофокуса (рис. 2).

Рис. 2 Схема фазового автофокуса

Обычно датчик автофокуса располагается под основным зеркалом (рис. 3) вместе с датчиками экспозамера. Красной стрелкой показан датчик автофокуса фотоаппарата Canon EOS 5D. Изображение взято с сайта Canon, USA

Рис. 3 Расположение датчика автофокуса

Типы датчиков фазового автофокуса

Каждый датчик способен оценить лишь небольшую часть изображения. Горизонтальные датчики точнее работают с вертикальными деталями. В большинстве изображений вертикальные детали преобладают, поэтому горизонтальных датчиков больше. Есть и вертикальные датчики, как правило, расположенные крестообразно с горизонтальными (рис. 4). Некоторые фотоаппараты оборудованы даже диагональными датчиками фазового автофокуса.

Некоторые датчики автофокуса (почти всегда располагаются в центре), с помощью различных линз и размера самого датчика, достигают большей точности автофокуса, особенно при использовании светосильных объективов. Чаще всего они включаются в работу только при использовании объективов со светосилой f/2.8 или светлее. На рисунке 4, например, показано, что при использовании объектива f/2.8 будет использоваться крестообразный датчик, а для более темных объективов будет задействован лишь один менее точный датчик автофокуса.

Рис. 4 Крестообразный датчик автофокуса

В первых системах фазового автофокуса (и в некоторых современных фотоаппаратах среднего формата) был только один датчик в центре изображения. С ростом вычислительной мощности и инженерного мастерства добавлялись все новые и новые датчики. Сейчас у большинства фотоаппаратов их от семи/девяти и до 52. Можно – в зависимости от требований снимаемой сцены - выбрать один, все, или группу датчиков. Можно сообщить фотоаппарату какой датчик/датчики использовать.

 

Многочисленные датчики фазового автофокуса, совместно с процессором фотоаппарата, способны на замечательные вещи. Определяя, в каких датчиках движущийся объект находится в фокусе и как это изменяется – измеряя перемещение объекта и считывая показания через кратчайшие промежутки времени – фотоаппарат может предсказывать, где будет находиться движущийся объект через определенный промежуток времени. На этом основана работа следящего автофокуса.

Крестообразный датчик автофокуса

Влияние светосилы объектива

Независимо от типа датчика, автофокус будет более точным при использовании светосильных объективов. В процессе фокусировки фотоаппарат максимально открывает объектив, закрывая диафрагму до выбранного вами значения только в момент открытия шторок. Фазовый автофокус тем точнее, чем шире угол лучей света. На приведенной схеме угол лучей, полученных от объектива f/2.8 (синие линии), будет больше, чем от объектива f/4 (красные линии), которые в свою очередь больше, чем от объектива f/5.6 (желтые линии). При использовании объектива с максимальной диафрагмой f/8, только самые точные датчики способны работать, но фокусировка будет медленной и менее точной. Именно по этой причине прекращают автофокусироваться объективы f/5.6, когда мы пытаемся использовать телеконвертер, снижающий их максимальную светосилу до f/8 или f/11.

 

Преимущества фазового автофокуса

Основные преимущества фазового автофокуса мы уже упомянули:

  • он много быстрее контрастного - достаточно быстр для съемки движущихся объектов.

  • Фотоаппарат способен использовать группу датчиков для оценки движения объекта, что дает нам следящий/предикативный автофокус.

Есть и менее явные преимущества. Группы датчиков фазового автофокуса могут использоваться для "электронного ГРИП " – предварительной оценки глубины резкости. Некоторые фотоаппараты (правда, их немного) оснащены функцией автофокусной ловушки (trap autofocus) – они делают снимок в момент, когда что-то попадает в активную точку фокусировки. Если датчики обнаруживают движение в статической сцене, они могут сообщить о недопустимом шевелении фотоаппарата. Но – основное - скорость и следящий автофокус

 

Недостатки фазового автофокуса

Во-первых, система фазового автофокуса требует физической юстировки. Путь света к матрице фотоаппарата должен быть согласован с путем света к датчику автофокуса так, чтобы предмет, находящийся в фокусе на датчике автофокусировки был в фокусе и на матрице. Каждый объектив должен содержать микросхему, обеспечивающую обратную связь с фотоаппаратом и сообщающую ему информацию о точном положении фокусирующего элемента, о том, на какое расстояние элемент перемещается при подаче определенного тока на моторчик автофокуса. Все это должно быть точно согласовано и выверено таким образом, чтобы объектив смещал точку фокусировки именно туда, куда ему указал фотоаппарат, а фотоаппарат знал точное положение этой точки. Малейшая несогласованность приводит к неточной фокусировке.

Во-вторых, система требует программной настройки. Каждый фотоаппарат и объектив программируются производителем, в память вносится большое количество данных. Благодаря этим данным обеспечивается согласованная работа фотоаппарата и объектива, а точность автофокуса иногда может быть улучшена путем обновления прошивок. Такие обновления часто выпускаются вслед за появлением новых объективов.

Производители скрывают алгоритмы работы своих систем фазового автофокуса. Сторонние производители объективов вынуждены экспериментальным путем считывать и декодировать сигналы, которыми обмениваются фотоаппарат и объектив и на основе этих данных разрабатывать свои микропроцессоры и свои алгоритмы. Из-за этого точность автофокуса при использовании объективов сторонних производителей может быть ниже. Изменение алгоритмов производителями фотоаппаратов приводит к тому, что автофокус на объективах сторонних производителей отказывается работать (их нужно перепрограммировать, как недавно произошло с Sigma AF 120-300/2.8 и Nikon D3X).

 

Как уже упоминалось, светосила объектива влияет на точность фазового автофокуса. Светосильные объективы способны фокусироваться в более сложных условиях. Обычно зависимость от светосилы не вызывает проблем, потому что у темных объективов большая глубина резкости. Однако, есть значения максимальной светосилы (как правило, f/5.6 или f/8), когда фазовый автофокус просто отказывается работать. (Помните, речь идет о максимальной светосиле объектива - фотоаппарат автоматически полностью открывает диафрагму объектива в процессе фокусировки, поэтому установленное значение не оказывает влияние на автофокус, если максимальная диафрагма объектива соответствует возможностям фотоаппарата).

 

Поскольку свет попадает на датчики автофокуса только когда зеркало опущено, они перестают работать в момент снимка, и не начинают работать до того, пока зеркало не вернется в исходное положение. Именно поэтому фазовый автофокус не работает в режиме Live View, а следящий автофокус может ошибаться при серийной съемке.

 

Есть и другие проблемки, которые мы не замечаем. Линейные поляризационные фильтры мешают фазовому автофокусу. Линейных поляриков сейчас осталось немного, но бывает, что купив его «по-дешевке» владелец потом удивляется неточности автофокуса. Фазовый автофокус может просто «сдуться» на некоторых сюжетах (типа шахматной доски или решетки), а контрастный легко справляется с ними.

Live View:

Я выделил режим Live View, потому что именно он заставляет производителей работать над усовершенствованием контрастного автофокуса и над созданием гибридных систем. Как уже упоминалось, контрастный автофокус обладает определенными преимуществами, а преодоление его ограничений будет на пользу всем фотографирующим.

Olympus и Sony уже создали системы, которые разделяют пучок света, отправляя часть в видоискатель, а часть – на дополнительный датчик изображения. Такая система позволяет пользоваться фазовым автофокусом даже в режиме Live View. Но и риск неточной фокусировки возрастает, ведь используется не матрица, а вспомогательный датчик.

 

Canon описал систему, которая использует фазовый автофокус на начальном этапе, а затем тонко подстраивает фокусировку при помощи контрастного автофокуса.

Nikon кажется, подал заявку на патентование принципа, когда определенные пиксели матрицы фотоаппарата будут использоваться в качестве датчиков фазового автофокуса. Это – по-моему – будет просто революцией.

FujiFilm уже выпустил линейку компактных цифровых фотоаппаратов с гибридной системой автофокуса.

 

Поживем, увидим. Но очевидно, что впервые за последние годы изменения систем автофокуса могут быть революционным, а не эволюционными. Что – согласитесь – таит для фотолюбителей много интересного и захватывающего.

