Автофокус - Autofocus
An автофокус (или же AF) оптический система использует датчик, а система контроля и мотор к фокус на автоматически либо выбранная вручную точка или область. An электронный дальномер имеет дисплей вместо мотора; Регулировка оптической системы должна производиться вручную до индикации. Способы автофокуса различаются по типу: активный, пассивный или гибридные варианты.
Системы автофокусировки полагаются на один или несколько датчиков для определения правильной фокусировки. Некоторые системы автофокусировки полагаются на один датчик, в то время как другие используют массив датчиков. Самый современный SLR камеры использовать сквозь линзы оптические датчики, с отдельной матрицей датчиков, обеспечивающих свет измерение, хотя последний может быть запрограммирован на определение приоритета измерения в той же области, что и один или несколько датчиков AF.
Оптическая автофокусировка через объектив теперь часто выполняется быстрее и точнее, чем может быть достигнута вручную с помощью обычного видоискателя, хотя более точной ручной фокусировки можно добиться с помощью специальных аксессуаров, таких как фокусирующие лупы. Точность автофокуса в пределах 1/3 от глубина резкости (DOF) на самом широком отверстие объектива широко используется в профессиональных зеркальных фотоаппаратах с автофокусом.
Большинство многосенсорных AF-камер позволяют вручную выбирать активный датчик, а многие предлагают автоматический выбор датчика с помощью алгоритмы которые пытаются распознать местонахождение объекта. Некоторые камеры с автофокусировкой способны определять, движется ли объект к камере или от нее, включая данные о скорости и ускорении, и сохранять фокус на объекте - функция, используемая в основном в спортивной и другой динамичной фотографии; на камерах Canon это называется Сервопривод AI, в то время как в камерах Nikon он известен как «непрерывный фокус».
Данные, собранные с датчиков автофокусировки, используются для управления электромеханический система, которая регулирует фокус оптической системы. Вариант автофокуса - это электронный дальномер, система, в которой данные фокусировки предоставляются оператору, но настройка оптической системы по-прежнему выполняется вручную.
Скорость системы автофокусировки сильно зависит от самой широкой диафрагмы, предлагаемой объективом при текущем фокусном расстоянии. F-остановки около ж/ 2 к ж/2,8 обычно считаются оптимальными с точки зрения скорости и точности фокусировки. Более быстрые линзы, чем это (например: ж/1.4 или ж/1.8) обычно имеют очень низкую глубину резкости, что означает, что для достижения правильной фокусировки требуется больше времени, несмотря на повышенное количество света.
Большинство систем бытовых камер будут надежно выполнять автофокусировку только с объективами с самой широкой диафрагмой не менее ж/ 5,6, в то время как профессиональные модели часто могут справиться с объективами с самой широкой диафрагмой ж/ 8, что особенно полезно для линз, используемых вместе с телеконвертеры.[нужна цитата ]
История
Между 1960 и 1973 годами Leitz (Leica)[1] запатентовал ряд автофокусных и соответствующих сенсорных технологий. В photokina 1976 Leica представила камеру Correfot, основанную на своей предыдущей разработке, а в 1978 году представила зеркальную камеру с полностью работоспособным автофокусом. Первой серийной камерой с автофокусом была Konica C35 AF, простой наведи и стреляй Модель выпущена в 1977 году. Polaroid SX-70 Sonar OneStep был первым автофокусом однообъективная зеркальная камера, выпущенный в 1978 году. Pentax ME-F, который использовал датчики фокусировки в корпусе камеры в сочетании с моторизованным линза, стал первым автофокусом 35 мм SLR в 1981 г. В 1983 г. Nikon выпустил F3AF, их первая камера с автофокусом, которая была основана на концепции, аналогичной ME-F. В Minolta 7000, выпущенная в 1985 году, была первой SLR со встроенной системой автофокусировки, что означало, что и датчики автофокуса, и приводной двигатель были размещены в корпусе камеры, а также встроенное устройство намотки пленки, которое должно было стать стандартной конфигурацией для SLR камер. от этого производителя, а также Nikon отказались от своей системы F3AF и интегрировали автофокус-мотор и датчики в корпус. Canon Однако вместо этого они решили разработать свою систему EOS с моторизованными объективами. В 1992 году компания Nikon вернулась к использованию двигателей со встроенными объективами, выпустив линейку объективов AF-I и AF-S; сегодня их зеркалки начального уровня не имеют мотора фокусировки в корпусе из-за широкого диапазон доступных линз с моторами внутренней фокусировки.
