Автофокус контрастный и фазовый: Фазовый и контрастный автофокус

Содержание

Частые ошибки при использовании автофокуса

Знание того, как работает система автофокуса камеры позволит делать резкие снимки даже в трудных условиях. Снимок: Ben Hall

Главная цель фотографа, за несколькими исключениями, состоит в том, чтобы основной объект был резким. К счастью, эту же цель преследуют современные системы автофокусировки (АФ). Однако, несмотря на их продвинутость, они не гарантируют 100% надежности. Не существует такой настройки, которая гарантировала бы, что каждый предмет будет резким в любой ситуации. Важно понимать, как работает система автофокуса вашей камеры, знать условия, которые могут помешать ей корректно работать, а также настройки или методы, которые позволят вам получить желаемые результаты.

Использование большой зоны АФ упрощает отслеживание активно движущихся объектов. Снимок: Angela Nicolson

Как работает система автофокуса моей камеры?

Существует два вида систем автофокуса, активно использующихся на сегодняшний день: фазовая детекция и контрастная детекция. В цифровых SLR при съемке через видоискатель применяется фазовая фокусировка, а при переключении в режим Live View многие (за исключением недавних моделей зеркалок Canon) переходят на контрастный автофокус.

Беззеркальные камеры работают в постоянном режиме Live View и используют либо контрастную детекцию, либо гибридную систему, сочетающую в себе оба вида. Даже если в них применяется контрастный автофокус, он в большинстве случаев гораздо лучше аналогичных систем в режиме Live View среднестатистической зеркалки.

Механика фазовой детекции немного отличается в зависимости от того, использует она зеркало DSLR или сенсор беззеркалки, но принцип остается тем же. Свет из объектива попадает на две пары или группы пикселей. Если интенсивность света этих пикселей равна, объект в фокусе. Если между ними есть разница, значит объект расфокусирован, и камера рассчитывает, как соответствующим способом отрегулировать объектив.

Контрастная детекция полагается на то, что в сфокусированном состоянии объект имеет наибольший контраст. Это довольно точный метод, но он не может определить, в каком направлении двигать объектив из-за чего ему приходится выискивать фокус. Следовательно, этот подход в определенной мере медленнее, чем фазовая детекция. Однако, производители беззеркальных камер активно работают над ним и сейчас он работает быстрее, чем когда-либо. Такие технологии, как Panasonic Depth From Defocus (DFD), помогают камерам на подобие Panasonic Lumix G9 и GH5 получать сверхрезкие снимки быстродвижущихся объектов.

Автоматический АФ полезен для таких объектов, как цветок, который постоянно треплет ветер. Снимок: Angela Nicholson

Какой режим АФ стоит использовать?

Есть три основных режима АФ: одиночный (покадровый), непрерывный и автоматический. Одиночный (S-AF или AF-S) режим разработан для съемки неподвижных объектов. Когда он выбран, камера пытается сфокусироваться во время спуска затвора или нажатия на кнопку AF-on. Когда объект становится резким, она не будет регулировать фокус до тех пор, пока вы не отпустите кнопку и не нажмете её снова.

В режиме непрерывного автофокуса (C-AF или AF-C) камера продолжает фокусироваться пока вы держите нажатой кнопку спуска затвора. Это делает его идеальным вариантом для съемки движущихся объектов. Однако, непрерывный автофокус не подойдет для техники фокусирования и рекомпоновки. Также будьте внимательны при съемке статичных объектов в этом режиме, поскольку фокус может начать «гулять», что замедляет процесс и может привести к неправильной фокусировке.

Автоматический автофокус (AF-A или A-AF) – хороший выбор, когда вы не уверены, что предстоит фотографировать. В случае с уличной фотографией, например, сейчас вы можете снимать статичную сцену, а уже через минуту что-то, активно двигающееся. Однако, если вы четко знаете предстоящие условия съемки, гораздо лучше использовать S-AF или C-AF, поскольку в режиме A-AF камере приходится принимать определенные решения, из-за чего могут возникать ошибки и задержки.

АФ для глаз поможет получить нужную фокусировку при съемке людей. Снимок: Angela Nicholson

Какое отношение искусственный интеллект (ИИ) имеет к автофокусу?

AF-системы с распознаванием лица и глаз существовали уже определенное время, и они очень полезны при фотографировании людей. Автофокус на глазах особенно помогает — он обеспечивает резкость самой важной части кадра, а вы тем временем можете сконцентрироваться на таких аспектах, как композиция и поиск удачного момента.

Проблема некоторых систем распознавания лиц в том, что они могут “увидеть” лица там, где их нет, что приводит к некорректной фокусировке. Поэтому лучше выключать подобные функции, когда вы ими не пользуетесь.

Благодаря распространению искусственного интеллекта и росту вычислительной мощности вполне вероятно, что в ближайшем будущем мы научим компьютеры распознавать всё больше объектов. Sony уже расширила возможности своей системы Eye AF, добавив распознавание глаз животных, или, по крайней мере, глаз котов и собак. Olympus OM-D E-M1X может распознавать машины, поезда и самолеты, а Panasonic Lumix S1 и S1R научились определять животных. Они все работают достаточно хорошо, упрощая фокусировку на этих объектах.

Несмотря на то, что современные системы автофокуса невероятно умны, бывают случаи, когда надежнее или проще сфокусироваться вручную. Камеры обычно тратят определенное время на замер расстояния до фотографируемого объекта, из-за чего, например, при макросъемке быстрее будет сфокусироваться вручную. Когда в кадре есть что-то наподобие фонтана или листвы, это скорее всего одурачит систему автофокуса, поэтому лучше не надеяться на неё и переключиться в ручной режим.

Если вы используете зеркальную камеру, не мучьтесь с крошечным видоискателем, а активируйте режим Live View, чтобы получить возможность приближать фокусную точку и пользоваться функцией фокус-пикинга.

Маленькая точка автофокуса обеспечивает более точный контроль. Снимок: Angela Nicholson

Никогда не пользуйтесь режимом автоматической точки АФ: правда или ложь?

Большинство моделей камер имеют несколько режимов выбора точки автофокуса. Среди них есть: одна точка, несколько точек, все точки или автоматический выбор точки, участок и трекинг. Чем меньше размер фокусируемого участка, тем более точный контроль вы получаете над процессом. Однако, если объект двигается, стоит выбрать несколько точек или фокусировку на участке.

Раньше не было особого смысла использовать режимы All-point или Auto-AF, поскольку камера просто фокусировалась на ближайшем и наиболее центральном предмете. Однако, недавние системы автофокуса Sony в корне поменяли ситуацию. Её режимы Wide и Zone Focus Area работают превосходно и отлично справляются с отслеживанием двигающихся объектов при съемке в режиме непрерывного автофокуса в моделях A6400 и Alpha 7 III. Стоит отметить, что они обычно выбирают наиболее приближенную часть объекта и, если он прекращает двигаться, есть вероятность, что камера сфокусируется на участке перед ним.

Режимы Sony Lock-on AF и Real-Time Tracking похожи на режимы трекинга конкурентов, но на данный момент лучше большинства из них. Сначала нужно установить фокусную точку на объекте, а затем спустить затвор для активации фокусировки. После начала съемки камера берет под контроль позицию точки автофокуса. Обычно она следует за объектом, но иногда начинает отставать, из-за чего приходится прекращать съемку и устанавливать её позицию заново.

Большинство режимов трекинга автофокуса не настолько быстрые или точные, как у Sony, но могут пригодиться при съемке медленных или неподвижных объектов. Например, можно разместить точку автофокуса на основном объекте, и она будет оставаться на нем, пока вы будете пробовать разные композиции.

При съемке портретов с широкой диафрагмой на 85 мм объектив лучше всего установить точку АФ, чем фокусироваться и делать рекомпозицию. Снимок: Michael Topham

Я люблю фокусироваться и делать рекомпозицию — это нормально?

Когда у камер была всего одна точка автофокуса, часто приходилось прибегать к технике фокусирования и рекомпозиции. Однако, сейчас такой подход может привести разве что к ошибкам. Например, если вы делаете портретный снимок с 85мм f/1.4 объективом с широко открытой диафрагмой, глубина резкости настолько мелкая, что использование центральной фокусной точки для фокусировки на глазах и рекомпозиция приведут к тому, что бровь или нос будет резче, чем зрачок. Поэтому гораздо лучше компоновать снимок и использовать точку автофокуса, расположенную ближе всего к участку, который должен быть резким.

Зачем использовать фокусировку задней кнопкой?

Даже с высокой частотой кадров важно точно рассчитывать время снимков. Фокусировка задней кнопкой может помочь с этим, убирая активацию автофокуса с кнопки спуска затвора. Вместо этого для управления системой автофокуса вы используете кнопку AF-on на задней стороне камеры (или другую назначенную кнопку) и спускаете затвор только, когда нужно сделать снимок.

Это особенно полезно во время съемки быстро разворачивающихся событий. Например, во время съемки мотоспорта, вы хотите запечатлеть машину на пике изгиба дороги. Чтобы это сделать, нужно установить фокус при помощи кнопки AF-on и тогда при спуске затвора он не сместится.

У большинства камер возникают проблемы при фокусировке на силуэтах, если только не разместить активную точку АФ возле контрастного края. Снимок: Angela Nicholson

Моя система автофокуса не может зафиксироваться — что делать?

Чтобы AF-система могла работать, ей нужен свет и контраст. Именно из-за недостатка контраста у камеры возникают проблемы при фокусировке на залитом светом листе бумаги или гладкой стене. Если вам удастся найти хоть какую-то деталь, пусть это даже будет след от склейки обоев, камера быстро поймает фокус.

Поскольку фазовые сенсоры в зеркальных камерах зачастую расположены полосами, они “видят” объекты, которые пересекают их, а не идут вдоль, поэтому полезно будет знать расположение этих сенсоров. Также в таком случае очень полезны перекрестные точки автофокуса — они позволяют определить детали объектов в более, чем одном направлении.

Если у вашей камеры возникают проблемы с фокусировкой, поищите контрастный участок или переключитесь на центральную точку автофокуса. Помимо того, что она является перекрестной, обычно она наиболее чувствительна.

Иногда у камер есть несколько перекрестных точек АФ, поэтому полезно будет знать, где они расположены, особенно при съемке активного действия или в условиях низкой освещенности.

Зная, как двигается объект, вы сможете определить идеальные настройки автофокуса. Снимок: Angela Nicholson

Стоит ли настраивать систему автофокуса?

У некоторых камер есть серьезные возможности кастомизации системы АФ. Они позволяют отрегулировать такие аспекты, как реакция на изменение расстояния до объекта или его выход из выбранной фокусной точки.

Многие фотографы предполагают, что лучше всего установить быструю реакцию камеры на любое изменение, однако, иногда наличие небольшой задержки предпочтительнее. Допустим, вы фотографируете пловца, плывущего брассом по направлению к вам. В таком случае, если установить очень быструю реакцию, камера будет рефокусироваться на переднем крае бассейна каждый раз, когда пловец ныряет под воду, и снова фокусироваться на нем, когда он появится в кадре. Определенная задержка автофокуса поможет фокусу оставаться на объекте.

Чтобы получить максимум от систем кастомизации, стоит учитывать виды и условия съемки, с которыми вы обычно работаете — например, часто ли между вами и вашим объектом мелькают преграды.