 

 

август 2010 года

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.

Контрастный и фазовый автофокус

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Фазовый автофокус

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.

Строение камеры смартфона

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.

Двойная камера Honor 8 Pro

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.

Фокусировка на объекте

Фокусировка на объекте 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.

Принцип работы автофокуса

  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.

Принцип работы автофокуса

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.

Принцип работы автофокуса

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.

Контрастный и фазовый автофокус — «Фотоучебник»

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.

Источник: htprophotos.ru

Как пользоваться автофокусом

© 2014 Vasili-photo.com

Автофокус

Автофокус или автоматическая фокусировка для большинства фотографических сюжетов является более предпочтительным решением по сравнению с ручной фокусировкой. В умелых руках автофокус осуществляет наводку на резкость точнее, а, главное, быстрее, чем среднестатистический фотограф. Однако автофокус далеко не так прост, как это может показаться начинающему фотолюбителю, и правильное его использование весьма далеко от принципа point-and-shoot. Существует ряд тонкостей, которые следует усвоить, если вы хотите, чтобы автофокус перестал жить своей собственной жизнью и начал делать то, что вы от него хотите.

Я настоятельно рекомендую вам перечитать тот раздел инструкции к вашему фотоаппарату, который посвящён автофокусу – это одни из самых полезных страниц во всём руководстве, и информацией, содержащейся там, не стоит пренебрегать. Как минимум, вы должны представлять, какие органы управления отвечают за переключение между различными режимами работы автофокуса и выбор нужной вам фокусировочной точки.

Режимы автофокуса

Режимы автофокуса

Большинство фотоаппаратов имеют два основных режима автофокуса: одиночный и следящий.

Одиночный или покадровый автофокус (в камерах Nikon он называется Single Servo AF (S), а в аппаратах Canon – One-shot AF) предназначен для съёмки неподвижных сцен, таких как, например, большинство пейзажей. При нажатии кнопки спуска наполовину камера фокусируется на объекте, расположенном в пределах заранее выбранной фокусировочной точки, после чего фокус блокируется, позволяя вам изменить компоновку кадра (не меняя, разумеется, расстояния до объекта) и лишь затем спустить затвор.

Следует понимать, что на самом деле объектив фокусируется не на объекте, как таковом, а на определённой дистанции. Таким образом, если я позволю камере навестись на некий объект, расположенный на расстоянии 5 метров от меня, то и все прочие объекты, удалённые от меня на 5 метров, т.е. лежащие в фокальной плоскости, выйдут резкими, и пока фокус заблокирован, а расстояние до объекта не меняется, я волен вертеть камерой в угоду композиции, не опасаясь сбить фокусировку.

Этот метод хорош, когда расстояние до снимаемого объекта сравнительно велико и измеряется как минимум метрами. На близких же дистанциях, неизбежных при макросъёмке, перекомпоновка кадра, влекущая за собой изменение расстояния всего в пару сантиметров, может вылиться в заметное смещение фокуса относительно объекта, что будет особенно критичным при малой глубине резкости.

Следящий или непрерывный автофокус (у Nikon – Continuous Servo AF (C), у Canon – AI Servo AF) незаменим при съёмке движущихся объектов, таких как спортсмены или животные. Пока кнопка спуска затвора остаётся полунажатой, автофокусировка продолжает работать непрерывно, удерживая объект в фокусе, даже когда дистанция между ним и вами изменяется. Блокировки фокуса при этом естественно не происходит, поскольку линзы объектива находятся в постоянном движении, отслеживая перемещения объекта.

Очевидно, что при использовании следящего автофокуса вы не можете произвольно менять компоновку кадра, т.к. если активная фокусировочная точка покинет снимаемый объект, то и фокус сместится с объекта на фон вслед за точкой. Для того, чтобы заблокировать фокус в следящем режиме автофокуса, следует использовать фокусировку задней кнопкой.

***

Промежуточный или автоматический режим (AF-A или AI Focus AF), который сам решает – использовать ли одиночный или следящий автофокус, – не внушает мне большого доверия, поскольку он не всегда в состоянии отличить движение камеры от движения объекта.

Точки фокусировки

Выбор точек фокусировки

Количество фокусировочных точек в современных фотоаппаратах может достигать полусотни и даже больше. Изобилие точек фокусировки это, конечно, приятно, и порою полезно, но даже если ваша камера имеет небольшое по современным меркам число точек (девять или одинадцать), вам всё равно хватит их с головой.

При съёмке неподвижных объектов я использую только одну единственную точку, чаще всего – центральную. Одна точка позволяет мне точнейшим образом сфокусироваться на нужном мне объекте или даже на отдельной его детали, а затем, заблокировав фокус, перекомпоновать кадр так, как мне того хочется.

Точки автофокуса

Автоматический выбор точек фокусировки весьма удобен, когда вы спешите, но следует помнить, что камера обычно старается сфокусироваться на ближайшем к ней объекте или же на области с наибольшим контрастом, а это далеко не всегда то, чего вы хотите. Автофокус не может знать, какой из объектов является наиболее важным и требующим безусловной резкости, а какой второстепенен, и, следовательно, может остаться не в фокусе, а потому не ленитесь самостоятельно выбрать фокусировочную точку, в случае, если автоматика камеры с этим не справляется.

Я использую автовыбор фокусировочной точки только в следующих ситуациях:

  • Объект движется очень быстро, и у меня попросту нет времени выбирать точки – камера сделает это куда проворнее. Это справедливо и тогда, когда движется сам фотограф, находясь, к примеру, на борту моторной лодки.
  • Единственный объект съёмки хорошо выделяется на сравнительно монотонном фоне, как, например, птица, летящая по небу, и у автофокуса нет шансов навестись на что-нибудь постороннее.
  • Все элементы снимаемой сцены находятся на одинаково большом удалении от фотоаппарата, как, например, при съёмке с высокой горы, и разницей между расстоянием до отдельных объектов можно пренебречь.
  • Съёмка текстур, когда снимаемая поверхность размещается в фокальной плоскости, т.е. строго перпендикулярно оптической оси объектива.
  • Фотоаппарат передаётся в руки человека, не имеющего понятия об автофокусе.

Во всех остальных случаях я пользуюсь единственной фокусировочной точкой.

Следует также помнить, что форма фокусировочных точек в видоискателе фотоаппарата лишь приблизительно обозначает истинные форму и габариты датчиков автофокуса.

Приоритет фокуса или спуска

Приоритет фокуса (focus priority) означает, что при полном нажатии кнопки спуска затвора, снимок будет сделан, только если объект съёмки находится в фокусе. В противном случае затвор не сработает.

Если же включен приоритет спуска (release priority), то снимок будет сделан, когда бы вы ни нажали на кнопку, вне зависимости от того, осуществлена наводка на резкость или нет.

Обычно, согласно заводским настройкам фотоаппарата, в режиме одиночного автофокуса используется приоритет фокуса, а в режиме следящего автофокуса – приоритет спуска, но вы вольны изменять приоритеты по своему усмотрению.

Различия между контрастным и фазовым автофокусом

В цифровых фотоаппаратах используются две наиболее распространённые системы автофокуса: фазовый автофокус и контрастный. Разберёмся, чем они отличаются друг от друга.

Контрастный автофокус

Контрастный автофокус используется в компактных камерах, а также в зеркальных аппаратах в режиме Live View.

Контрастный автофокус не нуждается в каких-либо дополнительных фокусировочных датчиках и для фокусировки использует непосредственно матрицу фотоаппарата. Изображение, поступающее с матрицы, анализируется процессором камеры на предмет изменения контраста. При возникновении необходимости выполнить наводку на резкость процессор даёт команду фокусировочному мотору слегка переместить линзы объектива в произвольном направлении. Если контраст изображения при этом снизился, направление изменяется на противоположное. Если контраст повысился, движение линз продолжается в исходном направлении до тех пор, пока контраст снова не начнёт уменьшаться. В этот момент автофокус возвращает объектив на шаг назад, т.е. в то положение, в котором контраст был максимальным, после чего фокусировка считается завершённой.