Активный
Системы активной автофокусировки измеряют расстояние до объекта независимо от оптической системы, а затем регулируют оптическую систему для правильной фокусировки.
Существуют различные способы измерения расстояния, в том числе ультразвуковой звуковые волны и инфракрасный свет. В первом случае звуковые волны излучаются камерой, и путем измерения задержки их отражения вычисляется расстояние до объекта. Polaroid камеры, включая Spectra и SX-70 были известны успешным применением этой системы. В последнем случае инфракрасный свет обычно используется для триангулировать расстояние до объекта. Компактные камеры, включая Nikon 35TiQD и 28TiQD, Canon AF35M, а Contax T2 и T3, как и ранние видеокамеры, использовали эту систему. Новый подход, включенный в некоторые потребительские электронные устройства, такие как мобильные телефоны, основан на время полета принцип, который включает в себя направление на объект лазерного или светодиодного света и расчет расстояния на основе времени, которое требуется, чтобы свет прошел к объекту и обратно. Этот прием иногда называют лазерный автофокус, и присутствует во многих моделях мобильных телефонов от нескольких поставщиков. Он также присутствует в промышленных и медицинских[2] устройств.
Исключением из двухэтапного подхода является механическая автофокусировка, предусмотренная в некоторых увеличителях, которые регулируют объектив напрямую.
Пассивный
Системы пассивной автофокусировки определяют правильную фокусировку, выполняя пассивный анализ изображения, поступающего в оптическую систему. Как правило, они не направляют на объект какую-либо энергию, такую как ультразвуковой звук или инфракрасные световые волны. (Однако, когда света недостаточно для пассивных измерений, обычно требуется вспомогательный луч для автофокусировки из инфракрасного света.) Пассивная автофокусировка может быть достигнута путем определения фазы или измерения контраста.
Обнаружение фазы
Обнаружение фазы (PD) достигается путем разделения падающего света на пары изображений и их сравнения. Сквозь линзы Регистрация вторичного изображения (TTL SIR) пассивное фазовое обнаружение часто используется в кино и цифровых SLR камеры. В системе используется Разделитель луча (реализованный как небольшая полупрозрачная область главного зеркала заднего вида в сочетании с небольшим вторичным зеркалом) для направления света на датчик автофокусировки в нижней части камеры. Две микролинзы улавливают световые лучи, исходящие с противоположных сторон объектива, и направляют их на датчик автофокусировки, создавая простой дальномер с основанием в пределах диаметра линзы. Затем два изображения анализируются на предмет аналогичных образцов интенсивности света (пики и спады), и вычисляется ошибка разделения, чтобы определить, находится ли объект в передний фокус или же задний фокус позиция. Это дает направление и оценку необходимого количества движения кольца фокусировки.[3]
PD AF в режиме непрерывной фокусировки (например, "AI Servo" для Canon, "AF-C" для Nikon, Pentax и Sony ) это управление с обратной связью процесс. PD AF в режиме блокировки фокуса (например, «One-Shot» для Canon, «AF-S» для Nikon и Sony ) широко считается "одно измерение, одно движение" управление без обратной связи процесса, но фокусировка подтверждается только тогда, когда датчик автофокусировки видит объект в фокусе. Единственные очевидные различия между этими двумя режимами заключаются в том, что режим блокировки фокуса останавливается при подтверждении фокуса, а режим непрерывной фокусировки имеет элементы прогнозирования для работы с движущимися целями, что предполагает, что это один и тот же процесс с обратной связью.[4]
Хотя датчики автофокуса обычно представляют собой одномерные светочувствительные полоски (всего несколько пикселей в высоту и несколько десятков в ширину), некоторые современные камеры (Canon EOS-1V, Canon EOS-1D, Nikon D2X ) функция TTL области SIR[нужна цитата ] датчики прямоугольной формы, обеспечивающие двумерные диаграммы интенсивности для более точного анализа. Точки фокусировки крестового типа имеют пару датчиков, ориентированных под углом 90 ° друг к другу, хотя для работы одного датчика обычно требуется большая апертура, чем для другого.