Разгадки основных тайн автофокуса

  • Зачем нужно ограничение фокуса? Если ваш объект будет находиться в определенном диапазоне, полезно будет активировать ограничитель фокуса, чтобы камера не выискивала его по всему фокусному расстоянию.
  • Что такое фокус-стекинг? Суть этой техники заключается в том, что делается несколько снимков, каждый из которых имеет слегка отличающееся фокусное расстояние. Затем снимки компонуются в один. Полученный композит имеет гораздо большую глубину резкости, чем любой из отдельных снимков. Данная техника очень популярна среди макро-фотографов.
  • Почему автофокус зависит от используемого объектива? Разные объективы имеют разные моторчики, которые управляют положением фокусных элементов. Также объективы с большей максимальной диафрагмой пропускают больше света, что помогает системе автофокуса.
  • Почему точки АФ полнокадровых зеркалок находятся рядом с центром? Виньетирование, а также расположение основного и дополнительного зеркала DSLR означает, что сенсор автофокуса меньше, чем сенсор съемки, из-за чего фокусные точки расположены в центре.
  • Могут ли f/5.6-чувствительные точки автофокуса использоваться при меньших значениях диафрагмы? Да. Фокусировка происходит с максимально открытой диафрагмой, поэтому если светосила вашего объектива равна f/5.6 или больше, все в порядке.

Нужно ли калибровать новый объектив?

Небрежность производителя может привести к тому, что AF-сенсор камеры и объектив не идеально совмещены, из-за чего снимки будут получаться не настолько резкими, как ожидается. К счастью, камеры высокого уровня имеют функции калибровки объектива и микрокоррекции автофокуса, призванные решить эту проблему. Следующие шаги демонстрируют, как откалибровать автофокус в камере Canon EOS 5D Mark IV, используя бесплатный шаблон из интернета http://www.squit.co.uk/photo/files/FocusChart.pdf.

1. Установите мишень

Распечатайте и поставьте мишень, после чего закрепите камеру на штативе, поставив её на расстоянии минимум 25х от фокусного расстояния объектива. Не забудьте активировать предварительный подъем зеркала.

2. Установите максимально широкую диафрагму

Прежде, чем фокусироваться и делать снимок, установите самую широкую доступную диафрагму и разместите центральную точку автофокуса на маркере шкалы. Рефокусируйтесь и повторяйте, пока не получите пять снимков.

3. Оцените снимки

Откройте фотографии на компьютере и внимательно изучите их в 100% масштабе, чтобы определить, где фокусируется камера – спереди или позади мишени.

4. Найдите в меню AF Microadjustment

Откройте настройки камеры и выберите AF Microadjustment в разделе AF Options. Нажмите кнопку Set и пролистайте вниз до пункта Adjust by lens прежде, чем нажимать кнопку Info для доступа к настройкам.

5. Проверьте серийный номер объектива

Нажмите кнопку Info еще раз и проверьте серийный номер. Если нужно, используйте кнопку Set и основное колесико, чтобы установить корректный номер, после чего выберите OK.

6. Отрегулируйте фокусную точку

Вы можете откорректировать фокусную точку для минимального и максимального фокусного расстояния. Используйте колесико прокрутки для выбора ФР, которое необходимо отрегулировать, затем нажмите Set.

7. Установите коррекцию фокуса

Используйте основное колесико, чтобы установить коррекцию фокуса. Для переднего фокусирования используйте положительное число, а для заднего – отрицательное. Нажмите Set, а затем Menu.

8. Доработайте калибровку

Еще раз сфотографируйте мишень и изучите снимки, чтобы определить, нужны ли дополнительные коррекции. Если необходимо, повторите процесс.

9. Повторите для остальных объективов

Если вы калибруете зумный объектив, повторите процесс коррекции для длинного угла после того, как закончите калибровать короткий.

Автор: Angela Nicholson

Фазовый или Контрастный?: damillola — LiveJournal

Или как я полюбил контрастный автофокус.

Все мы живем в плену иллюзий. Как не старайся, от этого не избавишься. Так и я долгое время считал, что фазовый автофокус — это верх технологии автоматической фокусировки. Но так ли это?

Зависит от того, в каких ситуациях мы фокусируемся.
Существенное преимущество фазовой фокусировки в том, что уже в самом начале процесса система вычисляет, в каком положении объектива объект съемки будет в резкости. После этого все, что нужно, переместить фокусировочную часть объекта в нужное положение. Быстро и сердито.

В отличие от этого, контрастному автофокусу надо «попробовать» много положений объектива для выбора точного фокуса. Поэтому такие системы работают существенно медленнее.

Казалось бы, при таком раскладе преимущества фазового автофокуса очевидны. И многие фотографы его ценят и даже проводят кучу времени в словесных баталиях по этому поводу. Но есть ли у него фазового автофокуса недостатки? Конечно. Их целых три.

1. Точность. К сожалению, обеспечить абсолютную точность фазовый автофокус не в состоянии. Подводит точность измерения разницы фаз. Поэтому любительские камеры обеспечивают обычно точность в 1/2 ГРИП, а профессиональные — в 1/3 ГРИП. Много это или мало? Если вы снимаете оплечный или более крупный портрет, это может быть заметно. Не стоит забывать и про то, что чем точнее автофокус, тем больше становится зона фокусировки.

2. Размер зоны фокусировки. К сожалению, она больше, чем показано в видоискателе. Поэтому иногда случается так, что, когда вы наводитесь на глаз человека, на самом деле автофокус захватывает бровь. Или часть носа. С учетом ошибки в п. 1 разница при крупных планах может стать не просто заметной, но даже катастрофичной.

3. Фазовая фокусировка в зеркальных камерах проводится не на основной, а на отдельной специальной матрице. Если расстояние от объектива до специальной матрице будет отличаться от расстояния до основной, то фазовый автофокус может работать неправильно. В этом случае требуется проводить юстировку аппарата.

Насколько важна точность фокусировки? Зависит от того, как смотреть на полученное изображение. Принцип очень простой. Чем крупнее изображение, тем заметнее ошибки фокусировки. Например, на отпечатке 10х15 может казаться, что все изображение резкое. Но если его же напечатать в размере 40х60, то сразу станут заметны зоны резкости и нерезкости.
Также надо учитывать, что сейчас фотографии рассматривают не так, как 15 лет назад. Сейчас фотографии обычно смотрят на компьютерах/телевизорах/планшетах. А там всегда есть возможность увеличить какое-то интересное место. И вот тут ошибка в фокусировки сразу бросится в глаза.

Мой небольшой опыт портретной съемки показывает, что с фазовой фокусировкой достаточно трудно получить идеальную резкость изображения. Не бывало ли у вас так, что сняв портрет, вы видели, что глаза у человека вроде получились резко, но джемпер на груди выглядит гораздо резче? Эта сыграли свою шутку те первые два пункта недостатков фазового автофокуса.

И совсем недавно, балуясь со своим стареньким фотоаппаратом, я переключился в режим LiveView соответственно, с контрастным автофокусом. Да, он очень медленный. Но зато какой же он точный! Там всегда будет резкой именно та область изображения, которую вы выбрали. Кроме того, размер области фокусировки сравнительно небольшой. Поэтому и наведется он именно на глаз, а не на бровь. Область фокусировки тоже можно выбрать практически произвольно, а не там, где находится датчик.
В конце концов, вы можете вообще произвести переключение в ручной режим фокусировки и очень точно выполнить наводку на резкость. Правда, надо сказать, что на телеобъективах это сделать не очень легко, потому что при малейшей вибрации камеры изображение на экране сильно скачет. При этом контрастный автофокус, не смотря на дрожь камеры, все же как-то умудряется выполнить фокусировку.

Поэтому для себя я сделал такой вывод: для оперативной съемки фазовый автофокус очень хорош, особенно если требования к резкости изображения не велики. А вот для съёмок крупных планов, особенное с открытой диафрагмой больше подходит контрастная фокусировка.
Ну и мое личное мнение: будущее за контрастной фокусировкой. По мере развития алгоритмов фокусировки и повышения производительности электроники со временем она вытеснить чисто фазовую фокусировку даже в профессиональной технике. Тем более, что сейчас распространение получает гибридный вариант фокусировки, когда на одной матрице можно выполнять оба варианта автофокуса.

Поддержка фазового автофокуса для объективов с креплением A-mount

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

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

ПРИМЕЧАНИЯ:

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

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

ПРИМЕЧАНИЯ:

35-миллиметровые полнокадровые объективы

Объективы APS-C

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

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

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

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

Что такое фазовый автофокус в камере смартфона и как он работает

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

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

Что такое автофокус и зачем он нужен

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

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

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

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

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

Контрастный автофокус

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

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

Фазовый автофокус: быстрая и продвинутая альтернатива

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

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

Принцип работы данного типа фокусировки следующий:

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

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

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

Лазерный автофокус: самый активный

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

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

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

Автофокус фотокамер

Автофокус фотокамер

Автофокус — система, обеспечивающая автоматическую фокусировку объектива фотоаппарата на один или несколько объектов съёмки. Автофокус состоит из датчика, управляющей системы и привода, перемещающего оправу объектива или его отдельные линзы.

Автофокус (AF) работает либо с использованием сенсоров контраста в камере (пассивный AF), либо с применением  сигнала для подсветки или оценки расстояния до объекта (активный AF). Пассивный AF может осуществляться методами контрастного или фазового детектора.

Активные системы не зависят от условий освещения и могут наводиться в полной темноте на объекты без контрастных деталей. Вместе с тем, они обладают рядом недостатков, одним из которых считается невозможность точной фокусировки, если между объектом и камерой есть прозрачное препятствие, например стекло. Пассивный автофокус основан на анализе световых пучков, попадающих внутрь камеры, и ничего не излучает в окружающее пространство.

Принцип действия контрастного автофокуса основан на том, что микропроцессор камеры сравнивает контраст мелких деталей изображения, получаемого на матрице при разных положениях объектива. Такой способ предполагает перемещения объектива в обоих направлениях от положения точной наводки, чаще всего неоднократное. Быстродействие и точность такого автофокуса невысоки. До тех пор, пока процессор не вычислил максимум контраста и не перешел его, двигателю дается команда перемещать объектив еще раз.

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.

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»). В процессе фокусировки фотокамера максимально открывает объектив, закрывая диафрагму только в момент открытия шторок. Фазовый автофокус тем точнее, чем шире угол лучей света.Это важный фактор при выборе объектива: даже если вы не планируете использовать максимальную диафрагму объектива, она тем не менее может помочь камере достичь более высокой точности автофокуса.

Фазовый автофокус может применяться только в однообъективных зеркальных фотоаппаратах  с зеркальным обтюратором, потому что требует отдельного оптического тракта, позволяющего разбивать пучки света на две части. Его основным элементом является детектор фокусировки, который устанавливается в нижней части фотоаппарата под зеркалом. Свет попадает к детектору при помощи вспомогательного зеркала, закреплённого на шарнире под полупрозрачным основным. При этом длина оптического пути света от объектива до детектора должна точно совпадать с длиной пути до фотоматериала или матрицы.

Каждый датчик способен оценить лишь малую часть изображения. Горизонтальные датчики точнее работают с вертикальными деталями. В большинстве изображений вертикальные детали преобладают, поэтому горизонтальных датчиков используется больше. Вертикальные датчики обычно располагаются крестообразно с горизонтальными.

В первых системах фазового автофокуса  был только один датчик в центре изображения. Сейчас в некоторых камерах число датчиков может достигать нескольких десятков. 

Основным преимуществом фазового автофокуса является быстродействие и возможность использования следящего автофокуса, недостатком — необходимость юстировки и программной настройки, а также невозможность работы на несветосильных объективах.