В силу того, что контрастный автофокус не знает, насколько и в какую сторону следует переместить точку фокуса, он вынужден действовать наощупь, ориентируясь исключительно на изменение контраста, и, как следствие, совершать множество лишних движений. Именно поэтому основным недостатком контрастного автофокуса является низкая скорость фокусировки, делающая его совершенно непригодным для съёмки подвижных объектов.

Из преимуществ контрастного автофокуса следует отметить простоту конструкции, точность и возможность сфокусироваться практически в любой точке кадра.

Фазовый автофокус

Фазовый автофокус используется в зеркальных камерах, как в плёночных, так и в цифровых. Помимо основного зеркала, необходимого для направления изображения в видоискатель, зеркальная камера снабжается также небольшим дополнительным зеркалом, которое переотражает часть света на модуль фазового автофокуса. Всякий луч света, проходя через специальную оптическую систему, состоящую из светоделительной призмы и микролинз, разделяется на два луча, каждый из которых направляются затем непосредственно на датчики автофокуса. В случае точной наводки на резкость лучи должны падать на датчики на строго определённом расстоянии друг от друга. Если расстояние между лучами меньше эталона, это указывает на то, что объектив сфокусирован ближе, чем нужно (фронт-фокус), если расстояние больше – объектив сфокусирован дальше (бэк-фокус). Величина сдвига говорит о том, насколько далёк объектив от идеального фокуса. Таким образом, фазовый автофокус сразу предоставляет процессору информацию о том, в фокусе ли объект съёмки, а если нет, то куда и насколько нужно сместить фокусировочные линзы объектива. Это позволяет осуществить наводку на резкость одним быстрым движением.

Фазовый автофокус: фронт-фокус Фазовый автофокус: фронт-фокус Фазовый автофокус: фронт-фокус

Датчики фазового автофокуса бывают линейными и крестообразными. Линейные датчики в свою очередь делятся на горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные датчики фокусировки чувствительны к вертикальным деталям (например, стволы деревьев), а вертикальные датчики – к горизонтальным деталям (например, линия горизонта). Крестообразные фокусировочные датчики универсальны и восприимчивы к деталям, ориентированным в любом направлении. Узнать, какие именно датчики автофокуса являются крестообразными, а какие линейными, можно из руководства к вашей камере. Наиболее чувствительный датчик всегда расположен в центре кадра.

Скорость фокусировки – главное преимущество фазового автофокуса, делающее его незаменимым при съёмке динамичных сюжетов. Основными же недостатками являются сложность и громоздкость системы автофокуса, необходимость тщательной юстировки всех её компонентов, меньшая точность по сравнению с контрастным автофокусом, ограниченное число фокусировочных точек, а также невозможность использовать классический фазовый автофокус в режиме Live View.

Гибридный автофокус

Попытки совместить преимущества фазового и контрастного автофокуса привели к появлению гибридных систем, которые используются во многих беззеркальных и некоторых зеркальных камерах.

Суть гибридного автофокуса заключается в том, что фазовые датчики интегрированы прямо в матрицу фотоаппарата. Фазовый автофокус обеспечивает первичную быструю наводку на резкость, которая затем корректируется за счёт анализа контраста изображения. При этом вся система весьма компактна и не требует механической юстировки.

Что ещё влияет на точность автофокуса?

Светосила

Точность автофокуса напрямую зависит от светосилы объектива. Используемый в современных объективах механизм прыгающей диафрагмы подразумевает, что экспозамер и наводка на резкость осуществляются при полностью открытой диафрагме, которая автоматически прикрывается до выбранного значения лишь непосредственно в момент спуска затвора. Чем больше максимальное относительное отверстие объектива, тем больше света попадает на датчики автофокуса в процессе фокусировки. За счёт того, что при большей светосиле лучи света проходят дальше от оптической оси объектива, они падают на датчики под большим углом друг к другу, что облегчает определение разницы фаз. Самые точные датчики фазового автофокуса расчитаны на работу при светосиле от f/2.8 и выше, а при светосиле ниже f/8 перестают работать любые датчики. Кроме того, большая светосила обеспечивает малую глубину резко изображаемого пространства, что опять-таки повышает точность фокусировки, поскольку отклонения от идеального фокуса становятся более очевидными.

Фокусное расстояние

Чем больше фокусное расстояние объектива, тем меньше глубина резкости. Казалось бы, это должно обеспечить более точную работу автофокуса с телеобъективами. Точность-то действительно повышается, но вместе с тем за счёт исчезающе малой глубины резкости любой промах автофокуса оказывается гораздо более заметным именно при использовании телеобъективов, и в действительности попасть в фокус с телеобъективом значительно сложнее, чем с объективом, имеющим небольшое фокусное расстояние. На практике широкоугольные объективы гораздо более толерантны к ошибкам автофокуса.

Детализация

Датчики автофокуса нуждаются в ясно различимых, контрастных деталях, по которым можно было бы выполнить наводку на резкость. Так, если объект имеет чёткие контуры или рельефную фактуру, автофокус прекрасно справится со своей задачей, а вот на плоских, монотонных поверхностях ему будет попросту не за что зацепиться.

Освещённость

Чем ярче освещена сцена, тем точнее работает автофокус. При падении освещённости снижается и уровень контраста, подлежащий оценке, что сильно затрудняет фокусировку. Когда яркость сцены составляет LV 1 (см. «Световые и экспозиционные числа»), автофокус работает из рук вон плохо, а при LV –2 и ниже пользоваться автофокусом практически невозможно и фокусироваться приходится исключительно вручную.

Фотограф

Основной фактор, лимитирующий точность автофокуса – это ваше умение им пользоваться. Никакие высокочувствительные датчики и сверхбыстрые фокусировочные моторы не заменят мастерства фотографа. Без должного навыка даже самая совершенная система автофокуса будет постоянно промахиваться.

Самое главное в использовании автофокуса – это регулярная практика. Вдумчивый подход к работе автоматики позволит вам фокусироваться быстро, точно и не без излишнего вольнодумства со стороны камеры.

Спасибо за внимание!

Василий А.

Post scriptum

Если статья оказалась для вас полезной и познавательной, вы можете любезно поддержать проект, внеся вклад в его развитие. Если же статья вам не понравилась, но у вас есть мысли о том, как сделать её лучше, ваша критика будет принята с не меньшей благодарностью.

Не забывайте о том, что данная статья является объектом авторского права. Перепечатка и цитирование допустимы при наличии действующей ссылки на первоисточник, причём используемый текст не должен ни коим образом искажаться или модифицироваться.

Желаю удачи!


  Дата публикации: 07.12.2012
  Последнее обновление: 01.05.2014
Лицензия Creative Commons

Вернуться к разделу "Специальные приёмы"

Перейти к полному списку статей


Что такое PDAF и Dual Pixel? Или как работает автофокус на смартфонах
Оценка этой статьи по мнению читателей:

В первой части статьи мы подробно рассмотрели базовые понятия о том, что такое матрица, каким образом она формирует изображение. В частности, было рассказано о популярных технологиях Quad Bayer и Tetracell, которые используются на современных смартфонах в матрицах с высоким разрешением (от 48 мегапикселей).

В этой части мы затронем еще несколько интересных технологий, связанных с процессом фокусировки и получения изображения. Понимание этих вещей не только удовлетворит праздное любопытство, но и принесет практический смысл, позволяя вам более осознанно подходить к выбору смартфона с хорошей камерой даже в средне-бюджетном ценовом сегменте.

Перед тем, как приступить к основной теме, хочу предупредить, что многое, о чем будет говорится ниже я привожу лишь в качестве иллюстрации. Принцип работы некоторых систем я буду сильно упрощать, чтобы статья была понятной и доступной широкому кругу читателей.

Как смартфоны научились фокусироваться и делать изображение резким

Вы задумывались над тем, как смартфон понимает, какую часть изображения необходимо сделать резкой и как именно он это делает?

Аналогия с нашими глазами здесь не совсем уместна, так как глаза делают резким то изображение, которое мы хотим разглядеть. В отличие от смартфона мы отлично распознаем то, что видим, фокусируясь на желаемом предмете. А вот для смартфона наша фотография — это бессмысленный набор цветных точек. И камера не понимает, на чём ей следовало фокусироваться, чтобы не испортить очередной кадр.