Некоторые камеры (Minolta 7, Canon EOS-1V, 1D, 30D /40D, Sony DSLR-A700, DSLR-A850, DSLR-A900 ) также есть несколько «высокоточных» точек фокусировки с дополнительным набором призм и сенсоров; они активны только с "светосильные линзы "с определенными геометрическими отверстиями (обычно f-число 2.8 и быстрее). Повышенная точность достигается за счет более широкой эффективной измерительной базы «дальномера».
Обнаружение контраста
Автофокусировка с обнаружением контраста достигается путем измерения Контраст (зрение) внутри сенсорного поля сквозь линзы. Разница в интенсивности между соседними пикселями сенсора естественно увеличивается при правильной фокусировке изображения. Таким образом, оптическая система может регулироваться до тех пор, пока не будет обнаружен максимальный контраст. В этом методе автофокусировка вообще не включает фактическое измерение расстояния. Это создает серьезные проблемы, когда отслеживание движущихся объектов, поскольку потеря контрастности не указывает на направление движения к камере или от нее.
Автофокусировка с обнаружением контраста - распространенный метод в цифровые фотоаппараты это отсутствие ставни и зеркала заднего вида. Наиболее Зеркалки используйте этот метод (или гибрид контрастного и фазового автофокуса) при фокусировке в своих прямая трансляция режимы. Заметным исключением являются цифровые камеры Canon с Dual Pixel CMOS AF. Беззеркальные камеры со сменным объективом Обычно используется автофокусировка с измерением контраста, хотя определение фазы стало нормой для большинства беззеркальных камер, что дает им значительно лучшие характеристики отслеживания АФ по сравнению с обнаружением контраста.
Обнаружение контраста накладывает другие ограничения на конструкцию линз по сравнению с обнаружением фазы. В то время как для определения фазы требуется, чтобы объектив быстро и прямо переместил свою точку фокусировки в новое положение, автофокусировка с определением контраста вместо этого использует линзы, которые могут быстро перемещаться по диапазону фокусировки, останавливаясь точно в точке, где обнаруживается максимальный контраст. Это означает, что линзы, предназначенные для определения фазы, часто плохо работают с корпусами камер, которые используют определение контраста.
Вспомогательная лампа
Вспомогательный свет (также известный как подсветка АФ) «активирует» системы пассивной автофокусировки при слабом и слабом освещении.контраст ситуации в некоторых камерах. Лампа выступает видимым или ИК свет на объект, который система автофокусировки камеры использует для достижения фокусировки.
Многие камеры и почти все мобильные телефоны[а] с камера, которые не имеют специальной вспомогательной лампы автофокусировки, вместо этого используют встроенную вспышку, освещающую объект стробоскопическими вспышками света. Вспышки стробоскопа помогают системе автофокусировки так же, как и специальный вспомогательный свет, но имеют тот недостаток, что они поражают или раздражают живые объекты.
Другой недостаток заключается в том, что если камера использует вспомогательную фокусировку со вспышкой и настроена на режим работы, который отменяет вспышку, она также может отключить вспомогательную фокусировку, и автофокус может не захватить объект. Подобные стробоскопические мигания иногда используются для уменьшения эффект красных глаз, но этот метод предназначен только для сужения зрачков глаз объекта перед фактическим выполнением снимка и, таким образом, уменьшения отражений на сетчатке.
В некоторых случаях внешние вспышки имеют встроенные вспомогательные лампы автофокусировки, которые заменяют стробоскопическую вспышку на камере. Другой способ помочь системам автофокусировки на основе контраста при слабом освещении - направить на объект лазерный луч. Этот лазерный метод коммерчески называется Hologram AF Laser и использовался в Sony CyberShot камеры около 2003 года, включая Sony F707, F717 и F828 модели.