Объект съёмки сильно влияет  на работу автофокуса. Три наиболее важных фактора, влияющих на автофокус, — это степень освещённости, контрастность предмета и движение камеры или предмета. Автофокус достижим даже на слабо освещённом предмете, если он имеет при этом высокий контраст, но в случае освещенного малоконтрастного объекта с фокусировкой могут быть проблемы.  Иногда камера может сфокусироваться только на фоне, а не на самом объекте съемке.  

Статичные снимки лучше всего снимать в режиме разового фокуса, который гарантирует, что точный фокус был получен до начала экспозиции. Для портретов наилучшей точкой фокусировки являются глаза.

Несмотря на то, что центральный сенсор автофокуса обычно наиболее чувствителен, лучшая фокусировка для нецентральных объектов достигается использованием нецентральных точек фокусировки. Если использовать центральную точку фокусировки для фиксации фокуса (и далее изменять композицию), дистанция фокусировки всегда будет несколько меньше действительной, и эта ошибка увеличивается с приближением объекта.

При съёмке движения можно использовать следящий режим или предварительно сфокусировать камеру на области, в которой ожидается появления движущегося объекта.    

Автофокусировка в смартфоне. Контрастный и фазовый автофокус, какой лучше? Режимы зоны автоматической фокусировки

Система автоматической фокусировки камеры настраивает объектив, чтобы сфокусироваться на объекте и может обеспечить разницу между чётким снимком и упущенной возможностью. Несмотря на кажущуюся очевидность задачи «чёткость в точке фокусировки», скрытая работа, необходимая для фокусировки, к сожалению, далеко не так проста. Данная глава призвана повысить качество ваших снимков, обеспечив понимание принципов работы автофокуса и тем самым позволив вам извлечь максимум из его возможностей и избежать его недостатков.

Примечание: автофокус (AF) работает либо с использованием сенсоров контраста в камере (пассивный AF
), либо посылая сигнал для подсветки или оценки расстояния до объекта (активный AF
). Пассивный AF может осуществляться методами контрастного
или фазового
детектора, но оба метода для достижения точного автофокуса опираются на контраст; вследствие этого с точки зрения данной главы они считаются качественно идентичными. Если не указано обратное, данная глава рассматривает пассивный автофокус. Мы рассмотрим также метод вспомогательного луча активного AF ближе к концу.

Концепция: сенсоры автофокуса

Сенсор(ы) автофокуса камеры расположены в различных частях поля зрения изображения и являются целой системой, стоящей за достижением чёткого фокуса. Каждый сенсор измеряет относительный фокус по изменениям контраста
в соответствующей области изображения, и максимальный контраст считается соответствующим максимальной резкости.

Изменение фокусировки: Размытие

Полуфокус

Резкость

400%

Гистограмма сенсора

Основы контраста изображений описаны в главе о гистограммах изображений .
Примечание: многие компактные цифровые камеры в качестве сенсора контраста используют собственно сенсор изображения (используя метод, называемый контрастным AF) и необязательно оборудованы несколькими дискретными сенсорами автофокуса (которые чаще встречаются при использовании фазового AF). Диаграмма вверху иллюстрирует контрастный метод AF; метод фазового детектора отличается от него, но тоже основывается на контрасте как критерии автофокуса.

Процесс фокусировки в общих чертах работает следующим образом:

  1. Процессор автофокуса (AFP) незначительно изменяет дистанцию фокусировки.
  2. AFP считывает сенсор AF и оценивает, как и насколько изменился фокус.
  3. Используя информацию из предыдущего шага, AFP настраивает объектив на новую дистанцию фокусировки
  4. AFP последовательно повторяет предыдущие шаги, пока не будет достигнут удовлетворительный фокус.

Весь процесс обычно занимает доли секунды. В сложных случаях камера может не достичь удовлетворительного фокуса и начнёт повторять вышеописанный процесс, что означает отказ автофокуса. Это ужасный случай «охоты за фокусом», когда камера постоянно гоняет фокус вперёд-назад, не достигая фокусировки. Однако, это не значит, что фокусировка на выбранном предмете невозможна. Следующий раздел рассматривает случаи и причины отказа автофокуса.

Факторы, влияющие на автофокус

Предмет съёмки может иметь огромное влияние на степень успешности автофокуса, зачастую даже большее, чем разница между моделями камер, объективов или параметров фокусировки. Три наиболее важных фактора, влияющих на автофокус, — это степень освещённости, контрастность предмета и движение камеры или предмета
.

Пример, иллюстрирующий качество различных точек фокуса, показан слева; наведите курсор на изображение, чтобы увидеть преимущества и недостатки каждой из точек фокуса.

Заметьте, что все эти факторы взаимосвязаны; другими словами, автофокус достижим даже на слабо освещённом предмете, если он имеет при этом высокий контраст, и наоборот. Это имеет важные последствия для вашего выбора точки автофокуса: выбор точки фокуса, которая находится на чёткой границе или выраженной текстуре, поможет достичь лучшего автофокуса
, при прочих равных условиях.

Пример слева выгодно отличается тем, что точки наилучшего автофокуса совпадают с положением предмета. Следующий пример более проблематичен, поскольку автофокус лучше работает на фоне, чем на предмете. Наведите курсор на изображение внизу, чтобы отметить области хорошей и плохой работы автофокуса.

На снимке справа, если сфокусироваться на быстродвижущихся источниках света за предметом, сам предмет может оказаться вне фокуса, если глубина резкости невелика (как обычно и бывает при съёмке в условиях низкой освещённости наподобие показанных).

Иначе, фокусировка на внешней подсветке предмета, возможно, была бы наилучшим подходом, за вычетом того, что эта подсветка быстро меняет расположение и интенсивность в зависимости от положения движущихся источников света.

Если сфокусировать камеру на внешней подсветке не удаётся, менее контрастной (но более статичной и достаточно хорошо освещённой) точкой фокуса могут быть выбраны ноги модели или листья на земле на одинаковом расстоянии с моделью.

Однако, вышеописанный выбор затрудняется тем, что его зачастую нужно сделать в течение долей секунды. Дополнительные специфические техники автофокусировки для неподвижных и движущихся объектов будут рассмотрены в соответствующих разделах ближе к концу этой главы.

Количество и тип точек автофокуса

Устойчивость и гибкость автофокуса в первую очередь являются результатом числа, положения и типа точек автофокуса, которые доступны в данной модели камеры. Зеркальные камеры высшего класса имеют 45 точек автофокуса и более, тогда как другие камеры могут иметь даже всего лишь одну центральную точку. Два примера расположения сенсоров автофокуса показаны ниже:

На примерах слева и справа приведены камеры Canon 1D MkII и Canon 50D/500D, соответственно.
Для этих камер автофокус невозможен для диафрагм, меньших чем f/8.0 и f/5.6.

Примечание: «вертикальным» сенсор называется только потому, что обнаруживает контраст
вдоль вертикальной линии. Ирония в том, что такой сенсор, как следствие,
наилучшим образом обнаруживает горизонтальные линии.

Для цифровых зеркальных камер количество и точность точек автофокуса может также меняться в зависимости от максимальной диафрагмы используемого объектива, как показано выше. Это важный фактор при выборе объектива: даже если вы не планируете использовать максимальную диафрагму объектива, она тем не менее может помочь камере достичь более высокой точности автофокуса
. Далее, поскольку центральный сенсор автофокуса практически всегда наиболее точен, для предметов вне центра зачастую лучше всего сперва использовать этот сенсор для наведения на фокус (перед изменением композиции).

Несколько сенсоров AF могут работать одновременно для повышения надёжности или по отдельности для повышения своеобразия, в зависимости от выбранных параметров настройки камеры. У некоторых камер есть также «АвтоГРИП», вариант для групповых фотографий, который обеспечивает попадание всех точек кластера фокусировки в приемлемую степень фокуса.

Режимы AF: следящий (AI SERVO) или разовый (ONE SHOT)

Наиболее широко поддерживаемым режимом фокусировки камеры является разовый, который наилучшим образом подходит для статичных изображений. Этот режим подвержен ошибкам фокусировки для быстродвижущихся объектов, поскольку не рассчитан на движение, вдобавок он может затруднить отслеживание движущихся объектов видоискателем. Разовая фокусировка требует достижения фокуса, прежде чем снимок может быть сделан.

Многие камеры поддерживают также режим автофокуса, который непрерывно адаптирует дистанцию фокусировки для движущихся объектов. Камеры Canon называют этот режим «AI Servo», а камеры Nikon — «непрерывной» фокусировкой. Следящий режим работает на основе предположения о местоположении объекта в следующий момент времени на основании расчёта скорости движения объекта по данным предыдущих фокусировок. Камера затем фокусируется на предугаданную дистанцию с опережением для учёта скорости спуска (задержки между нажатием спуска и началом экспозиции). Это существенно повышает вероятность правильной фокусировки на движущихся объектах.

Примеры максимальных скоростей слежения показаны для различных камер Canon ниже:

Значения справедливы для идеальных контраста и освещённости при использовании объектива
Canon 300 мм f/2.8 IS L.

Вышеприведенный график можно использовать для приближённого подсчёта возможностей других камер. Действительные предельные скорости слежения зависят также от того, насколько неравномерно движение объекта, контраста и освещённости объекта, типа объектива и количества сенсоров автофокуса, используемых для слежения. Имейте также в виду, что использование следящего фокуса может значительно сократить время жизни батареи вашей камеры, так что применяйте его только при необходимости.

Вспомогательный луч автофокуса

Многие камеры комплектуются вспомогательным лучом AF, видимым или инфракрасным, который применяется в методе активного автофокуса. Это может быть очень полезно в ситуациях, когда объект недостаточно освещён или недостаточно контрастен для автофокуса, хотя использование вспомогательного луча имеет также и свои недостатки, поскольку автофокус в этом случае работает намного медленнее.

В большинстве компактных камер используется встроенный источник инфракрасного света для работы AF, тогда как цифровые зеркальные камеры часто используют встроенную или внешнюю вспышку для подсветки объекта. При использовании вспомогательной вспышки достичь автофокуса может быть затруднительно, если предмет заметно смещается между вспышками. Поэтому использование вспомогательной подсветки рекомендуется только для неподвижных объектов.

На практике: съёмка движения

Автофокус практически всегда будет лучше всего работать при съёмке движения в следящем (AI servo) или непрерывном режиме. Эффективность фокусировки может значительно повыситься при условии, что объективу не нужно осуществлять поиск в большом диапазоне дистанций фокусировки.

Пожалуй, наиболее универсальный способ этого добиться — это предварительно сфокусировать камеру на области, в которой вы ожидаете появления движущегося объекта
. На примере с велосипедистом предфокус может быть осуществлён по обочине дороги, поскольку велосипедист наверняка появится поблизости от неё.

На некоторых объективах для зеркальных камер присутствует переключатель минимальной дистанции фокусировки, установка его на предельно возможную дистанцию (ближе которой предмет ни в коем случае не окажется) также повысит эффективность.

Учтите, однако, что в режиме непрерывного автофокуса снимки могут быть сделаны, даже если точная фокусировка ещё не достигнута.

На практике: портреты и другие статичные снимки

Статичные снимки лучше всего снимать в режиме разового фокуса, который гарантирует, что точный фокус был получен до начала экспозиции. Обычные требования к точке фокусировки касательно контраста и освещённости применимы и здесь, но требуется ещё и незначительная подвижность предмета съёмки.