Конечно, существует такое понятие, как семантическая сегментация. Но несмотря на активное развитие машинного обучения и нейронных сетей, современные смартфоны еще не научились определять предметы на фото так же хорошо, как это делают люди, чтобы использовать для фокусировки искусственный интеллект.

Четкая или размытая фотография?

Для того, чтобы фотография получилась четкой, необходимо соблюсти всего одно условие — лучи света, отраженные от снимаемого объекта, должны пересекаться в точке на матрице.

Чтобы лучше это понять, вспомним, как вообще свет попадает на матрицу и формирует там изображение. Представим, что мы хотим сфотографировать цветок. Внутри камеры смартфона вначале располагается объектив с линзами, а затем матрица:

линза объектива смартфона и цветок

Лучи света, отраженные от каждой точки этого цветка, попадают на матрицу смартфона, проходя через линзы объектива. И когда лучи света проходят через объектив, они преломляются, пересекаясь в одной точке. В этой точке изображение и будет максимально резким и четким.

К примеру, вот как свет, отраженный от красного лепестка, оказался на матрице смартфона:

свет, отраженный от красного лепестка на матрице

Не обращайте внимание на то, что картинка на матрице получилась перевернутой. Ведь текст, который вы сейчас читаете (как и весь окружающий мир), вы точно также видите перевернутыми. Просто мозг скрывает это от вас, «на лету» переворачивая обратно сформированное на сетчатке глаза изображение.

Хрусталики наших глаз напоминают по форме линзу, выпуклую с двух сторон — как та, что используется в объективе камеры смартфона и показана на наших картинках. А когда через такую линзу проходят лучи света, они, как уже было сказано, преломляются под определенными углами, из-за чего изображение получается перевернутым. Эти углы подчиняются определенным правилам (законам физики). Они очень просты для понимания, но в рамках этой статьи мы не будем их рассматривать, чтобы сэкономить время.

Ровно таким же образом на матрице формируются и другие части нашего цветка, например, зеленый стебель:

свет, отраженный от зеленого стебля на матрице

В рассмотренном примере цветок на матрице получился четким, то есть, в фокусе. Но если бы наш цветок находился чуть дальше, лучи проходили бы через линзу немножко под другим углом, соответственно, угол преломления также слегка бы отличался и пересекались бы эти лучи еще до попадания на матрицу. А на матрицу вместо одной точки падало бы множество лучей, накладываясь друг на друга с небольшим смещением, что делало бы общую картинку размытой (не в фокусе):

почему фото со смартфона получается смазанным

В реальной жизни, когда объект отдаляется от нашего глаза, мозг просто слегка изменяет форму хрусталика, растягивая его или, наоборот, сжимая. Из-за этого меняется угол преломления лучей, которые в итоге пересекаются в одной точке прямо на сетчатке. А те объекты, что находятся ближе или дальше, оказываются размытыми, так как лучи света, отраженные от них, пересекаются еще до сетчатки или в условной точке за нею.

Но смартфон не может изменять форму линзы, растягивая ее, как хрусталик, ведь она сделана из стекла. Вместо этого смартфон перемещает линзу внутри объектива вперед или назад таким образом, чтобы лучи снова пересеклись в одной точке — на матрице. Проблема со смартфоном заключается лишь в том, как определить, в какую сторону двигать эти линзы и как понять, что нужный объект уже в фокусе.

Контрастный автофокус (CDAF). Или определяем резкость «на глаз»

Еще недавно смартфоны вообще не умели фокусироваться. К примеру, первые два поколения iPhone не имели системы автофокусировки. Она появилась лишь в 2009 году с выпуском iPhone 3GS.

Сегодня все бюджетные и многие средне-бюджетные смартфоны используют самый старый, простой и надежный метод фокусировки под названием контрастный автофокус.

Суть его работы очень проста. Вы выбираете пальцем на экране смартфона нужную область фокусировки или смартфон самостоятельно выбирает центральную часть кадра, после чего камера пытается сделать так, чтобы объект в этой части кадра был в фокусе.

Но делает он это не так как люди. Мы понимаем, что цветок находится в фокусе, когда отчетливо видим его очертание, смартфон же просто оценивает гистограмму изображения (график распределения яркости). Ведь, как уже было сказано ранее, для смартфона все предметы — это просто пятна различной яркости.

Лучше всего это понять на следующем примере. Ниже вы можете увидеть изображение одного и того же цветка с разной степенью резкости, а под каждым цветком — его гистограмму (график распределения яркости), с которой и работает смартфон:

как работает контрастный автофокус на смартфонах

По горизонтали на маленьких гистограммах представлены уровни яркости изображения — от ее полного отсутствия слева (черный цвет) до самого яркого участка справа (белый цвет). А по вертикали отображается количество пикселей в кадре соответствующей яркости.

А теперь обратите внимание на закономерность — чем более размыта картинка, тем меньше здесь контрастных четких контуров темного цвета. На самом размытом цветке (первый слева) вообще отсутствуют черные/темные цвета, то есть, контуров нет вообще и график очень сильно смещен вправо.

Что же делает смартфон? Он берет небольшой участок изображения (на котором мы хотим сфокусироваться или же центральную часть кадра) и оценивает его гистограмму. Затем смартфон начинает передвигать лизну внутри объектива вперед и анализирует, как меняется распределение яркости. Если контраст падает (то есть, разброс по яркости уменьшается), смартфон начинает передвигать линзу в обратную сторону, пока не найдет самый высокий контраст. А в конце, чтобы наверняка не промахнуться, передвигает линзу еще немножко дальше. Если контраст снова начинает падать — возвращается обратно в ту позицию, где контраст был максимальным.

Что не так с контрастным автофокусом и почему он используется только на дешевых смартфонах?

Я думаю, вы уже догадались по описанию работы контрастного автофокуса, что с ним не так. Смартфон понятия не имеет, четкая ли сейчас картинка и в каком направлении нужно переместить объектив, чтобы еще увеличить резкость.

Для этого он начинает просто передвигать линзу вперед-назад, чтобы оценить, меняется ли контраст сцены. А в это время мы видим на экране «прыгающий» автофокус. То есть, изображение на доли секунды становится то размытым, то снова резким.

Если при съемке фотографий это не является проблемой, то при записи видео контрастный автофокус может хорошенько подпортить результат. Вероятно, вы не раз замечали, как картинка на видео периодически «дергается» и фокус то пропадает на мгновение, то снова появляется. Когда вы снимаете видео на смартфоне с контрастным автофокусом и вся сцена идеально сфокусирована, смартфон все равно будет периодически передвигать линзу, чтобы убедиться, что в данный момент времени картинка максимально резкая. И это будет хорошо заметно на записи.

Другими словами, контрастный автофокус очень плохо справляется с видеозаписью и вам следует об этом помнить, если вы любите снимать видео на смартфоне.

А продолжают его использовать по той причине, что это самый простой и дешевый метод фокусировки, не требующий никакого дополнительного оборудования. Но если вы хотите иметь более быстрый и качественный автофокус, необходимо при выборе смартфона искать в его характеристиках аббревиатуру PDAF.

Что такое PDAF (или фазовый автофокус) на современных смартфонах?

Сам термин PDAF (Phase-Detection Autofocus) переводится с английского, как фазовый автофокус. Впервые этот метод фокусировки появился на зеркальных фотоаппаратах достаточно давно. Но первым в мире смартфоном с PDAF автофокусом, если мне не изменяет память, стал Samsung Galaxy S4, вышедший в 2014 году. Затем последовал iPhone 6 от компании Apple и с тех пор все флагманские смартфоны стали выпускаться с PDAF.

Принцип работы фазового автофокуса выглядит следующим образом. Когда объект находится в фокусе, отраженные от него лучи света будут в равной степени освещать противоположные стороны объектива. Если объект не в фокусе, лучи света по-разному проходят через края линзы.

Другими словами, чтобы сфокусироваться, камера должна получить два изображения одного и того же кусочка кадра — одно изображение с левой половины линзы, а другое — с правой. Если изображения будут немного смещены относительно друг друга, значит, снимаемый объект не в фокусе.

