Реклама на портале

Блог дмитрия евтифеева. Фазовый и контрастный автофокус

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

Контрастный автофокус.

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

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

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

Фазовый автофокус.

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

Двойной крестообразный датчик

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

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

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

Гибридный автофокус.

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

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

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

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

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

Эволюция мобильного автофокуса:
от контрастного до Dual Pixel
При съёмке на смартфон очень важно, чтобы фотографии получались чёткими. Для этого объект съёмки должен оказаться в фокусе до того, как вы нажмёте на кнопку «Сделать фото». В последнее время целый ряд производителей работает над улучшением технологий автоматической фокусировки, и сегодня мы рассмотрим, чем они отличаются друг от друга.

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

Что такое автофокус, и почему он нам нужен?

Система автоматической фокусировки настраивает объектив таким образом, чтобы сфокусироваться непосредственно на объекте съёмки, обеспечивая тем самым разницу между чётким снимком и упущенной возможностью.

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

В теории всё работает так: линзы фокусируют свет на сенсоре, сенсор затем создаёт цифровую фотографию. В реальности же всё происходит не так просто. Угол входящих лучей света зависит от дистанции, на которой находится фотографируемый объект. На диаграмме слева продемонстрированы линзы, фокусирующие световые лучи на голубом объекте: зелёный и красный объекты оказываются не в фокусе и будут размыты на финальном снимке. Если мы хотим сфокусироваться на зелёном или красном объектах, необходимо изменить дистанцию между линзами и сенсором.

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

Контрастный автофокус

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

Вообще, контрастный автофокус вполне неплохо справляется со своей задачей и обладает весомым преимуществом – он довольно прост и не требует какого-то сложного «железа».

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


Фазовый автофокус: быстрая и продвинутая альтернатива

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

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

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

Одни производители пошли дальше и решили использовать в смартфонах лазерный автофокус (об этом чуть позже), другие же активно занялись совершенствованием технологии фазового автофокуса. Так, например, Apple в своём iPhone 6s и iPhone 6s Plus использует так называемые «фокусные пиксели»: суть в том, что технология задействует часть пикселей в качестве фазового сенсора, и съёмка на смартфоны от Apple получается действительно быстрой.

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

В Dual Pixel же каждый пиксель оснащён отдельным датчиком из-за увеличения размеров пикселей. Процессор обрабатывает показания каждого пикселя, но делает это настолько быстро, что автофокусировка всё равно занимает десятые доли секунды. В Samsung говорят, что технология Dual Pixel подобна фокусировке при помощи человеческого глаза, но это скорее метафора. Тем не менее надо признать инновационность данного подхода к фазовому автофокусу. Сейчас это настоящий эксклюзив для Galaxy S7 и Galaxy S7 Edge .

Лазерный автофокус: самый активный

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

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

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

© 2014 сайт

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Точки фокусировки

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

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

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

Я использую автовыбор фокусировочной точки только в следующих ситуациях:

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

Во всех остальных случаях я пользуюсь единственной фокусировочной точкой.

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

Приоритет фокуса или спуска

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

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

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

Различия между контрастным и фазовым автофокусом

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

Контрастный автофокус

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

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

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

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

Фазовый автофокус

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

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

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

Гибридный автофокус

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

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

Что ещё влияет на точность автофокуса?

Светосила

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

Фокусное расстояние

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

Детализация

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

Освещённость

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

Фотограф

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

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

Спасибо за внимание!

Василий А.

Post scriptum

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

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

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

Как работают DSLR камеры

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

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

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

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

Принцип работы фазового датчика

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

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

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

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

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

Недостатки фазового автофокуса

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

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

Дата публикации: 04.09.2015

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

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

Немного теории и истории

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

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

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

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

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

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

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

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

Как работает автофокус?

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

По принципу работы различают два основных типа систем автофокуса.

Фазовая фокусировка

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

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

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

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

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

Плюсы фазового типа фокусировки:

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

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

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

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

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

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

Минусы фазового типа фокусировки:

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

Контрастный тип фокусировки

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

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

Плюсы контрастного типа фокусировки:

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

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

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

Минусы контрастного типа фокусировки:

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