Для портретов наилучшей точкой фокусировки является глаз, поскольку это стандарт и поскольку он обеспечивает хороший контраст. Несмотря на то, что центральный сенсор автофокуса обычно наиболее чувствителен, наиболее точная фокусировка для нецентральных объектов достигается использованием нецентральных точек фокусировки. Если использовать центральную точку фокусировки для фиксации фокуса (и далее изменять композицию), дистанция фокусировки всегда будет несколько меньше действительной, и эта ошибка нарастает с приближением объекта. Точная фокусировка особенно важна для портретов, поскольку они обычно имеют малую глубину резкости .

Поскольку наиболее общеупотребимые сенсоры автофокуса являются вертикальными, может быть уместно побеспокоиться о том, какой контраст преобладает в точке фокусировки, вертикальный или горизонтальный. В условиях малой освещённости порой автофокуса можно достичь, только повернув камеру на 90° на время фокусировки.

На примере слева ступеньки состоят преимущественно из горизонтальных линий. Если фокусироваться на дальней из передних ступенек (в расчёте на получение гиперфокального расстояния), чтобы избежать отказа автофокуса, можно на время фокусировки сориентировать камеру в ландшафтное положение. После фокусировки можно при желании повернуть камеру в портретное положение.

Заметьте, что эта глава рассматривает, как
фокусироваться, а не на чём
фокусироваться. За дальнейшей информацией по данному вопросу изучите главы о глубине резкости и гиперфокальном расстоянии .

Многие мои читатели жалуются на плохую работу автофокуса в камере. Давайте разберем в общих чертах как работает система автофокуса в современных зеркальных камерах и вообще способы наводки на резкость в сложных случаях.

Если понимать логику работы этой системы, то вы будете знать как «лечить» такие проблемы.

В настоящее время в фотокамерах используется в основном два типа пассивных автофокусов. Контрастный и Фазовый. Совсем недавно появились еще их сочетания, когда грубая наводка на фокус идёт с помощью фазового метода (самого быстрого), а супер-точная с помощью контрастного.

Потому неплохо будет осветить оба метода, а заодно мы разберемся, почему по LiveView
можно настроить фокус идеально даже тогда, когда в видоискателе мы получаем стабильную ошибку фокуса и автофокус тоже работает с ошибкой (фронт/бек автофокуса).

Во-первых контрастным методом автофокуса пользуются почти все беззеркальные камеры. Опять же в последнее время стали некоторые из них оснащать более быстрым фазовым методом определения фокуса.

Суть контрастного метода связана с его названием, т.е. камера определяет в фокусе ли изображение по положению линз объектива при котором достигается максимальный контраст изображения. При этом контраст определяется по конечному изображению на матрице камеры или его участкам (центральному, например).
(Какие это участки вне нашей «глубины» статьи)

режим LiveView

На картинке показана зеркальная камера в режиме «LiveView», с поднятым зеркалом, когда мы настраиваем фокус по экрану. Тоже самое происходит на беззеркальной камере, только в автоматическом режиме.

С одной стороны, раз мы настраиваем фокус по конечному изображению на матрице камеры, то точность достигается идеальная, но с другой стороны, для того, чтобы понять в какую сторону контраст изображения увеличивается, при перемещении линз объектива, а в какую падает, нам (фотокамере) приходится двигать линзы объектива и сравнивать полученные изображения.

1 — объектив
2 — основное зеркало (в данном случае в поднятом положении)
3 — затвор камеры
4 — сенсор камеры

Как выглядит работа контрастного автофокуса

Камера открывает затвор и получает картинку. По картинке камера не может сказать, в какую сторону ей двигать линзы, чтобы получить более контрастное изображение, а соответственно и более точный фокус. Потому камера просто двигает линзы в определенном направлении, например, вперед. После этого опять считывает изображение и сравнивает значение контраста картинки с изначальным. Если контраст упал, значит мы двигаем линзы не в ту сторону. И камера смещает линзы в обратном направлении, дальше, чем они были в самом начале на определенное расстояние (определяется прошивкой камеры). Опять сравнивает картинку — перелет или недолет?

Есть определенная методика, как с помощью минимального количества таких «пристрелов» попасть в нужное место, в фокус. Но мы не будем углубляться, так как это нам не нужно на данный момент. Кто хочет — может сам поискать, я уже не помню и название метода.

Последовательность шагов в контрастном методе определения правильного фокуса отличается для разных производителей камер. Можно делать большие скачки и постепенно уменьшать диапазон, отлавливая максимум контраста (напоминает методику поиска собакой), а можно пройтись по всему диапазону фокусировки последовательно маленькими шажками, пока не переступишь порог за которым начнется падение контраста.

Предлагаю подвигать ползунки на данной анимации, любезно предоставленной Стэнфордским университетом

К сожалению, у Вас не установлен flash плеер.

Но зеркальные камеры в основном полагаются как раз на фазовый метод определения фокуса, который гораздо быстрее работает, так что мы перейдем к нему.

Фазовый метод автофокуса отличается от контрастного метода тем, что позволяет на одном единственном измерении сделать вывод в какое место нужно переместить линзы объектива для достижения оптимального фокуса.

Ниже представлена схема фазового автофокуса. Многие видели основное зеркало фотокамеры, которое поднимается в момент съемки и издаёт хлопающий звук, но все ли знают про дополнительное зеркало, которое обеспечивает работу фазового автофокуса в зеркальных камерах?

То, что на схеме выглядит как маленькая спичка, прикрепленная к середине большой спички (основное зеркало) на самом деле небольшое зеркало, которое работает за счет полупрозрачного окошка в основном зеркале.

Где же находится это окошко? Давайте посмотрим.

В продолжении вы узнаете, как настраивать автофокус, что можно делать, а что не стоит.

(продолжение на следующей странице)

Автофокус — одно из самых полезных достижений современной фотографии. Большинство современных систем видеонаблюдения невозможно представить без автофокуса. Научиться контролировать эту технологию — вот один из важнейших навыков любого фотографа.

Что такое автофокус?

Для начала неплохо бы ответить на другой вопрос. Что такое фокус? В фотографии это понятие центральное, оно относится к изображению с высокой четкостью, самобытностью, какими-то мелкими деталями. Достижение точной фокусировки — вот к чему фотографы обычно стремятся.

Имея в руках камеру, как систему с совершенным зрением, мы видим объектом свое интереса — отображение с идеальной детализацией. Так же, как и при плохом зрении, при плохой фокусировке мир кажется размытым. К счастью, в отличие от наших глаз, фокус объектива можно отрегулировать так, чтобы получить желаемое четким, однако, это не просто и даже не всегда возможно. Тут на помощь приходит автофокус.

По сути своей автофокус — это любая технология, которая автоматически (без вмешательства фотографа) изменяет фокусное расстояние объектива. Эта функция может быть более точной, чем «глазной» контроль и ручная фокусировка, и может быть использована, чтобы улучшить фокусировку на движущихся объектов, которые наши глаза и рефлексы пытаются отслеживать изо всех сил.

Использование автофокуса

Большинство людей уже знакомы с автофокусом. Он существует почти на всех современных фотокамерах, от передовых форматов Hasselblads до обычных смартфонов., и почти всегда фокус настроен по умолчанию. Проще говоря, нет автофокуса — нет уверенности в том, что вы делаете.

Вам не кажется странным, что после покупки причудливой DSLR, автофокус кажется вам менее гибким, чем на телефоне? У смартфонов все просто, нажимаешь кнопку пальцем, получаешь миленькую картинку, и все, что попало в кадр, видно предельно ясно. Какой хороший трюк.

Это экран видоискателя камеры D3100, которая имеет 11-точечную систему автофокусировки. Более продвинуты камеры в настоящее время работают аж до 61-ой точки автофокуса.

Глядя на DSLR, думаешь, ну что за нервотрепка, ограничиваться числом точек в видоискателе! Не вдаваясь в лишние подробности, скажем так, зеркалки используют другой метод автофокусировки, нежели цифромыльницы и смартфоны, для которых не особенно нужно обрабатывать то, что видит объектив.

Это может показаться на первый взгляд недостатком, но такой режим автофокусировки — быстрее и точнее. В данной статье мы уделим особое внимание системе автофокуса на цифровых зеркальных камерах вместо смартфонов (кто хотел прочитать про айфон, забейте его в гугле).

Теперь, когда мы знаем, что мы полагаемся на неподвижные точки, пришло время узнать о двух ключевых проблемах. Как выбрать верный момент и что произойдет, если фокус не остановится на объекте, который нам нужен?

Автофокус vs. Ручная фокусировка

Во-первых, мы должны посмотреть, что за режим выбран в меню. Большинство режимов принадлежат к так называемым — «авторежимам-сценам», где настройки камеры меняются в зависимости от выбранного вами типа съемки. Естественно, эти режимы предполагают автофокусировку (есть, конечно, исключения, такие, как режим макро).

Например, у DSLR-камеры основной режим — это автофокус. Когда вы нажимаете на кнопку спуска затвора, вы как бы даете сигнал к выделению определенных точек на видеоискателе. Эти точки фокусировки — отражение того, как камера видит объект. Если это не то, что вы пытались снять — значит, вам не повезло.

Для того, чтобы самостоятельно управлять автофокусировкой на DSLR, нужно использовать один из «ручных» режимов (P, A/AV, S/Tv или M). В этих режимах точку фокусировки можно выбрать вручную. Точность фокусировки варьируется от модели к модели. Но обычно зеркалки в этом похожи. «Ручной» режим поможет вам, если вы хотите получить контроль над съемкой в полной мере.

Конечно, можно поступать и иначе, но большинство фотографов придерживаются этого метода. Чтобы сфокусироваться на предметах, находящихся в центре, вы должны быть внимательны. Это самый простой способ получить изображение в фокусе, достичь его можно за три шага.

Шаг 1.

Режим фокусировки — One Shot
. Установите точку фокусировки в центр видоискателя. Средняя точка автофокуса совпадет с ней, и изображение выйдет гораздо четче.

Шаг 2.

Точка должна быть непосредственно на вашем объекте, нажмите кнопку затвора наполовину для, так называемой, предварительной фокусировки. Как только это будет сделано, AF LOCK вашей камеры будет четко «видеть», что вы хотите снять, какое фокусное расстояние до объекта, и запомнит это, даже если вы переместите камеру.

Шаг 3.

С фокусным расстоянием определились, теперь у вас полная свобода в кадре. Обычно неподвижные предметы довольно скучны для фото, но когда вы будете довольны композицией, нажмите кнопку спуска до конца.

Мы используем центральную кнопку на автофокусе, чтобы сфокусироваться на объекте в первый раз, потом, после AF фиксации, можно свободно творить. Это и называется предварительной фокусировкой.

Выбирайте точку фокусировки вручную.

Это большая редкость, чтобы точка фокуса была именно там, где вы пожелаете, даже с новыми 51-точечными системами. Так что, если у нас есть возможность изменять композицию после предварительной фокусировки, какой смысл в дополнительных точках?

Первая причина в том, что могут быть случаи, когда физически невозможно изменить композицию. В то время, как метод «сфокусируйся и твори» отлично подходит для большинства ситуаций, бывают случаи, когда нужно наиболее точное фокусирование, и никакое «на глаз» не может быть уместным.

В таких ситуациях, наличие гибкой системы автофокуса с множеством точек становится очень полезным.

Основная цель таких систем, однако, вовсе не экономия времени. Цель заключается скорее в том, чтобы дать фотографу возможность снимать движущиеся объекты. Особенно важно это для съемок дикой природы и спортивных фотографов, для них умение правильное использовать автофокус решает, как и для всех, кто снимает динамичные объекты.