Рассмотрим простой пример:

как работает фазовый автофокус (pdaf)

Здесь мы видим изображение, полученное с одной стороны линзы (A) и с противоположной (B). Если эти сигналы сравнить, то мы увидим небольшое смещение (C). Так как камера хорошо знает свои параметры (размер объектива и линз, фокусное расстояние), ей не составляет труда определить расстояние, на которое нужно переместить линзу, чтобы сигналы с противоположных сторон объектива совпадали.

В этом и заключается главное преимущество фазового автофокуса над контрастным. При фазовом автофокусе камере достаточно одного кадра, чтобы рассчитать, в какую сторону и как далеко нужно переместить линзу. А при контрастном автофокусе, каким бы идеальным он ни был, приходится проверять множество кадров при разных положениях линзы, чтобы поймать самый высокий контраст.

Неужели у смартфона две матрицы!?

Действительно, каким образом смартфон получает две картинки с противоположных сторон линзы? Ведь, когда свет проходит через объектив, он освещает всю матрицу сразу. Все верно, но здесь есть один небольшой трюк.

В типичной матрице с PDAF автофокусом не все пиксели используются для получения картинки. Среди «обычных» пикселей встречаются пиксели PDAF, которые не участвуют в построении изображения, а служат лишь для фокусировки. Чтобы понять, в чем разница между этими пикселями, давайте посмотрим на их схематическое изображение:

нормальный пиксель и PDAF-пиксельОбычный пиксель (слева) и PDAF-пиксель (справа)

Слева изображен обычный пиксель. Здесь мы видим, как лучи света с противоположных сторон объектива (A и B) падают на микролинзу (C), прикрывающую сам фотодиод (E). Затем идет цветной фильтр (D), который пропускает только свет определенного цвета (в данном случае, красного). Если все это кажется вам немного сложным, почитайте первую часть статьи.

Справа изображен PDAF-пиксель, который имеет ряд отличий. Прежде всего, здесь нет цветного фильтра по нескольким причинам. Во-первых, цвет совершенно не играет никакой роли при оценке смещения изображения, а во-вторых, цветной фильтр пропускает только треть света, падающего на микролинзу.

Черная область на картинке справа (D) — это перекрытие половины фотодиода, которое блокирует весь свет, падающий с левой половины линзы объектива. То есть, этот пиксель содержит только те лучи света, что прошли через правую половину объектива. Если мы возьмем еще один PDAF-пиксель и перекроем другую половину его фотодиода, он будет содержать только те лучи, что прошли также через другую половину объектива. Такая пара PDAF-пикселей и содержит информацию с противоположных сторон объектива, которую мы можем теперь сравнивать.

Таких пар PDAF-пикселей на самом деле достаточно много «разбросано» по всей матрице — десятки тысяч. И каждый из них не содержит никакой информации о фотографии. Если ничего не предпринимать, на любом снимке со смартфона при детальном рассмотрении можно было бы отыскать десятки тысяч маленьких черных точек.

Но, к счастью, вы их не найдете. Смартфон прекрасно «знает» позицию каждого PDAF-пикселя и после съемки «зарисовывает» черные точки, примерно подбирая нужный цвет. Если на готовой фотографии PDAF-пиксель окружают зеленые точки, смартфон предполагает, что и на месте PDAF-пикселя должна была быть зеленая точка.

Что такое Dual Pixel от компании Samsung?

Это маленькая революция в области фокусировки камер. Правда, придуманная не компанией Samsung и не для смартфонов.

Впервые автофокус Dual Pixel был представлен компанией Canon в 2013 году с анонсом зеркальной камеры Canon EOS 70D. А спустя 3 года ту же технологию компания Samsung принесла в мир мобильных камер. Первым в мире смартфоном с Dual Pixel PDAF стал Samsung Galaxy S7.

Что интересно, на iPhone этой технологии до сих пор нет. Там используется гибридный автофокус — вначале смартфон примерно «прицеливается» с помощью PDAF, а затем доводит резкость контрастным автофокусом. Дело в том, что точность PDAF-автофокуса при столь редком «вкраплении» PDAF-пикселей ниже точности контрастного автофокуса, хотя он и быстрее. Поэтому, PDAF используется на iPhone лишь для того, чтобы понять, в какую сторону двигать линзы, чтобы фокус не прыгал туда-сюда, как на дешевых бюджетных камерах.

Такой же принцип используется и на других средне-бюджетных аппаратах с PDAF, но без Dual Pixel.

Каждый пиксель — это и PDAF, и обычный пиксель одновременно!

При использовании технологии Dual Pixel, каждый пиксель на матрице (или 80-90% всех пикселей) используется для работы фазового автофокуса. Но в таком случае, кто же тогда будет делать снимок, если все пиксели используются для фокусировки?

Давайте схематически изобразим Dual Pixel и все вопросы сами отпадут:

dual pixel от samsung

Здесь мы видим те же лучи света с противоположных сторон объектива (A и B), микролинзу (C) и цветной фильтр (D). Однако дальше картина немного отличается. Вместо одного фотодиода, собирающего весь свет, размещаются 2 отдельных фотодиода (E и F). А микролинза спроектирована так, чтобы на каждый отдельный фотодиод конкретного пикселя попадала только часть лучей с одной из сторон объектива.

Таким образом, каждый пиксель содержит информацию о фазе световых лучей. Здесь больше нет никаких перекрытий фотодиодов, блокирующих 50% всего света. Для фокусировки камера использует информацию с каждого фотодиода по отдельности (левая и правая стороны объектива), а во время съемки, сигналы с двух фотодиодов объединяются в один.

Камера не теряет информацию, так как здесь нет отдельных PDAF-пикселей, не захватывающих изображение. Также областью фокусировки является вся матрица, а не 5% ее пикселей.

В реальности, на матрице Samsung Galaxy S10 или Note10 с разрешением 12 мегапикселей используется 24 миллиона фотодиодов. Но работают они по отдельности только при фокусировке, а во время съемки сигнал обрабатывается совместно, да и линз с цветными фильтрами на такой матрице 12 миллионов.

Получается, на 108-Мп матрице в реальности используется 216 мегапикселей?

Нет. Размер одного пикселя на любой современной матрице с высоким разрешением (48/64/108 Мп) составляет рекордные 0.8 мкм. Если предположить, что каждый пиксель содержит еще по 2 отдельных фотодиода, мы получим размер каждого из них по 0.4 мкм. Но до этого технологии еще не дошли.

Чтобы ответить на этот вопрос, предлагаю взглянуть на реальную фотографию небольшого участка матрицы от Sony под микроскопом:

pdaf пиксели на матрице SonyМатрица Sony

То, что вы видите — это реальные микролинзы, прикрывающие пиксели. Под ними расположены цветные фильтры и фотодиоды. Обратите внимание на крупный пузырек в центре кадра. Это микролинза PDAF-пикселя, скрывающая под собою два фотодиода.

Если мы посмотрим под микроскопом на матрицу Samsung, то увидим немножко другую картину:

pdaf пиксели на матрице SamsungМатрица Samsung, вид сверху

Здесь уже показан вид сверху. Но мы не видим никаких больших пузырьков, как у Sony, а вместо этого в центре находятся половинки пикселей. Это и есть «классические» PDAF-пиксели, у которых просто одна половина перекрыта, чтобы на них попадали только те лучи света, что прошли через одну половину объектива.

И пусть вас не смущает то, что на этой матрице идут подряд 4 пикселя, у которых перекрыта правая половина. Все дело в том, что перед вам — Tetracell матрица, у которой 4 пикселя объединяются в один. Соответственно, и PDAF-пиксели размещаются по такому же принципу. Подробно о Tetracell-матрицах было рассказано в первой части статьи.

Вместо заключения…

Надеюсь, эта часть не была слишком перегруженной и дала базовое понимание того, как устроен автофокус на современных смартфонах.