Гибридный автофокус
 | Эта секция нужны дополнительные цитаты для проверка. (Январь 2018) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
В гибридной системе автофокусировки фокусировка достигается сочетанием двух или более методов, таких как:
- Активные и пассивные методы
- Обнаружение фазы и измерение контраста
Двойное усилие обычно используется для взаимной компенсации внутренних недостатков различных методов с целью повышения общей надежности и точности или для ускорения функции автофокусировки.
Редким примером ранней гибридной системы является комбинация активной инфракрасной или ультразвуковой системы автофокусировки с пассивной системой определения фазы. Инфракрасная или ультразвуковая система, основанная на отражении, будет работать независимо от условий освещения, но ее легко обмануть препятствиями, такими как оконные стекла, а точность обычно ограничивается довольно ограниченным числом шагов. Фазовый автофокус без проблем "видит" сквозь оконные стекла и намного точнее, но он не работает в условиях низкой освещенности или на поверхностях без контрастов или с повторяющимися узорами.
Очень распространенным примером комбинированного использования является система автофокусировки с определением фазы, используемая в однообъективных зеркальных камерах с 1985-х годов. Пассивный автофокус с определением фазы требует некоторого контраста для работы, что затрудняет его использование в условиях низкой освещенности или на ровных поверхностях. An Подсветка АФ будет освещать сцену и проецировать контрастные узоры на ровные поверхности, так что автофокусировка с определением фазы может работать и в этих условиях.
Более новая форма гибридной системы представляет собой комбинацию пассивной автофокусировки с определением фазы и пассивной автофокусировки по контрасту, иногда с помощью активных методов, поскольку оба метода требуют некоторого видимого контраста для работы. В их рабочих условиях автофокусировка с определением фазы выполняется очень быстро, поскольку метод измерения предоставляет информацию, величину смещения и направление, так что мотор фокусировки может перемещать линзу прямо в фокус (или близко к нему) без дополнительных измерения. Однако дополнительные измерения на лету могут повысить точность или помочь отслеживать движущиеся объекты. Однако точность фазового автофокуса зависит от его эффективной основы измерения. Если база измерения большая, измерения будут очень точными, но могут работать только с объективами с большой геометрической апертурой (например, 1: 2,8 или больше). Даже с высококонтрастными объектами фазовый автофокус не может работать с объективами, мощность которых меньше его эффективной основы измерения. Для работы с большинством объективов эффективная база измерения обычно устанавливается в диапазоне от 1: 5,6 до 1: 6,7, так что автофокусировка продолжает работать с медленными объективами (по крайней мере, пока они не остановлены). Это, однако, снижает внутреннюю точность системы автофокусировки, даже если используются светосильные линзы. Поскольку эффективная основа измерения является оптическим свойством фактической реализации, ее нельзя легко изменить. Очень немногие камеры имеют системы multi-PD-AF с несколькими переключаемыми измерительными базами в зависимости от используемого объектива, чтобы обеспечить нормальную автофокусировку с большинством объективов и более точную фокусировку с помощью светосильных объективов. Контрастный AF не имеет этого унаследованного ограничения конструкции на точность, поскольку для работы требуется только минимальный контраст объекта. Как только это станет доступно, оно сможет работать с высокой точностью независимо от светосилы объектива; фактически, пока выполняется это условие, он может работать даже с остановленным объективом. Кроме того, поскольку контрастный AF продолжает работать в режиме остановки, а не только в режиме открытой диафрагмы, он невосприимчив к ошибки смещения фокуса на основе диафрагмы Системы фазовой автофокусировки страдают, поскольку не могут работать в остановленном режиме. Таким образом, контрастная автофокусировка делает ненужной произвольную точную настройку фокуса пользователем. Кроме того, контрастная автофокусировка невосприимчива к ошибкам фокусировки из-за поверхностей с повторяющимся узором, и они могут работать по всему кадру, а не только рядом с центром кадра, как это делает фазовый автофокус. Однако недостатком является то, что контрастная автофокусировка - это итеративный процесс с обратной связью, в котором фокус смещается вперед и назад в быстрой последовательности. По сравнению с фазовой автофокусировкой, контрастная автофокусировка работает медленнее, поскольку скорость итерационного процесса фокусировки механически ограничена, и этот метод измерения не предоставляет никакой информации о направлении. Комбинируя оба метода измерения, фазовая автофокусировка может помочь системе контрастной автофокусировки быть быстрой и точной одновременно, компенсировать ошибки смещения фокуса на основе диафрагмы и продолжить работу с опущенными объективами, как, например, , в режиме остановленного измерения или видео.