Допустим, вы хотите сделать фотографию бегущего ребенка. К тому времени, как вы настроите фокус, ребенок уже давно убежит (забудьте о попытках сменить композицию после предварительной фокусировки в таком случае).

Даже с очень быстрым автофокусом современных систем, нет такого способа, чтобы сделать более одного кадра за раз без изменения фокусной парадигмы. Как можно использовать высокую скорость съемки, чтобы потом выбирать один из последовательных кадров?

Большинство DSLR-камер поддерживают в дополнение к вышеупомянутой функции одноразовой автофокусировки очень мощную функцию — непрерывный автофокус (AF-C в Nikon и AL Servo в Canon).

Как это работает вообще, что сразу после того, как система была сосредоточена на первом кадре, будет отслеживаться движение объекта, и более того — будет выбран автоматический фокус почти сразу!

Это будет продолжаться до тех пор, пока кнопка затвора нажата до половины и удерживается. Во время использования камера будет регулировать объектив для поддержания внимания к объекту, предсказывая, как объект будет использовать свою скорость.

Таким образом, можно сделать серию фотографий в быстрой последовательности, не беспокоясь о фокусе, и максимизировать вероятность сделать лучший кадр.

Совет, который для меня был самым важным, когда я учился снимать на автофокусе. Поскольку автофокус делается с помощью датчиков, которые определяют его, это работает хорошо только тогда, когда точка фокусировки находится с каким-то контрастом!

Например, когда я ставлю точку автофокусировки к краю объекта, акцент делается мгновенно и очень точно. Но если я пытаюсь направить его к середине объекта, где тон и цвет постоянны, датчик не может определить насколько резко видит это.

Подумайте об этом, датчик имеет в распоряжении только информацию, с помощью которой определяет фокус. Это как если бы вы, глядя через соломинку, пытались определись, идеальное у вас зрение или нет. Это возможно лишь тогда, когда вы видите края объектов, а не когда вокруг лишь белая стена.

Чтобы сделать повторно использовать выбранный ранее фокус, вы можете посмотреть, что было, когда я пытался сфокусироваться на двух различных точках напрямую. Левое изображение будет точнее, так как есть резкий контраст между флешкой и фоном. Правое — не будет столь точным, потому как контраст не такой сильный. (Вообще, камера не позволит вам сделать снимок, пока датчики не будут уверены в том, что фокус найден).

Большинство цифровых зеркальных камер имеют подсветку для AF, его можно включать в некоторых моделях. Это помогает сфокусироваться в темноте. Если все черное вокруг, камера сталкивается с той же проблемой, что и в совете №1, датчик понятия не имеет, что в фокусе, а что нет. Помните, однако, что нельзя включать этот режим в тех местах, где запрещена съемка со вспышкой.

Как может показаться, это решение большинства проблем, отдал деньги — получил простой способ улучшить автофокус. Быстрый — то есть имеющий максимальную диафрагму (меньшее диафрагменное число, например, f/1/.8), то есть объектив имеет большее отверстие.

Когда камера пытается автофокусироваться, она всегда максимально открывает диафрагму, чтобы впустить как можно больше света, в соответствии с настройками, конечно. Чем больше у объектива потенциал максимального раскрытия диафрагмы, тем легче будет осуществляться процесс автофокусировки.

В самом деле, при использовании зеркалок низкого уровня с небольшими отверстиями, как например, объективы f/5.6, обычно китовые, автофокус не будет работать ни в каких точках, кроме центра, даже камеры про-класса могут справиться лишь с объективами большого потенциала максимального раскрытия диафрагмы.

Первые десятилетия фотографии камеры были большими и представляли собой простую, но громоздкую конструкцию в виде «гармошки», соединяющей объектив и кассетную часть с фотопластинкой. Перед съемкой на место фотопластинки вставлялось матовое стекло (фокусировочный экран), и фотограф вручную двигал объектив (обычно однолинзовый) для фокусировки изображения, накрывшись темным покрывалом для повышения яркости и контраста. Процесс этот был небыстрый, но и спешить особо было некуда: светочувствительность фотопластинок в то время была низкой, выдержка составляла минуты, так что снимали в основном статичные сцены — пейзажи, натюрморты и портреты людей, которым приходилось для этого сидеть неподвижно.

Ручная работа

К началу XX века чувствительность фотоматериалов увеличилась, формат уменьшился, камеры стали намного компактнее и удобнее, но сфокусировать объектив по изображению на маленьком фокусировочном экране стало сложно даже с помощью лупы. Эту проблему можно было решить несколькими путями. Во‑первых, сфокусировать объектив на гиперфокальном расстоянии, так, чтобы большая часть объектов в кадре изображалась резко. Во‑вторых, разметить шкалу расстояний на объективе и наводить резкость, выставляя нужные значения «на глаз». И, в-третьих, можно было применить принципиально новое решение, оснастив камеры устройством для измерения дистанции — дальномером. Этот несложный оптический прибор состоял из светоделительной призмы и поворотного зеркала, разнесенных на определенное расстояние (база). Фотограф, глядя в окошко дальномера, поворачивал зеркало до тех пор, пока изображения не совмещались. С помощью триангуляции, исходя из угла поворота и базы, можно было найти расстояние до объекта съемки и выставить эту дистанцию на объективе (вручную). Такими устройствами камеры начали оснащать с начала XX века, а в 1916 году в модели 3A Autographic Kodak Special конструкторы впервые механически объединили измерение расстояния с одновременной фокусировкой объектива. Настоящую популярность это приспособление получило благодаря компании Leica, которая начала снабжать свои камеры дальномерами начиная с модели Leica I (1925), — собственно, такие камеры и стали называться дальномерными.

Убрать раздвоение

В 1976 году на выставке Photokina компания Leica представила фотокамеру с системой Correfot (которую она разрабатывала с 1960 года) — первой системой автофокусировки в мире. По одной из легенд, несмотря на интерес публики, компания отказалась от ее выпуска, «потому что клиенты уже знают, как правильно фокусировать объектив». На самом деле система была просто слишком прожорлива (комплекта из шести батареек хватало менее чем на час съемок) и в целом «сырая». Поэтому первой серийной автофокусной камерой стала в 1977 году Konica C 35 AF, оснащенная системой Visitronic компании Honeywell. Система эта базировалась на классическом дальномере и триангуляции, только два изображения сводил вместе не сам фотограф, а электромеханическая автоматика, сравнивая сигналы с двух ПЗС-матриц.

Компания Canon пошла немного другим путем, решив обойтись без сложной электромеханики. В Canon AF35M (1977) появился активный автофокус, представлявший собой оптоэлектронную версию классического дальномера: светодиод излучал инфракрасный импульс, а расстояние определялось по углу его отражения от объекта, измеренного с помощью ПЗС-датчика. В следующей модели, Canon AF35ML (1981), уже использовалась пассивная автофокусировка, основанная на «твердотельной триангуляции»: никаких движущихся частей, а «сведение» изображений осуществлялось электронным способом — по разности сигналов на двух ПЗС-матрицах.

В первых дальномерных камерах фотограф совмещал изображения, считывал расстояние и выставлял полученное значение на фокусировочной шкале объектива. В камере 3A Autographic Kodak Special эти процедуры были объединены в одну.

Сдвиг по фазе

Первой автофокусной зеркальной камерой стала Minolta Maxxum 7000 (1985). В этой модели использовалась система фазовой автофокусировки (AF) через объектив (Through The Lens — TTL), которая широко применяется и сейчас. Принцип ее работы основан на том, что лучи, проходящие через две половины объектива, отражаются зеркалом и фокусируются в двух разных точках на датчике АФ — двух ПЗС-линейках. Расстояние между этими точками для идеальной фокусировки точно известно, и если измеренная дистанция между пиками не совпадает с этим значением, система управления начинает двигать объектив в нужном направлении до тех пор, пока пики не окажутся на нужных местах. В реальной жизни, конечно, все намного сложнее — изображение представляет собой не точку, может быть расположено не на оптической оси и т. п. Эти проблемы решаются введением различных масок и дополнительных конденсорных линз, но принцип тот же.

Автоматические дальномеры и настоящая АФ Konica C35 AF была оснащена электромеханическим дальномером с двумя ПЗС-датчиками. Сигналы с датчиков сравнивались, их совпадение означало точную фокусировку.

Фазовый автофокус очень быстрый (система сразу знает, в каком направлении нужно двигать объектив, и благодаря этому даже может отслеживать движение объекта в кадре), не требует большой вычислительной мощности и не имеет движущихся частей. Основной недостаток этой системы — ее неуверенная работа при низком освещении, а также то, что она работает только при опущенном зеркале: в момент съемки зеркало поднимается, и весь свет через объектив попадает на пленку или матрицу, а не на датчик АF. А значит, эта система не годится для тех случаев, когда кадр визируется по ЖК-экрану (LiveView), то есть для большинства компактных цифровых камер и смартфонов.

А первая настоящая АФ появилась в камере Minolta Maxxum 7000. Это была полноценная система фазовой автофокусировки через объектив (TTL) — предок всех современных фазовых систем АФ.

По образу и подобию

Для цифровых камер, которые с начала 2000-х заменили пленочные, пришлось придумывать новый принцип автофокусировки. Ну, не совсем новый. Как человек наводит объектив вручную? Крутит кольцо фокусировки, пока наблюдаемая картинка не станет резкой, то есть максимально контрастной. Контрастный автофокус работает точно так же: двигает объектив, добиваясь максимальной контрастности картинки на светочувствительной матрице.

Такая система работает с основной матрицей и не требует сложных оптических схем и дополнительных датчиков. Но, в отличие от фазовой автофокусировки, она не может определить заранее, в какую сторону следует двигать объектив, и начинает это делать в случайном направлении — точно так, как это делал бы человек. Поэтому скорость фокусировки иногда оставляет желать лучшего — особенно в условиях недостаточного освещения или при съемке малоконтрастных объектов, когда система просто не может «рассмотреть» резкие детали (в точности как человек). Тем не менее долгое время для компактных цифровых камер и особенно смартфонов альтернатив контрастной автофокусировке просто не существовало.

Камера Canon EOS 70D стала первой моделью, оснащенной системой типа Dual Pixel CMOS AF. В отличие от гибридной системы АФ, которая использует специальные выделенные фотодиоды на общей КМОП-матрице, АФ с «двойными пикселями» и для фокусировки, и для фотосъемки задействует все фотодиоды матрицы.

Гибридный подход

В 2010 году компания Fujifilm выпустила камеру FinePix F300EXR с новой, гибридной системой автофокусировки. На матрице камеры, помимо обычных светочувствительных фотодиодов (пикселей), были равномерно разбросаны два типа специализированных — «правые» и «левые», то есть воспринимающие свет только от правой или левой части объектива (другая часть закрыта непрозрачной маской). Система АF сравнивала изображение на субматрицах, образованных «левыми» и «правыми» пикселями. Точное совпадение этих двух изображений говорит о точной фокусировке, а смещение показывает, насколько и в какую сторону следует сместить объектив. Похоже на фазовую АF, не так ли? Почти, но не совсем: разрешающая способность субматриц существенно меньше, чем всей матрицы, и при очень малых отклонениях от точной фокусировки система неспособна увидеть разницу, так что на финальном этапе используется фокусировка по контрасту.