Dual Pixel — это логическое продолжение и развитие технологии PDAF-автофокуса. Если выбирать между смартфоном с PDAF и Dual Pixel, предпочтение следует однозначно отдавать Dual Pixel. К слову, такие матрицы используются далеко не только на флагманах от Samsung. Вы можете встретить технологию Dual Pixel на таких аппаратах, как:

  • Asus ROG Phone
  • Google Pixel 3a
  • Google Pixel 3
  • Google Pixel 2
  • HTC Exodus 1
  • HTC U12+
  • LG V50
  • LG G8 ThinQ
  • Meizu 16X
  • Motorola Moto Z3 Play
  • Motorola Moto G6 Plus
  • Nokia 8.1 aka Nokia X7
  • Sony Xperia 1
  • Vivo V15
  • Xiaomi Mi 8 Pro
  • и многих других

Автор статьи: Алексей Сало, главный редактор Deep-Review; Фото на обложке (c) Thor Alvis, все иллюстрации в статье принадлежат Deep-Review.

 

P.S. Мы открыли Telegram-канал и сейчас готовим для публикации очень интересные материалы! Подписывайтесь в Telegram на первый научно-популярный сайт о смартфонах и технологиях, чтобы ничего не пропустить!

 

Понравилась статья? Поделитесь с другими:

Как бы вы оценили эту статью?

Нажмите на звездочку для оценки

Оценить!

Внизу страницы есть комментарии...

Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!

Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?

Отправить

Большое спасибо за отзыв!

Как легко разобраться с обнаружением фазы Автофокус

Камеры обманчиво просты на поверхности. Поднимите зеркальную камеру, посмотрите в видоискатель, заблокируйте фокус и снимайте. За этим стоит гораздо больше, в том числе процесс, называемый автофокусировкой с определением фазы.

Эта фраза часто используется в мире DSLR, особенно при покупке новой камеры. Но многие не знают, что это такое и как это работает!
An action shot of a dog running using phase Detection Autofocus

An action shot of a dog running using phase Detection Autofocus An action shot of a dog running using phase Detection Autofocus

Что такое автофокус?

Давайте начнем с основ.Существует два типа фокусировки: автоматический и ручной.

Ручная фокусировка - это когда пользователь должен управлять фокусировкой, поворачивая фокусировочное кольцо влево или вправо для достижения фокусировки.

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

Это кольцо фокусировки перемещает и снимает внутренний компонент объектива. Это действие повторяется до тех пор, пока не будет спроецировано самое четкое изображение объекта. Но давайте разберем это на более подробное объяснение.
A live music shot of a guitarist onstage
Все цифровые камеры имеют гистограмму, которая говорит о том, что вы фотографируете. Контрастный автофокус работает, оценивая эту гистограмму (которая связывается с датчиком). Затем камера перемещает объектив постепенно. Он продолжает переоценивать, чтобы увидеть, есть ли более или менее контраст с тем, что вы снимаете.

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

Этот процесс повторяется снова и снова, пока не будет достигнут высокий контраст. Контрастная автофокусировка существует, потому что хорошо сфокусированное изображение будет иметь высокую контрастность.
С автофокусом с определением фазы, немного подумайте о луне и ее различных фазах. Для камеры, когда конкретная точка оказывается в идеальном фокусе, есть лучи света.

На фотографии, которая находится в фокусе, будут световые лучи, которые будут освещать противоположные стороны объектива. Это когда появляется термин «в фазе», например, как работают фазы Луны.

Камера может определить, когда фокус не достигнут, потому что противоположная сторона больше не горит (известная как не в фазе). Это происходит, когда объектив неправильно сфокусирован на точке. Это может быть перед или позади этого.

Как разобраться с обнаружением фазы Автофокус

Камеры имеют призмы внутри. Для определения фазы изображение, которое вы видите, попадает в призму, а затем разделяется на два изображения. Если эти изображения совпадают, это означает, что ваш объект находится в фокусе! Если они этого не делают, то ваш объект не в фокусе.

Итак, как вы получаете что-то в фокусе в этом случае? Это похоже на игру в угадайку, не так ли? Нет! Датчик внутри камеры знает о том, какое разделенное изображение является каким. Таким образом, он может разговаривать с камерой и сообщать ей, в каком направлении следует перемещать фокус, чтобы обеспечить совмещение изображений.

Чтобы сделать его более продвинутым, если вы помните, что мы упоминали световые лучи над ними, световые лучи проходят через объектив. Этот свет обнаруживается датчиком. Затем система может определить, сфокусирован ли объект спереди или сзади.Камера получает прямую информацию о том, как она должна повернуть кольцо фокусировки, чтобы зафиксировать объект.

A portrait of a male model against white background, understanding Phase Detection Autofocus
Забавный факт: одна из причин того, что зеркальные фотоаппараты настолько тяжелы, заключается в том, что внутри них есть настоящая призма. Это разбивает изображение на датчик фокусировки. Беззеркальные камеры меньше и легче, потому что они достигают того же результата, делая это на сенсоре.

После выравнивания изображений система отправляет подтверждающее сообщение о том, что объект находится в фокусе.Вся эта сложность происходит за доли секунды!
Автофокусировка с определением фазы отлично подходит для съемки движения, потому что это очень быстро.
A small dog running and playing with a toy
Теперь, если вы когда-либо были в игре на покупку, вы наверняка слышали о точках обнаружения фазы. Цифровая камера имеет определенное количество точек обнаружения фазы. Есть так много сенсорных точек, где он может сравнить разделенное изображение. Чем больше из них у вас есть, тем точнее фокус.

Что лучше подходит для автофокусировки с определением фазы?

A portrait of a female fire dancer, shot using Phase Detection Autofocus
Автофокусировка с фазовым детектированием очень хорошо подходит для съемок в действии.Он работает лучше всего, когда используется с отслеживанием изображений, многофазным обнаружением и режимами AI Servo / Continuous Focus.

Обнаружение фазы работает для других типов фотографий, таких как портреты и натюрморты. Но экшн-фотографы будут очень благодарны за включение этой системы.
Преимущества автофокусировки с фазовым детектированием включают быструю настройку и возможность сенсора оценивать глубину резкости изображения.

Вы получите точное представление о том, как будет выглядеть глубина резкости, прежде чем сделать снимок.

Заключение

A cute pet portrait of a golden retriever sitting on a wall
Знания никогда не о чем сожалеть - чем больше вы знаете, тем больше ваш набор инструментов!

Полезно понимать, как работает автофокусировка с определением фазы. Вы можете избавиться от проблем с фокусировкой и узнать, что в вашей камере что-то работает неправильно.

,
Что такое автофокусировка с обнаружением фаз и контрастом?

Вы видели спецификации - здесь для Sony a6500:
«169 точек обнаружения контрастности и 425 точек обнаружения фазы!» Ну, это круто, но что такое автофокусировка с обнаружением фазы и контрастом?


Что такое автофокусировка с обнаружением контраста?

Обнаружение контрастности - это самый простой и точный метод технологии автофокусировки. Таким образом, это самая дешевая технология автофокуса.

Название должно сказать все: камера смотрит на контраст между краями и перемещает мотор фокусировки до тех пор, 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, пока контрастность края не станет самой жесткой. Или то, что мы называем «острым» в простых терминах. Сначала мы идем туда-сюда с большими корректировками, затем с небольшими уточнениями, пока не доберемся туда.

Давайте рассмотрим эти мультипликационные цветы в качестве примера шагов, вовлеченных в обнаружение контраста, когда он сосредоточен на правильном фокусе: contrast detection diagram

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

Если вы когда-либо видели, как мотор с автофокусировкой «охотится» взад-вперед, то же самое, что вы делали бы при ручной фокусировке, это обнаружение контраста на работе.

Сравнивает фокусные расстояния, чтобы найти максимальную контрастную точку.


Что такое автофокусировка с определением фазы?

Хорошо, готов получить действительно технаря? Нет? Мы постараемся сделать это простым.

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

Если изображение находится в фокусе, разделенные изображения будут выстроены в линию .Если не в фокусе, изображения не будут выстраиваться.

Именно так работает помощник ручной фокусировки «разделенной призмы» в центре видоискателя на старых зеркальных фотокамерах. Вы перемещаете кольцо фокусировки, пока изображение не выровняется и не окажется в фокусе. Очень быстро.

Намного быстрее, чем , чем пытаться определить, где контрастный край является самым резким.

Когда цифровая камера говорит, что она имеет «425 точек обнаружения фазы», ​​это означает, что на датчике имеется 425 мест, где она может сравнивать это разделенное изображение.

Поскольку датчик знает, какое разделенное изображение является каким, он точно знает, в каком направлении и в какой степени двигать двигатель фокусировки, чтобы объединить разделенное изображение.