Последние разработки в области беззеркальных камер стремятся интегрировать датчики фазовой автофокусировки в сам датчик изображения. Как правило, эти датчики фазового детектирования не так точны, как более сложные автономные датчики, но, поскольку точная фокусировка теперь осуществляется посредством контрастной фокусировки, датчики фазовой автофокусировки должны предоставлять только грубую информацию о направлении, чтобы ускорить процесс контрастной автофокусировки.
В июле 2010 г. Fujifilm анонсировала компактную камеру F300EXR, которая включает в себя гибридную систему автофокусировки, состоящую как из элементов определения фазы, так и элементов на основе контраста. Датчики, реализующие фазовый автофокус в этой камере, интегрированы в камеру Супер ПЗС EXR.[5] В настоящее время его используют Fujifilm FinePix Серии,[6] Fujifilm X100S, Ricoh, Nikon 1 серия, Canon EOS 650D / Rebel T4i и Samsung NX300.
Сравнение активных и пассивных систем
Активные системы обычно не фокусируются через окна, так как звуковые волны и инфракрасный свет отражаются стеклом. С пассивными системами это, как правило, не проблема, если только окно не запачкано. Точность активных систем автофокусировки часто значительно ниже, чем у пассивных.
Активные системы также могут не сфокусировать объект, находящийся очень близко к камере (например, макросъемка ).
Пассивные системы могут не сфокусироваться при низком контрасте, особенно на больших одноцветных поверхностях (стены, голубое небо и т. Д.) Или в условиях низкой освещенности. Пассивные системы зависят от определенной степени освещения объекта (естественного или иного), в то время как активные системы могут правильно фокусироваться даже в полной темноте, когда это необходимо. Некоторые камеры и внешние вспышки имеют специальный режим низкой освещенности (обычно оранжевый / красный свет), который можно активировать во время работы автофокуса, чтобы позволить камере сфокусироваться.
Система активной автофокусировки через инфракрасный порт - Canon AF35M (1979)
Ранняя система пассивной автофокусировки, интегрированная в объектив с Pentax ME-F (1981)
Современная (2014 г.) однообъективная зеркальная камера с автофокусом
Ловушка фокус
Метод, по-разному называемый ловушка фокус, ловушка фокусировки, или же поймать в фокусе использует автофокус, чтобы сделать снимок, когда объект перемещается в фокальную плоскость (в соответствующей фокусной точке); это можно использовать для получения сфокусированного снимка быстро движущегося объекта, особенно при съемке спорта или дикой природы, или, в качестве альтернативы, для установки «ловушки», чтобы снимок мог быть сделан автоматически без присутствия человека. Это делается с помощью AF для обнаруживать но нет набор фокус - использование ручной фокусировки для установки фокуса (или переключение в ручной после установки фокуса), но затем использование приоритет фокуса для обнаружения фокусировки и спуска затвора только тогда, когда объект находится в фокусе. Этот метод работает путем выбора настройки фокуса (выключение автофокуса), затем установки режима съемки на «Покадровый» (AF-S) или, более конкретно, приоритета фокусировки, а затем нажатия спуска затвора - когда объект перемещается в фокус, автофокус обнаруживает это (хотя фокус не меняется), и делается снимок.[7][8][9]
Первой SLR, реализовавшей фокусировку ловушки, была Яшица 230 AF. Фокусировка ловушки также возможна на некоторых Pentax (например, K-x и K-5), Nikon и Canon EOS камеры. EOS 1D может делать это с помощью программного обеспечения на подключенном компьютере, в то время как камеры, такие как EOS 40D и 7D, имеют настраиваемую функцию (III-1 и III-4 соответственно), которая может остановить попытку камеры сфокусироваться после ее сбоя.[нужна цитата ] На камерах EOS без подлинной фокусировки ловушки можно использовать прием, называемый «почти ловушкой фокусировки», который позволяет получить некоторые эффекты фокусировки ловушки.[10] Используя кастомную прошивку Волшебный Фонарь, некоторые зеркалки Canon могут выполнять ловушку.