Ничего лишнего

Гибридный автофокус выгодно сочетает достоинства фазовой и контрастной систем АF, однако имеет и недостатки. Для улучшения работы АФ нужно увеличить количество пикселей, которые «работают» только на 50%, а это приводит к уменьшению общей светочувствительности матрицы. Но разработчики матриц придумали остроумный способ обойти это ограничение.

В 2013 году в камере Canon EOS 70D была впервые опробована система Dual Pixel CMOS AF. А в 2016 году на рынке появился первый смартфон с камерой, оснащенной системой Dual Pixel, — флагман Samsung Galaxy S7.

Существует способ сделать так, чтобы «всё было резко» вовсе без автофокусировки. В эпоху пленочных камер дешевые модели обычно снабжались простым объективом с фиксированной фокусировкой (focus-free) на гиперфокальном расстоянии. Такой объектив позволяет более-менее резко изображать все объекты, находящиеся на расстоянии от половины гиперфокального (обычно 0,5−1 м) до бесконечности. Подобными же объективами снабжались и дешевые цифровые камеры, и первые смартфоны с камерами. Однако этот принцип применим только для дешевых широкоугольных объективов с большим минимальным значением диафрагмы.
Другой случай — это использование пленоптической камеры, или «камеры светового поля». Она фиксирует не только распределение освещенности в фокальной плоскости, но и направление пришедших лучей (световое поле). Такое изображение можно позднее «перефокусировать» любым нужным образом (в любой плоскости). Идея подобных камер была выдвинута в 1908 году, а несколько лет назад компания Lytro решила производить цифровые версии, хотя особого распространения они пока не получили.

Каждый пиксель матрицы Dual Pixel состоит из двух отдельных фотодиодов — «правого» и «левого». Таким образом, при автофокусировке вся матрица делится на две субматрицы, «правую» и «левую», с таким же разрешением, как и основная матрица. Сравнение сигналов с двух половинок обеспечивает точность выше, чем у гибридных, а скорость гораздо выше, чем у контрастных систем АF (скажем, в Samsung Galaxy S7 время фокусировки составляет менее 0,2 с). Поскольку Dual Pixel является фазовой системой АF, она позволяет отслеживать движение объекта в кадре. А в момент съемки обе субматрицы работают как единое целое, не происходит никакого падения светочувствительности, что важно для смартфонов с их небольшими матрицами. Поэтому такая система на сегодняшний день представляет собой вершину эволюции систем АF. Конечно, до тех пор, пока инженеры опять не придумают что-нибудь новое.

Сонары, радары и лидары

Отдельную ветку на эволюционном древе автофокусировки занимают внешние (относительно оптической системы камеры) дальномеры с прямым измерением расстояния. Одной из первых фотокамер с системой автофокусировки стала модель Polaroid SX-70 Sonar OneStep (1978), оснащенная, как понятно из ее названия, дальномером на основе ультразвукового сонара. Архаика? Вовсе нет, сонарные дальномеры для камер существуют и сейчас. Их выпускает, например, компания RedRockMicro — правда, не для автоматической, а для дистанционной ручной фокусировки профессиональных камер. Более новый принцип определения расстояния, лазерная локация, сейчас активно используется не только в строительной и военной технике, но и в некоторых смартфонах (LG G3) — в дополнение к обычной системе контрастной автофокусировки. В патентах Sony упоминается радарная автофокусировка, но серийных образцов подобного типа на рынке не представлено.

Редакция благодарит Markus Kohlpayntner за помощь в подготовке статьи.

Начнем, пожалуй, с того, что же такое автофокус. Это система, которая обеспечивает автоматическую фокусировку объектива фотоаппарата, видеокамеры на объект (или несколько объектов) съемки. Обозначают автофокус чаще всего как AF.

Существует два режима работы автофокуса: пассивный
и активный
. Смысл в том, что системе требуется определить расстояние от фокальной плоскости до объекта съемки, и активный автофокус добивается этого за счет элементов, взаимодействующих с объектом съемки (ультразвуковой или инфракрасный локаторы), а пассивный не взаимодействует с самим объектом и ничего не излучает — он лишь анализирует световые пучки, попадающие в камеру.

Всю свою работу автофокус выполняет за считанные мгновения и практически без непосредственного участия самого фотографа. Данное устройство предусмотрено во всех современных фотоаппаратах и различается по своему типу. Как правило, выделяются следующие виды:

  • Фазовый автофокус
  • Контрастный автофокус
  • Гибридный автофокус

Рассмотрим каждый из них поподробнее. Работа фазового автофокуса
основывается на использовании специальных датчиков, собирающих лучи света из разрозненных фрагментов, которые поступают к ним из разных точек кадра благодаря системам зеркал (в некоторых устройствах они заменены линзами). После этого весь свет разделяется на два потока и отправляется на светочувствительный сенсор. Окончательная наводка происходит в определенный момент, когда разделенные лучи будут находится на заданном устройством датчика расстоянии. Проведя расчет необходимой дистанции, устройство само определяет каким образом нужно изменить положение линз, для того чтобы был получено изображение лучшего качества. К неопровержимым достоинствам автофокуса фазового типа можно смело отнести точность и быстроту фокусировки, особенно это важно, если вы снимаете движущуюся сцену. Большое количество датчиков буквально следит за изображением, добиваясь максимального качества. Фазовый АФ применяется в зеркальных системах.

Следующий вид фокусировки – контрастный автофокус
. Его работа основана на специальных светочувствительных элементах, которые проводят исследования контраста снимаемой сцены. Точная фокусировка происходит в тот момент, когда данное изображение обретет максимально отличающуюся от фона резкость и контрастность. Для достижение лучшего результата микропроцессор подобных устройств может смещать линзы из первоначального положения. К достоинства такого типа автофокуса можно отнести простоту, достаточно маленькие размеры и отсутствие необходимости в каких-либо дополнительных датчиках. Благодаря особенностям данной системы её используют в «мыльницах», камерах современных смартфонов и т.п.

Еще один вид, заслуживающий внимание фотографа – гибридный автофокус
. Изначальная мысль заключалась в том, чтобы объединить пассивный и активный АФ. Современные же разработки гибридного автофокуса основаны на комбинации фазовой и контрастной технологии. Данный тип автофокуса сегодня внедряют в беззеркальные системы, где такой АФ показывает более убедительные результаты, чем контрастный, который использовался до этого.

Материалы

Что такое PDAF и Dual Pixel? Или как работает автофокус на смартфонах

Последнее обновление:

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:

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:

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:

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):

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:

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:

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:

Обычный 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:

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:

Матрица 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:

Матрица 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

Если вы хотите более детально погрузиться в то, как устроены и работают камеры смартфонов, тогда рекомендую почитать мой цикл статей «Камера смартфонов для чайников«. Там вы найдете ответы на все вопросы, связанные с камерами и узнаете много всего нового и интересного.

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!

 

Что такое автофокус с определением фазы и определением контраста?

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


Что такое автофокусировка с определением контраста?

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

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

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

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

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

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

Это сравнение расстояний фокусировки для определения точки максимальной контрастности.


Что такое автофокус с определением фазы?

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

Представьте, что изображение попадает в призму. Затем призма разделяет это изображение на две части.

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

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

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

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

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

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

В зеркальных фотокамерах

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


Что лучше: контрастный или фазовый автофокус?

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

Для неподвижных объектов и высококонтрастных сцен

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

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

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

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

Для движущихся объектов

Если ваш объект движется Обнаружение фазы Автофокусировка обеспечит вам самую быструю и точную автофокусировку.

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

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

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

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

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

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

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

При слабом освещении и низкой контрастности

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

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

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

Что такое гибридный автофокус?

Вы увидите, что некоторые камеры рекламируют гибридный автофокус.

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

Гибридная автофокусировка обычно начинается с метода быстрой фазовой автофокусировки.

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

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

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

Фаза и контрастная система автофокусировки на камерах

Когда производители фотоаппаратов выпускают новую камеру, они не упускают из виду свою систему фокусировки. Некоторые камеры щеголяют своей системой фазовой автофокусировки (PDAF) с огромным количеством точек фокусировки, в то время как другие имеют гибридную систему автофокусировки, которая также включает автофокус с обнаружением контраста (CDAF).Но понимаете ли вы, как работает каждая из этих систем фокусировки? Тони Нортрап подробно рассказывает в этом видео:

Лазерный автофокус

Мы еще не видели эту систему автофокусировки в камерах, но лазерная автофокусировка применяется в некоторых камерах смартфонов. Камера излучает невидимый лазер и измеряет время, необходимое для отражения от объекта. Затем с некоторыми вычислениями камера определяет расстояние до объекта и фиксируется на нем.

«Он отлично работает, потому что его можно использовать при абсолютно нулевом освещении.”

Контрастный автофокус

Представьте, как вы фокусируетесь на объекте вручную. Вы вращаете кольцо фокусировки, пока объект не окажется в фокусе. Как только он станет резким, вы продолжите вращать, чтобы убедиться, а затем вернетесь к самому резкому состоянию. Именно так работают системы автофокусировки на основе контраста. Эта система рассматривает часть изображения с наибольшим контрастом, а затем регулирует фокус до тех пор, пока эта конкретная область не станет самой резкой.

Автофокусировка на основе контраста отлично подходит для съемки неподвижных объектов.Но при съемке движущихся объектов они уже переместятся в другое место, прежде чем камера сможет сфокусироваться.

«Он не очень хорошо отслеживает движущиеся объекты».

Фазовый автофокус

Фазовый автофокус (PDAF) работает аналогично тому, как работают наши глаза. Он измеряет расстояние, используя две отдельные плоскости, измеряя углы.

Цифровые зеркальные камеры

имеют совершенно другой набор зеркал и датчиков, которые считывают информацию, поступающую от световых лучей через объектив, чтобы измерить расстояние до объекта.

При работе с датчиками PDAF важно учитывать то, что они должны точно совмещаться с датчиком. Любая ошибка приведет к тому, что изображение будет не в фокусе. Именно тогда становятся необходимыми микрокоррекции.

CDAF против PDAF

Когда дело доходит до лабораторных тестов , чтобы увидеть, какая из систем фокусировки лучше, CDAF или PDAF, обе они работают почти одинаково. Системы PDAF имеют очень небольшое преимущество для неподвижных объектов. Однако, когда дело доходит до отслеживания объектов, PDAF превосходит более медленную систему CDAF.Но у PDAF есть свои недостатки.

  • Если точки фокусировки расположены очень близко друг к другу, точность PDAF падает. То же самое и с очень маленькими точками фокусировки.
  • Становится труднее работать с системой PDAF при работе с телеобъективами, когда объект находится дальше.

Чтобы решить эти проблемы, производители придумали идею размещения датчика фазового детектирования непосредственно на датчике. Здесь снова возникает другой набор проблем, поскольку пиксели, которые должны собирать световую информацию для захвата изображений, теперь участвуют в фокусировке.Однако производители избавляются от этого с помощью метода, называемого интерполяцией , который угадывает данные в конкретном пикселе на основе информации, переносимой окружающими пикселями. Этот метод имеет следующие проблемы:

  • Потеря разрешения и информации об изображении
  • Появление полос на изображениях

Сегодня производители фотоаппаратов стараются преодолеть недостатки каждой из этих систем автофокусировки. Давайте подождем и посмотрим, что ждет системы автофокусировки в будущем.

Объяснение систем автофокусировки камеры

: фаза, контраст, гибрид, DFD

Производители фотоаппаратов используют различные типы систем автофокусировки в современных цифровых фотоаппаратах. Если вы хотите получить представление о том, как работает каждый из них, вот фантастическое 18-минутное видео от технического тестера Джеральда Ундона, которое поможет вам быстро освоиться.