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

В phase detection diagram зеркальных фотокамерах

используется фактическая призма для разделения изображения на датчик фокусировки, в то время как беззеркальные камеры делают это непосредственно на датчик. Технология дороже, и в DSLR добавляет немного веса.


Что лучше: автофокус с контрастным или фазовым детектированием?

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

Для неподвижных объектов и высококонтрастных сцен

Обнаружение контрастности Автофокусировка обеспечит вам наиболее точную фокусировку при съемке одиночного автофокуса с неподвижным объектом.

Вероятность фокусировки камеры перед объектом или позади него меньше, чем иногда происходит при обнаружении фазы.

Совершенствуйте свои фотографии с новыми советами, вдохновением и скидками на онлайн-курсы, доставленные на вашу электронную почту.

Нажмите здесь, чтобы подписаться

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

Но помните, что мотор объектива движется больше с автофокусом с обнаружением контраста. Это означает, что он будет использовать больше сока. Двигатель также будет двигаться немного медленнее с большими линзами с несколькими стеклянными элементами.

Для движущихся предметов

Если ваш объект движется обнаружение фазы Автофокусировка даст вам самый быстрый и точный автофокус.

У вас все еще есть риск задней или передней фокусировки, но с технологией отслеживания изображений и многофокусными точками автофокусировки это не так важно.

Вы будете снимать в непрерывных режимах с сервоприводом или с сервоприводом , поэтому камера постоянно регулирует фокусировку при движении объекта.

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

Помните о отображаемых точках фокусировки ; если вы видите их не в том месте, вам следует перейти в другую зону фокусировки.

Phase detection autofocus points example

Автофокусировка с обнаружением контраста не подходит для движущихся объектов из-за времени, необходимого для нахождения максимальной контрастности.

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

Автофокусировка с определением фазы немедленно зафиксирует двигатель в нужной точке фокусировки для непрерывной съемки.

при слабом освещении и низкой контрастности

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

Если на изображении нет контраста или мало света, возможно, у камеры недостаточно данных для использования любого из методов фокусировки.Есть способы обойти это.

  • Некоторые камеры увеличивают ISO, когда вы нажимаете кнопку фокусировки. Это усиливает свет, чтобы сфокусироваться, затем ISO падает до того, что вы установили.
  • Фары подсветки и автофокусировки . Камеры и вспышки будут излучать лучи света, пытаясь осветить ваш (ближний) объект. Вы также можете использовать мощный фонарик, если ваш объект находится дальше.
  • Используйте фокусировку с помощью кнопки «назад», чтобы ваша камера не пыталась выполнять автофокусировку при каждом нажатии кнопки спуска затвора, особенно при фотосъемке.

Что такое гибридный автофокус?

Вы увидите, что некоторые камеры рекламируют гибридный автофокус.

Sony a6500 может похвастаться самым быстрым в мире автофокусом за 0,05 секунды, используя гибридный автофокус.

Гибридная автофокусировка обычно начинается с метода автофокусировки с быстрым определением фазы.

Затем он использует автофокусировку с обнаружением контраста для уточнения края, и поскольку обнаружение фазы приблизило его к этой точке, обнаружение контрастности не занимает столько времени, сколько обычно.

Итак, фазовое обнаружение возвращает его к тому, что наши глаза воспринимают как идеальный фокус, а затем выводит его за пределы с помощью обнаружения контраста.

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


Если у вас есть беззеркальная камера, вы можете узнать больше о том, как улучшить свои навыки ручной и автоматической фокусировки, в моем курсе « Четкие фотографии с беззеркальными камерами ».Нажмите здесь, чтобы сэкономить 20% со скидкой для читателей блога.

Похожие

.
Фазовое детектирование против Контрастного детектирования Автофокус

Система фокусировки, используемая вашей камерой, существенно влияет на ее эффективность. Если вы хотите получить максимальную отдачу от автофокуса вашей камеры, важно знать, как она работает. Также полезно понимать разницу между фазовым детектированием и автофокусом с контрастным детектированием (AF), так как эти две системы используются в современных цифровых камерах.

Например, если вы любите портретную фотографию и любите использовать простые объективы и широкую диафрагму, то точная фокусировка имеет решающее значение.Вам нужна точная автофокусировка, чтобы сфокусировать взгляд модели на портретах, подобных этому, снятых на f1.2 с объективом 56 мм.

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

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

Если вы не знаете, почему это так, прочитайте мою статью «Как сфокусироваться на широких диафрагмах».

Но если вы любите дикую природу или спортивные фотографии, или что-нибудь, что использует отслеживание автофокусировки и возможности непрерывной фокусировки вашей камеры, то фазовая автофокусировка работает лучше.

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

Следует также отметить, что камеры и объективы работают вместе, когда речь идет о характеристиках автофокуса. И Canon, и Nikon создают высокопроизводительные супертелеобъективы, разработанные для максимально эффективного использования систем автофокусировки на их высококачественных камерах. Вот почему так много профессиональных спортивных фотографов используют один или другой.

Некоторые камеры используют гибрид двух систем. Например, цифровая зеркальная фотокамера с одним объективом (SLR) может использовать АФ с обнаружением контраста в режиме Live View или в режиме видео и АФ с обнаружением фазы при просмотре через видоискатель.

Некоторые беззеркальные камеры также имеют точки автофокусировки с определением фазы, которые работают в режиме непрерывной автофокусировки, чтобы повысить точность следящей автофокусировки. Но механика автофокусировки с фазовым детектированием в беззеркальных камерах отличается от таковой в зеркальных камерах, как мы увидим далее в статье.

АФ с обнаружением фазы в зеркальных фотокамерах

В зеркальной камере свет проходит через объектив, попадает в зеркальное зеркало и отражается вверх через пентапризму и выходит через видоискатель. Цель этого типа конструкции камеры - показать вам, что именно объектив видит в видоискателе.Это позволяет избежать ошибок параллакса, которые вы получаете на близких расстояниях фокусировки с помощью дальномера и двухобъективных зеркальных объективов.

Преимущества, которые это дало фотографам, означали, что зеркальная камера стала предпочтительным дизайном камеры для большинства фотографов около 50 лет назад. Это никогда не подвергалось серьезным испытаниям до появления беззеркальных камер. Многие беззеркальные камеры по-прежнему используют конструкцию типа SLR (с электронным видоискателем в горбушке в центре корпуса), даже если они, строго говоря, не являются зеркальными, поскольку у них нет зеркального зеркала.

Центр зеркала камеры является полупрозрачным, а субзеркало позади него отражает свет вниз в основание корпуса камеры, где расположен блок датчика автофокусировки (на фото ниже показан блок автофокуса от Canon EOS 50D). Это сердце системы автофокусировки с определением фазы.

EOS 50D autofocus unit

На этой диаграмме показаны пути прохождения 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 AF.

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

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

EOS 5D Mark III autofocus sensor

Фазодетекторный АФ в действии

В зеркальной камере свет, отраженный от субзеркала, разделяется на два отдельных изображения призмами и микролинзами в блоке датчика AF, каждое из которых направлено на две линии на датчике AF, соответствующих активной точке AF.

  • Если изображения попадают точно в две строки, объект находится в фокусе.

Расстояние между двумя изображениями говорит камере, насколько объектив не сфокусирован.

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

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

Ограничения обнаружения фазы AF

Это основные ограничения обнаружения фазы AF.

Не очень хорошо работает при слабом освещении. Камере нужен свет для фокусировки, и чем ее меньше, тем труднее становится точная фокусировка. Это относится и к АФ с обнаружением контраста.

Возможно, не удастся точно сфокусироваться на объектах с низкой контрастностью. Это также относится к АФ с обнаружением контраста.

Нельзя размещать точки автофокусировки близко к краю рамки. Фотокамера фокусируется, когда объектив установлен на самую широкую диафрагму, и края кадра при этой настройке всегда темнее, чем центр. Поскольку автофокусировка с детектированием фазы плохо работает при слабом освещении, виньетирование делает нецелесообразным размещение точек автофокусировки вблизи края рамки.

При фокусировке с использованием широкой диафрагмы возможны ошибки. Это связано с тем, что АФ с обнаружением фазы является частично механическим процессом.Длина пути света от объектива до датчика AF теоретически совпадает с длиной пути света от объектива до датчика.

Но в реальном мире камеры и объективы сделаны для установки допусков. Такая точность слишком дорога и требует много времени. Если ваша конкретная камера и объектив находятся на пределе допустимого отклонения, возможно, что объектив будет слегка фокусироваться перед или позади того места, где камера считает его сфокусированным.

Это может привести к ошибкам фокусировки при использовании объективов с широкой диафрагмой (с их малой глубиной резкости).Большинство цифровых SLR-объективов среднего и высокого класса позволяют калибровать объектив для устранения ошибок фокусировки.

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

Датчик на основе определения фазы AF

Phase Detection AF является частью очень точной и точной системы автофокусировки, которая позволяет зеркальным камерам высокого класса точно отслеживать быстро и беспорядочно движущиеся объекты.

Но он не работает в режиме Live View или в режиме видео. В этих режимах зеркало камеры переворачивается, чтобы позволить свету от объектива достигать датчика при непрерывной подаче. Свет больше не достигает блока автофокуса.

На этой диаграмме показан путь прохождения света через корпус зеркальной камеры в режиме Live View или в режиме видео. Зеркальное зеркало в верхнем положении. Точно такой же путь через беззеркальный корпус камеры.

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

Беззеркальные камеры не имеют датчиков автофокусировки.Вместо этого они снимают показания с датчика камеры. Цифровые зеркальные фотокамеры также снимают показания с датчика в режиме Live View или в режиме видеосъемки.

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

Fujfilm добился этого, добавив маскированные пиксели, чтобы они получали свет только с одной стороны объектива.

Под каждой точкой автофокусировки обнаружения фазы лежат полосы покрытых датчиков, которые принимают свет с одной стороны объектива, и других датчиков, которые принимают свет с другой стороны.Камера сравнивает оба, и когда они совпадают, знает, что объект находится в фокусе. Если объект не в фокусе, он рассчитывает, сколько нужно отрегулировать объектив, чтобы сфокусировать объект, и направляет объектив туда.

Обзоры системы Fujifilm показывают, что она работает хорошо, но пока не достигла скорости и точности отслеживания высококачественных камер Canon и Nikon.

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

АФ с обнаружением контраста в беззеркальных и зеркальных камерах

АФ с обнаружением контраста работает путем анализа пикселей на датчике камеры. Это работает на основе того, что объект находится в фокусе, когда контраст самый высокий. Чтобы найти эту точку, нужно сдвинуть точку фокусировки объектива назад и вперед.

В результате AF обнаружения контраста медленнее, чем AF обнаружения фазы. Но гораздо точнее сосредоточиться на неподвижных объектах. Нет необходимости калибровать объектив, так как нет ошибок механической фокусировки.

Это относительное отсутствие скорости не имеет большого 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 придумали различные решения для реализации AF с фазовым детектированием в беззеркальных камерах и цифровых зеркальных фотокамерах в режиме Live View или в режиме видео.

Заключение

Тема автофокуса может стать довольно сложной. Понимание этого полностью требует глубокого технологического понимания, которого нет у большинства фотографов (включая меня). Эта статья является упрощением 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 автофокуса, пожалуйста, сообщите нам об этом в комментариях ниже.

Дальнейшее чтение

Мастеринг Линзы электронная книга

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

,
Часть 4: Non-Bayer CFA, Автофокусировка с определением фазы (PDAF)

Доклад IISW завершился обзором пикселей PDAF, используемых в смартфонах. Три решения представлены в виде маскированного двойного фотодиода (двойной PD) и 2x1 OCL. Все они были разработаны для приложений с большими пикселями, в первую очередь, для зеркальных и беззеркальных камер. Впервые использование маскированного PDAF в смартфонах было осуществлено Sony в 2014 году. Текущий рекорд для наименьшего маскированного PDAF - поколение Samsung толщиной 0,8 мкм, реализованное в ISOCELL Plus с Tetracell CFA.

Samsung Galaxy совместно с двумя источниками изображений Sony и Samsung в 2016 году использовали двойной PD поколения 1,4 мкм. TechInsights документировала двойной PD от Samsung, как описано в его VLSI 2017, как двойной наименьший PD поколения, как было описано в его документе VLSI 2017, но на семинаре выяснилось, что это неверный вывод. На самом деле, Samsung выпускает двойной PD с разрешением 1,22 мкм, и мы только что опубликовали результаты нашего анализа в нашем каталоге отчетов.

Наконец, 2x1 OCL легко описывается как микролинза двойной ширины, охватывающая два пикселя в ряду.Первоначально он был разработан компанией ON Semiconductor (Aptina), хотя мы не нашли деталей для анализа до 2018 года. Sony появилась с этим решением в iPhone в 2016 году, и с тех пор мы видели Samsung и OmniVision с собственными решениями, реализованными в пикселе толщиной 1,12 мкм. поколение. Наименьший OCL 2x1 используется поколением Sony 0,8 мкм.

Рис. 4: Классификация PDAF, введение, минимальное использование

Мы хотели бы поблагодарить сопредседателей IISW, Мишель (Ибин) Ван из Samsung и Даниеля Ван Блерком из Forza-Ametek, председателя технической программы, Владимира Коробова из ON Semiconductor, членов комитета по технической программе и совета директоров за содействие еще одна мастерская мирового уровня.Это была моя 6-я мастерская, поэтому 10-я годовщина остановки в Бергене, Норвегия. Это замечательный формат, сравнимый с Олимпийскими играми, где участники объявляют момент мирного времени, чтобы поделиться последними результатами работы и задать вопросы участников на благо всех.

TechInsights содержит самый полный в мире каталог отчетов о техническом анализе конкурентов и анализах тенденций, доступных по подписке 24x7 через облачное приложение. Тем не менее, мы будем упущены, если не будем комментировать общедоступные ресурсы информации, в том числе сайт Международного общества датчиков изображения (IISS).На сайте IISS размещен каталог всех предыдущих работ семинара, начиная с 1973 года. Члены Совета Эрик Фоссум, Альберт Тойвиссен и Владимир Койфман каждый размещают бесценный контент и блоги по адресу http://ericfossum.com/, https://harvestimaging.com/. blog / и https://image-sensors-world.blogspot.com/ соответственно.

Наконец, этот презентационный контент был специально ориентирован на мегапиксельные имидж-образы смартфонов, которые находятся на стадии зрелости. Мы с нетерпением ожидаем мониторинга и создания отчетов о сканерах смартфонов и оптических датчиках следующего поколения и, разумеется, охватываем другие подсекторы изображений, такие как автомобилестроение, время полета (ToF), машинное зрение, безопасность / наблюдение и т. Д.Несмотря на то, что мы приближаемся к концу «дорожной карты» по масштабированию в малые пиксели, впереди нас ждут мощные дорожные карты по продуктам, и сообществу по созданию изображений еще предстоит проделать большую работу! На рисунке 5 суммированы некоторые из технологических областей системного уровня и уровня IC, которые мы отслеживаем, когда мы документируем новые технологические элементы, достигающие основного направления.

Что дальше?

Система Компонент / IC
  • «Imaging Plus»
    • изображений для людей, плюс,
    • Сенсор для нейронного двигателя, искусственного интеллекта, машинного обучения и т. Д.
  • 3D зондирование
    • Распознавание лиц, дополненная реальность, игры и т. Д.
  • Продвинутая биометрия
    • Субэпидермальная визуализация, отслеживание глаз и т. Д.
  • Мультикамера
  • Вычислительная обработка изображений
  • Интеграция, усовершенствованная упаковка
  • Новые детекторы
    • Органическая фотопроводящая пленка (ОПФ), Ge-on-Si, квантовая пленка и др.
  • межпиксельное соединение уровня
  • Расширенный глобальный затвор
    • С накоплением, с подсветкой
  • Высокое разрешение изображения ToF
  • Субдифракционный предел (SDL) пикселей
  • Усовершенствованные системы автофокуса (PDAF)

Рисунок 5. Основные моменты развития технологий

,
Фазовый автофокус: Просто о контрастном и фазовом автофокусе

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Пролистать наверх