AI сервопривод
AI Servo - это режим автофокусировки на Canon Зеркальные камеры. Тот же принцип используется другими брендами, такими как Nikon, Sony, и Pentax, называется «непрерывный фокус» (AF-C).[11] Также упоминается как отслеживание фокуса, он используется для отслеживания объекта, когда он движется по кадру или по направлению к камере и от нее. При использовании объектив постоянно фокусируется на объекте, поэтому его обычно используют для спортивной и динамичной фотографии. AI относится к искусственный интеллект: алгоритмы, которые постоянно прогнозируют, где будет находиться объект, на основе данных о его скорости и ускорении с датчика автофокусировки.
Двигатели фокусировки
Современный автофокус осуществляется с помощью одного из двух механизмов; либо двигатель в корпусе камеры и шестерни в объективе («винтовой привод»), либо посредством электронной передачи команды привода через контакты в монтажной пластине на двигатель в объективе. Двигатели на основе линз могут быть разных типов, но часто ультразвуковые двигатели или же шаговые двигатели.
Некоторые камеры, включая все Canon EOS органов и более ориентированных на бюджет среди Nikon's DX модели, не имеют мотора автофокусировки и, следовательно, не могут выполнять автофокусировку с объективами без встроенного мотора. Некоторые линзы, например Pentax 'DA * определенные модели, хотя обычно используют встроенный двигатель, могут вернуться к работе с отверткой, когда корпус камеры не поддерживает необходимые контактные штыри.
Примечания
- ^ Контрпримерами являются Nokia Lumia 1020, то Samsung Galaxy S4 Zoom и Samsung Galaxy K Zoom.
Смотрите также
- Круговой поляризатор, единственный поляризатор для работы с некоторыми автофокусировками SLR
- Объектив с фиксированным фокусом
- Список совместимых объективов Nikon со встроенным мотором автофокусировки
- Ручная коррекция фокусировки
- Камера светового поля, камера, позволяющая фокусироваться на этапе постобработки
Рекомендации
- ^ "LFI - Leica Fotografie International". Архивировано из оригинал на 2009-06-21. Получено 2009-05-15.
- ^ Фрике, Дирк; Денкер, Евгения; Гератизаде, Аннис; Верфель, Томас; Вольвебер, Мерве; Рот, Бернхард (28 мая 2019 г.). «Бесконтактный дерматоскоп с ультраярким источником света и функцией автофокусировки на основе жидких линз». Прикладные науки. 9 (11): 2177. Дои:10.3390 / app9112177.
- ^ «Nikon - Технология - Система слежения за фокусом». Архивировано из оригинал на 2013-11-12. Получено 2013-11-12.
- ^ «Разорение! Миф о фазовом автофокусе с разомкнутым контуром».
- ^ Fujifilm представляет Powerhouse 15X Long Zoom Point и снимает цифровую камеру: FinePix F300EXR, Fujifilm, США
- ^ «Fujifilm выпускает высококлассные суперзумы FinePix HS50EXR и HS35EXR». Получено 8 июня, 2013.
- ^ Trap Focus для пользователей Nikon Кеннет Уильям Калено, 28 января 2009 г.
- ^ Как снимать спорт, Кен Роквелл, 2006 г.
- ^ Ловушка фокусировки или поймать фокус, 4 апреля 2009 г.
- ^ Проект документации EOS: фокус почти на ловушке В архиве 18 августа 2010 г. Wayback Machine, Джулиан Лок
- ^ "Статьи с меткой" узнать ": Обзор цифровой фотографии".
внешняя ссылка
- интерактивная демонстрация Flash показывает, как работает автофокус с определением фазы.
- интерактивная демонстрация Flash показывает, как работает автофокус с определением контраста.
- Как работает материал - Автофокус
- Объяснение автофокусировки Canon EOS DSLR