Джеральд исследует системы в трех камерах: Canon EOS R с двойным пиксельным автофокусом, Sony a7 III с гибридным определением фазы и Panasonic Lumix G9 с технологией глубины от расфокусировки (DFD).

Помимо объяснения того, как работают основные системы автофокусировки, Джеральд также полезно объясняет сильные и слабые стороны, давая вам знания, необходимые для определения того, какой тип автофокусировки подходит для ваших нужд.

Вот содержание видео с отметками времени обсуждаемых тем:

01:20 : Заблуждение: все думают, что определение контраста плохо
02: 0 4: Как работает автофокус с определением фазы
02 : 55 : Как работает автофокусировка с определением контраста
03:50 : Чем лучше определение контраста, чем определение фазы
04:45 : Чем лучше определение контраста, чем определение контраста
04:54 : Пульсация, которую вы видите с обнаружением контраста
05:43 : Как беззеркальные камеры справляются с этим по-разному
06:43 : Как производители фотоаппаратов решили решить эти проблемы
06:51 : Решение № 1: Гибридный автофокус и принцип его работы
07:30 : Решение № 2: Dual Pixel CMOS AF и чем он отличается
08:28 : Недостатки Canon Dual Pixel AF
08:47 : Как EOS R решает эти проблемы
09:10 : Почему двойной пиксель лучше всего подходит для видео
09:42 : Почему мне больше всего нравятся современные гибридные системы автофокусировки (Sony)
10:10 : Но Panasonic G9 все еще быстрее благодаря DFD
10: 20 : Решение № 3: Что такое глубина от расфокусировки и как это работает
11:42 : Ограничения глубины от расфокусировки
12:33 : Почему одни линзы работают лучше других
13:00 : Важность точек автофокусировки и покрытия
14:13 : Почему не следует использовать фокусировку и повторную компоновку
15:42 : Практическое применение: какую систему автофокусировки использовать, когда
17:22 : Заключительные мысли: большинство Системы автофокусировки великолепны

Если вам не нужна экстремальная производительность автофокусировки, вам подойдет система определения контраста, — говорит Джеральд.Это не будет ограничением, а во многих случаях даже будет сильной стороной. Для быстрых и хаотично движущихся объектов Джеральд рекомендует современную гибридную систему. Если вы ищете простую и универсальную систему, которая хорошо работает в большинстве ситуаций, он порекомендует Canon Dual Pixel AF.

«Но, честно говоря, мы живем здесь в прекрасные времена, когда дело касается автофокусировки», — заключает Джеральд. «Существует так много отличных систем и так много инноваций, что я думаю, что много ненужной гиперкритики подвергается автофокусировке, особенно когда это не влияет на нашу прибыль.

«Камеры не идеальны. Автофокус не идеален. И мы не можем требовать от них совершенства из-за самого способа их функционирования. Что мы, , можем сделать , так это использовать их как инструменты. Поймите, как они работают, и постарайтесь найти лучший инструмент для работы и лучший способ использовать его в этой ситуации ».

Если вы нашли это видео полезным, вы можете найти другие видео Джеральда, подписавшись на его канал YouTube.

(через Gerald Undone через Steve’s Digicams)

Съемка с автофокусом на камеру Canon

Гостевой пост Сэма Фишера

Автофокусировка иногда может быть сложной задачей, особенно если учесть, сколько режимов и опций доступно.Глядя на мои настройки автофокуса, я могу чувствовать себя немного неуверенно, выходя за рамки основных настроек автофокуса. Некоторые люди могут даже не осознавать, что в разных ситуациях можно использовать разные типы. Итак, давайте вместе посмотрим на автофокус в камерах Canon.

Что такое точки автофокусировки?

Точки автофокусировки — это области поля зрения, на которые камера может направить фокус для максимальной резкости. Как правило, чем дороже камера, тем больше точек автофокусировки.Базовые зеркалки могут иметь от 9 до 12 точек автофокусировки. Усовершенствованные зеркальные и беззеркальные камеры часто имеют более 400 точек автофокусировки. Всегда здорово иметь столько, сколько вы можете себе позволить, потому что чем больше у меня точек автофокусировки, тем больше у меня возможностей для композиции изображения.

Автофокусировка с определением контраста и фазы

Существует два основных типа систем автофокусировки. В первую очередь следует рассмотреть системы, основанные на обнаружении контраста. Эти системы работают путем поиска максимально возможной тональной разницы между пикселями изображения.Объектив ищет наибольшую разницу, увеличивая и уменьшая панораму.

Как только будет обнаружена наибольшая разница, изображение будет иметь оптимальную резкость и четкость. Обнаружение контраста в целом более точное, чем определение фазы. Но недостатком является то, что иногда это происходит медленнее, особенно если освещение не очень хорошее. Обнаружение контраста лучше всего подходит для ситуаций, когда даже немного не в фокусе имеет большое значение, например, портреты и макросъемка.

Обнаружение фазы работает иначе.Эта система работает за счет использования парных датчиков автофокусировки для анализа света, получаемого от объекта. Если освещение в парах разное, камера знает, что фокус отключен, и настраивается соответствующим образом. Обнаружение фазы быстрее, чем обнаружение контраста, и обычно достаточно точно. Эта система лучше всего работает там, где нам нужна чрезвычайно высокая скорость автофокусировки, например, при спорте и других стилях действий.

Многие современные камеры, особенно беззеркальные, имеют гибридные системы автофокусировки.То, как они работают, зависит от марки и модели. Но большинство из них используют датчик, который имеет пиксели определения фазы или группы пикселей в сочетании с базовой системой определения контраста. Быстрые и точные гибридные системы автофокусировки сочетают в себе лучшие элементы обоих миров.

Одноразовый AF

Это стандартный режим автофокусировки для камер Canon. Как только я удерживаю кнопку спуска затвора наполовину, камера находит фокус и удерживает его в устойчивом положении. Даже если объект выходит из плоскости фокусировки, зона фокусировки остается неизменной.Как только я полностью нажму кнопку затвора, камера сделает снимок. Пока мой объект неподвижен, движется незначительно или я использую большую глубину резкости, One Shot AF вполне достаточно для получения отличного изображения.

AI Серво AF

AI Servo AF другие производители часто называют непрерывной автофокусировкой. Как только камера фиксирует объект, она постоянно отслеживает его. Этот режим идеально подходит для фотографов дикой природы и боевиков, поскольку объект часто будет двигаться непредсказуемым образом.Некоторые камеры Canon более высокого класса даже имеют следящий автофокус, который может отслеживать быстро движущиеся объекты, покинувшие кадр. Как только вы вернете их в кадр, плоскость фокуса останется резкой и устойчивой.

AI Фокус AF

AI focus AF — это «автоматический» режим автофокусировки. Используя это, камера выберет лучший режим для данной ситуации. Он будет использовать покадровую автофокусировку, если не обнаружит движение, а затем переключится на следящую автофокусировку AI. Хотя этот режим может показаться лучшим для постоянного использования, недостатком является время отклика.Камера с некоторой задержкой замечает движение объекта и переключается на следящий автофокус AI. Поэтому, если у вас есть объектив, наведенный на объект, и он внезапно перемещается быстро, камера может не реагировать достаточно быстро, чтобы отслеживать его.

Заключение

Автофокусировка Canon — это подробный объект, но он необходим каждому пользователю Canon, чтобы расти как фотограф. Ручная фокусировка — золотой стандарт, но автофокусировка имеет место во многих ситуациях. Так что не бойтесь использовать настройку автофокусировки для получения четких и красивых изображений!

Что такое фазовый автофокус? (И почему это важно)

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

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

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

© Тамара Кедвес

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

Что такое автофокус?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Как понять фазовый автофокус

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

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

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

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

Давайте сделаем его более продвинутым.

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

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

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

Система фазового автофокуса

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

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

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

Для чего используется фазовый автофокус?

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

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

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

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

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

© Тамара Кедвес

Каковы недостатки фазового детектирования?

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

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

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

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

Заключение

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

Попробуйте, экспериментируйте и наслаждайтесь преимуществами!

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

Хотите больше? Попробуйте наши шпаргалки по фотографии

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

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

Вы больше никогда не забудете ключевой совет по фотографии!

Что такое PDAF? Объяснение автофокусировки с определением фазы

Роберт Триггс / Android Authority

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

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

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


Что такое PDAF и как он работает?

Как и все хорошие технологии камеры, PDAF восходит к традиционным камерам и зеркальным фотокамерам. В зеркальных фотокамерах используются зеркала для отражения копий света основного датчика на специальный датчик определения фазы. Смартфоны не имеют одинакового пространства для размещения всех этих частей. Вместо этого мобильные датчики имеют специальные пиксели PDAF, встроенные в датчик изображения, подход, заимствованный у компактных камер.

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

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

Связано: Компактная камера и перестрелка со смартфоном

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

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

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

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

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


PDAF за и против

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

Фазовый АФ быстрее и точнее, чем традиционный контрастный АФ.

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

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

Далее: Что такое автофокусировка All Pixel?

Автофокусировка — Тони и Челси Нортруп

Практически любая камера с комплектным объективом сфокусируется на хорошо освещенных неподвижных объектах, поэтому обычному фотографу не нужно об этом беспокоиться.Фокусировка становится проблемой при отслеживании движущихся объектов (например, спортивных состязаний и дикой природы), при съемке при слабом освещении и при работе с малой глубиной резкости. Телеобъективы и светосильные объективы (с числами f / ступени, такими как f / 1,8) имеют небольшую глубину резкости, что означает, что глаза вашего объекта могут быть в фокусе, но фон будет очень размытым. Для получения дополнительной информации о глубине резкости см. Главу 4 из «Великолепная цифровая фотография ».

Беззеркалка в сравнении с DSLR

Как правило, зеркальные фотокамеры автофокусируются лучше, чем беззеркальные камеры (при использовании видоискателя).Фактически, в нашем тестировании наименее дорогие зеркалки лучше справлялись с автофокусировкой на движущихся объектах, чем самые дорогие беззеркальные камеры, включая такие камеры, как Sony a6000 и Fujifilm X-T1, которые рекламируют фокусировку с определением фазы. Эта разница в скорости фокусировки означает, что беззеркальная камера низкого уровня не будет полезна для откровенных портретов, занятий спортом или движущихся животных. Если вас интересуют такие виды фотографии, попробуйте зеркалки. Обратите внимание, что беззеркальные камеры поддерживают режимы покадровой и непрерывной автофокусировки.Однако фокусировка, как правило, настолько медленная, что непрерывная автофокусировка на движущихся объектах работает не очень хорошо. На практике вы обычно добиваетесь лучших результатов с автофокусировкой по одному кадру.

Различные технологии фокусировки

Большинство современных зеркальных фотокамер и многие беззеркальные камеры более высокого класса имеют два разных механизма фокусировки:

  • Обнаружение фазы . Самый быстрый способ автофокусировки, определение фазы, использует пару датчиков для каждой точки фокусировки. В цифровой зеркальной фотокамере свет проходит через частично полупрозрачное зеркало зеркальной камеры.За этим зеркалом, на том же расстоянии от объектива, что и датчики вашей камеры, находится одна или несколько пар датчиков фокусировки для каждой точки фокусировки камеры. Эти датчики видят небольшую часть вашего изображения с двух немного разных углов. Когда изображение от двух датчиков совпадает, эта часть изображения оказывается в фокусе, и ваша камера может остановить процесс автофокусировки.
  • Обнаружение контраста . Автофокусировка с определением контраста намного медленнее, чем автофокусировка с определением фазы; однако определение контраста является более гибким, поскольку оно может фокусироваться на любой части изображения, а не только там, где существует точка фокусировки.Цифровые зеркальные фотокамеры могут использовать определение контраста в режиме просмотра в реальном времени, а некоторые поддерживают автофокусировку с определением контраста при записи видео. Обнаружение контраста исследует данные с сенсора камеры при регулировке фокуса объектива и, сравнивая последующие кадры, снятые с сенсора, может определить, приводит ли движение фокуса к более контрастному (показывая более сфокусированное) или менее контрастному (показывая меньшее). сфокусирован) в любой точке кадра. Следовательно, при обнаружении контраста точка фокусировки может находиться в любом месте кадра.Большинство датчиков DSLR предоставляют данные только со скоростью 30 или 60 кадров в секунду, что ограничивает скорость, с которой камера может захватывать последующие виды сцены во время фокусировки, и, следовательно, общую скорость фокусировки. Поэтому беззеркальные камеры, как правило, имеют гораздо более быструю автофокусировку с определением контраста, чем зеркальные.

DSLR и некоторые беззеркальные камеры фокусируются в основном с использованием фазовой автофокусировки. В цифровой зеркальной фотокамере каждый раз, когда вы смотрите в оптический видоискатель, вы используете фазовый автофокус.Все современные цифровые камеры также поддерживают автофокусировку с определением контраста. Если вы смотрите на дисплей в режиме реального времени на задней панели цифровой зеркальной камеры, это означает, что сенсор камеры получает весь свет от сцены, и камера сместила зеркала в сторону. Без зеркал ваша камера не может перенаправлять свет на датчик фазовой автофокусировки. Следовательно, вместо этого он должен использовать более медленную автофокусировку с определением контраста. Canon 70D — одно из исключений. Его технология двухпиксельной автофокусировки обеспечивает автофокусировку с определением фазы в режиме live view, значительно повышая скорость фокусировки, когда зеркало поднято, например, когда вы записываете видео.Небольшой технический момент по поводу камер Sony Alpha с однообъективными полупрозрачными (SLT) зеркалами: их зеркала не смещаются в сторону, как у традиционных зеркальных фотокамер. В то время как в DSLR зеркало используется для отражения света как в оптический видоискатель, так и в датчики фокусировки с определением фазы, в SLT-камере Sony зеркало отражает свет только на датчики фокусировки; большая часть света проходит через зеркало к датчику. Это позволяет SLT-камерам всегда использовать автофокусировку с определением фазы, даже при фотосъемке или записи видео.Хотя это огромные преимущества, я все же рекомендую большинству людей выбирать традиционные зеркалки с оптическими видоискателями. Это больше технических деталей, чем вам нужно помнить, поэтому вот несколько ключевых моментов:

  • Обнаружение фазы, как правило, намного лучше, чем обнаружение контраста, особенно для движущихся объектов.
  • DSLR поддерживают фазовый автофокус, когда вы смотрите в оптический видоискатель.
  • Все цифровые камеры поддерживают определение контраста. В зеркальных фотокамерах используется определение контраста при просмотре изображения в режиме реального времени.
  • Автофокусировка с определением фазы ограничена определенными точками фокусировки, а определение контраста позволяет сфокусироваться в любом месте кадра.
  • Беззеркальные камеры, рекламирующие фазовый автофокус, поддерживают его только при использовании объективов, предназначенных для фазового определения. В настоящее время очень немногие линзы поддерживают определение фазы. Например, Olympus E-M1 поддерживает автофокусировку с определением фазы, но ни один штатный объектив для этого не предназначен. Sony a5100, Sony a6000 и Fujifilm X-T1 поддерживают фазовый автофокус, но с системой совместимы лишь несколько объективов.

Как работает фокусировка с определением фазы

В большинстве современных объективов мотор фокусировки (который физически поворачивает элементы объектива для изменения фокуса) встроен в объектив. Любая другая часть фокусировки контролируется корпусом камеры. Все зеркальные фотокамеры и некоторые беззеркальные камеры высокого класса используют фокусировку с определением фазы. Когда вы фокусируете камеру, она смотрит на изображение, проходящее через объектив, а затем пытается сфокусироваться немного ближе или дальше. Точно так же, как у вас есть два глаза в голове, каждая точка фокусировки в вашей камере — это два отдельных датчика.Когда фокусировка правильная, изображение от этих двух датчиков совпадает. В этот момент камера перестает фокусироваться. Конечно, это упрощенное объяснение действительно сложного процесса. Скорость и точность фокусировки чрезвычайно важны для фотографов портрета, дикой природы и спорта, поэтому производители фотоаппаратов делают все возможное, чтобы сделать процесс как можно быстрее. Если вы не станете серьезным фотографом, занимающимся спортом или дикой природой, вам действительно не нужно разбираться во всех мельчайших деталях о том, как разные камеры выполняют автофокусировку.Однако продолжайте читать, если вам интересно или вы просто хотите понять жаргон. Каждый корпус камеры имеет несколько точек фокусировки. Всегда есть одна точка фокусировки в центре изображения, а несколько других разбросаны по кадру. Используя технику фокусировки и перекомпоновки (описанную в главе 4 из Stunning Digital Photography ), вам действительно нужна только центральная точка фокусировки. Тем не менее, другие точки фокусировки полезны для съемок действий, когда у вас нет времени на фокусировку и изменение композиции.Не все точки фокусировки на камере одинаковы. Как правило, центральная точка фокусировки является самой быстрой, и чем дальше вы удаляетесь от центра, тем менее эффективны точки фокусировки. Общие типы точек фокусировки включают:

  • Вертикальный . Вертикальные точки фокусировки определяют контраст, глядя вверх и вниз на изображение. Следовательно, вертикальная точка фокусировки сможет очень быстро сфокусироваться на рубашке с горизонтальными полосами, но может вообще не сфокусироваться на вертикальных полосах.
  • Горизонтальный . Горизонтальные точки фокусировки определяют контраст, просматривая изображение влево и вправо. Они хорошо распознают вертикальные полосы (или любой тип вертикального контраста), но не очень хорошо фокусируются на горизонтальных объектах.
  • Крестообразный . Они используют определение контраста как по вертикали, так и по горизонтали. Они могут сосредоточиться практически на чем угодно, если только объект хорошо освещен и не имеет сплошного цвета.

Обычно центральная точка фокусировки бывает перекрестного типа, а точки фокусировки по краям кадра — горизонтальными или вертикальными.Однако в некоторых камерах, таких как Canon 7D и 70D, используются только датчики крестового типа. Иногда возможности точки фокусировки зависят от минимального значения диафрагмы объектива, который вы используете. Например, центральная точка фокусировки может быть перекрестного типа с объективами f / 2,8, но только горизонтальной с объективами f / 4 или выше. У этих знаний нет практического применения; вряд ли это будет достаточно значительным фактором, чтобы оправдать затраты сотен или тысяч человек на другой корпус или более светосильный объектив. На практике вы будете использовать камеру и объективы, которые у вас есть, и постараетесь максимально эффективно фокусироваться.Большинство корпусов камер поддерживают автофокусировку, когда минимальное значение диафрагмы объектива составляет f / 5,6 или ниже. Однако некоторые корпуса Canon (в частности, Nikon D4S, Nikon D810, Canon 1DX и Canon 5D Mark III) поддерживают фокусировку с объективами f / 8 по некоторым точкам фокусировки. Эта возможность важна для фотографов дикой природы, которые часто используют телеконвертеры для увеличения досягаемости своих телеобъективов, потому что телеконвертеры также увеличивают минимальное число диафрагмы объектива.

Позиционирование точки фокусировки

Производители зеркальных фотокамер

часто рекламируют количество точек фокусировки, которые предлагает камера, но количество точек фокусировки не так важно, как их расположение в кадре.Например, у некоторых камер все точки фокусировки сгруппированы в середине кадра, что полезно только в том случае, если объект будет в центре кадра. Если вы используете правило третей , как описано в главе 2 из «Великолепная цифровая фотография », вам нужно, чтобы точки фокусировки находились на 1/3 длины кадра. Это обеспечивают только зеркалки более высокого класса. Поэтому не следует считать, что камера с большим количеством точек фокусировки автоматически превосходит другую камеру.Вместо этого выберите камеру с точками фокусировки ближе к краю кадра. Например, Sony Alpha a99 (2800 долларов) хвастается наличием 102 точек автофокусировки. Это в основном маркетинговая ерунда, потому что у него всего 19 точек автофокусировки, которые позволят вам достичь первоначальной фокусировки. Остальные 83 точки полезны только для продолжения отслеживания движущихся объектов после первоначальной фокусировки, а затем только с определенными объективами. 19 точек автофокусировки — это много, но есть большая проблема: эти 19 точек автофокусировки сгруппированы вокруг центра кадра.Canon 5D Mark III (3300 долларов) имеет 61 точку автофокусировки, и на первый взгляд может показаться, что система автофокусировки хуже, чем у a99. Однако сравнение точек автофокусировки, которые можно использовать для начальной фокусировки на сетке с правилом третей, как показано на следующем рисунке, говорит о другом. Точки фокусировки a99, расположенные слева, сгруппированы вокруг центра, что требует от вас использования техники фокусировки и перекомпоновки для каждого отдельного кадра, который следует правилу третей — и это будет большинство ваших снимков.Точки автофокусировки 5D Mark III достигают гораздо большего, что позволяет вам выполнять автофокусировку по левой или правой трети кадра (но, к сожалению, не полностью до углов). Точки автофокусировки Sony Alpha a99 (слева) сгруппированы вокруг центра кадра, что менее полезно, чем точки автофокусировки Canon 5D Mark III (справа), которые распределены дальше по кадру. Я не хочу специально критиковать a99; это потрясающая камера. Я провел первое десятилетие своей карьеры фотографа только с использованием центральной точки автофокусировки (в сочетании с техникой фокусировки и перекомпоновки), поэтому даже одна точка автофокусировки справится со своей задачей.Я показываю этот пример только потому, что, когда вы оцениваете различные камеры, я хочу, чтобы вы уделяли меньше внимания количеству точек автофокусировки и большему акценту на их распределении по кадру.

Фокусировочные двигатели Nikon

Для корпусов фотоаппаратов Nikon необходимо учитывать еще один фактор: есть ли в корпусе мотор фокусировки. В то время как в большинстве современных объективов двигатель фокусировки встроен в объектив, в старых объективах Nikon для регулировки фокуса объектива использовался специальный двигатель, встроенный в корпус.В зеркальных фотокамерах Nikon более высокого класса по-прежнему есть моторы фокусировки, позволяющие выполнять автофокусировку с более старыми объективами. В частности, следующие последние DSLR Nikon имеют двигатель фокусировки: D90, D300, D7100, D600, D610, D800, D810, D3x, D4 и D4S. Все остальные новые зеркальные фотокамеры Nikon не имеют мотора фокусировки. Поэтому автофокусировка будет нормально работать со всеми новыми объективами AF-S и AF-I, но вы не сможете выполнять автофокусировку со старыми объективами AF, для которых требуется мотор фокусировки (хотя вы все равно можете использовать их с ручной фокусировкой). К счастью, большая часть нынешней линейки Nikon — AF-S.Все, что вам действительно не хватает, — это автофокусировка с их объективами типа «рыбий глаз», но широкая глубина резкости с линзами «рыбий глаз» упрощает фокусировку.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *