Automatické zaostřování - Autofocus
Autofokusu (nebo AF ) optický systém využívá senzor , je řídicí systém a motoru k zaměření na automaticky nebo ručně zvoleného bodu nebo oblasti. Elektronický dálkoměr má displej namísto motoru; seřízení optického systému musí být provedeno ručně až do indikace. Metody automatického zaostřování se rozlišují podle typu buď jako aktivní , pasivní nebo hybridní varianta.
Systémy automatického zaostřování využívají k určení správného zaostření jeden nebo více senzorů. Některé systémy AF se spoléhají na jeden snímač, zatímco jiné používají řadu senzorů. Většina moderních zrcadlovek používá optické senzory skrz objektiv , se samostatným senzorovým polem zajišťujícím měření světla , i když to druhé lze naprogramovat tak, aby upřednostnilo své měření na stejnou oblast jako jeden nebo více senzorů AF.
Optické automatické zaostřování přes objektiv je nyní často rychlejší a přesnější, než lze dosáhnout manuálně běžným hledáčkem, ačkoli přesnějšího manuálního zaostřování lze dosáhnout pomocí speciálního příslušenství, jako jsou zaostřovací lupy. Přesnost automatického zaostřování v 1/3 hloubky ostrosti (DOF) v nejširší cloně objektivu je běžná u profesionálních AF zrcadlovek.
Většina kamer s více senzory AF umožňuje ruční výběr aktivního senzoru a mnohé nabízejí automatický výběr senzoru pomocí algoritmů, které se pokoušejí rozeznat polohu objektu. Některé fotoaparáty AF dokážou detekovat, zda se objekt pohybuje směrem k fotoaparátu nebo od něj, včetně údajů o rychlosti a zrychlení, a udržovat zaostření na objekt - funkce používaná hlavně při sportovních a jiných akčních fotografiích; na fotoaparátech Canon je toto známé jako servo AI , zatímco na fotoaparátech Nikon je to známé jako „kontinuální ostření“.
Data shromážděná ze senzorů AF se používají k ovládání elektromechanického systému, který upravuje zaostření optického systému. Variantou automatického zaostřování je elektronický dálkoměr , systém, ve kterém jsou operátorovi poskytována data zaostření, ale nastavení optického systému se stále provádí ručně.
Rychlost systému AF je velmi závislá na nejširší cloně nabízené objektivem při aktuální ohniskové vzdálenosti. F-zastávky kolem f /2 až f / 2,8 jsou obecně považovány za optimální z hlediska rychlosti a přesnosti zaostřování. Rychlejší objektivy než toto (např .: f / 1,4 nebo f / 1,8) mají obvykle velmi nízkou hloubku ostrosti, což znamená, že navzdory zvýšenému množství světla trvá dosažení správného zaostření déle.
Většina spotřebitelských kamerových systémů bude spolehlivě automaticky zaostřovat pouze u objektivů s nejširší světelností alespoň f / 5,6, zatímco profesionální modely si často poradí s objektivy s nejširší světelností f /8, což je zvláště užitečné u objektivů používaných ve spojení s telekonvertory .
Dějiny
V letech 1960 až 1973 si Leitz (Leica) nechal patentovat řadu autofokusů a odpovídající senzorové technologie. Na fotokině 1976 společnost Leica představila fotoaparát založený na jejich předchozím vývoji s názvem Correfot a v roce 1978 ukázali zrcadlovku s plně funkčním automatickým zaostřováním.
První sériově vyráběnou kamerou s automatickým zaostřováním byla Konica C35 AF , jednoduchý model typu point and shoot vydaný v roce 1977. Polaroid SX-70 Sonar OneStep byl první jednookou zrcadlovkou s automatickým zaostřováním , vydanou v roce 1978.
Pentax ME-F , který používá zaostření senzory v těle fotoaparátu spolu s motorizovaným objektivem , se stal prvním autofokusu 35 mm SLR v roce 1981.
V roce 1983 Nikon vydal F3AF , jejich první fotoaparát s automatickým zaostřováním, který byl založen na podobném konceptu jako ME-F.
Minolta 7000 , vydané v roce 1985, byl první SLR s integrovaným automatického zaostřování systému, což znamená, jak zaostřovací a hnací motor se nachází v těle fotoaparátu, stejně jako integrovaný posunu filmu navíječ - která se stala standardní konfigurace u zrcadlovek od tohoto výrobce a také Nikon upustil od svého systému F3AF a do těla integroval motor autofokusu a senzory.
Společnost Canon se rozhodla přerušit jejich bajonettový držák FD a v roce 1987 přešla na zcela elektronický bajonet EF s motorizovanými objektivy.
Pentax byl první představit zaostřování měření vzdálenosti pro zrcadlovky s * objektivy řady FA a FA z roku 1991. Theyr první K AF -Montážní Pentax objektivy s AF byla zavedena v roce 1989.
V roce 1992 se Nikon změnil zpět na integrované motory objektivů s řadou objektivů AF-I a AF-S; dnes jejich DSLR základní úrovně nemají zaostřovací motor v těle kvůli dostupnosti motorů ve všech nově vyvinutých AF-čočkách .
Aktivní
Aktivní systémy AF měří vzdálenost k objektu nezávisle na optickém systému a následně upravují optický systém pro správné zaostření.
Existují různé způsoby měření vzdálenosti, včetně ultrazvukových zvukových vln a infračerveného světla. V prvním případě jsou z kamery vyzařovány zvukové vlny a měřením zpoždění jejich odrazu se vypočítá vzdálenost k předmětu. Kamery Polaroid včetně Spectra a SX-70 byly známé tím, že tento systém úspěšně používají. V druhém případě se k triangulaci vzdálenosti k předmětu obvykle používá infračervené světlo . Tento systém používaly kompaktní fotoaparáty včetně Nikon 35TiQD a 28TiQD, Canon AF35M a Contax T2 a T3 , stejně jako rané videokamery. Novější přístup obsažený v některých zařízeních spotřební elektroniky, jako jsou mobilní telefony, je založen na principu doby letu , který zahrnuje přisvícení laserového nebo LED světla k předmětu a výpočet vzdálenosti na základě doby, kterou světlo potřebuje cestovat k předmětu a zpět. Tato technika se někdy nazývá laserové automatické zaostřování a je přítomna v mnoha modelech mobilních telefonů od několika prodejců. Je také přítomen v průmyslových a zdravotnických prostředcích.
Výjimkou ze dvoukrokového přístupu je mechanické automatické zaostřování poskytované některými zvětšovači, které upravují objektiv přímo.
Pasivní
Systémy pasivního AF určují správné zaostření provedením pasivní analýzy obrazu, který vstupuje do optického systému. Obecně nesměřují k předmětu žádnou energii, například ultrazvukový zvuk nebo vlny infračerveného světla. (Pokud však není k dispozici dostatek světla pro pasivní měření, je vyžadován pomocný paprsek autofokusu obvykle infračerveného světla.) Pasivního automatického zaostřování lze dosáhnout fázovou detekcí nebo měřením kontrastu.
Fázová detekce
Fázové detekce (PD) je dosaženo rozdělením přicházejícího světla do dvojic obrazů a jejich porovnáním. Ve filmových a digitálních jednookých zrcadlovkách se často používá pasivní fázová detekce sekundárního záznamu přes objektiv (TTL SIR) . Systém využívá rozdělovač paprsků (implementovaný jako malá poloprůhledná oblast hlavního zrcadlového zrcadla ve spojení s malým sekundárním zrcátkem) k nasměrování světla na snímač AF ve spodní části fotoaparátu. Dva mikroobjektivy zachycují světelné paprsky přicházející z opačných stran objektivu a přesměrovávají je na snímač AF, čímž vytvářejí jednoduchý dálkoměr se základnou v průměru objektivu. Dva obrázky jsou poté analyzovány na podobné vzorce intenzity světla (vrcholy a údolí) a vypočítá se chyba separace, aby se zjistilo, zda je objekt v poloze předního zaostření nebo zadní zaostření . To udává směr a odhad požadovaného množství pohybu zaostřovacího prstence.
PD AF v režimu kontinuálního zaostřování (např. „AI Servo“ pro Canon , „AF-C“ pro Nikon , Pentax a Sony ) je řídicí proces s uzavřenou smyčkou . PD AF v režimu blokování zaostření (např. „One-Shot“ pro Canon , „AF-S“ pro Nikon a Sony ) je široce považován za proces řízení s otevřenou smyčkou „jedno měření, jeden pohyb“ , ale ostření je potvrzeno pouze tehdy, když senzor AF vidí zaostřený objekt. Jediným zjevným rozdílem mezi těmito dvěma režimy je, že režim blokování zaostření se zastaví po potvrzení zaostření a režim kontinuálního zaostřování má prediktivní prvky pro práci s pohybujícími se cíli, což naznačuje, že jde o stejný proces s uzavřenou smyčkou.
Přestože senzory AF jsou obvykle jednorozměrné fotosenzitivní pásy (pouze několik pixelů vysoké a několik desítek širokých), některé moderní fotoaparáty ( Canon EOS-1V , Canon EOS-1D , Nikon D2X ) jsou vybaveny senzory SIR TTL s obdélníkovým tvarem a poskytují dvourozměrné vzory intenzity pro analýzu jemnějších zrn. Zaostřovací body křížového typu mají dvojici senzorů orientovaných k sobě navzájem v úhlu 90 °, ačkoli jeden snímač obvykle k provozu potřebuje větší clonu než druhý.
Některé fotoaparáty ( Minolta 7 , Canon EOS-1V , 1D , 30D / 40D , Pentax K-1 , Sony DSLR-A700 , DSLR-A850 , DSLR-A900 ) mají také několik "vysoce přesných" zaostřovacích bodů s dodatečnou sadou hranolů a senzorů; jsou aktivní pouze u „ rychlých čoček “ s určitými geometrickými clonami (obvykle f-číslo 2,8 a rychlejší). Rozšířená přesnost pochází z širší efektivní měřicí základny „dálkoměru“.
Detekce kontrastu
Automatické zaostřování s detekcí kontrastu je dosaženo měřením kontrastu (vidění) v poli senzoru objektivem . Rozdíl intenzity mezi sousedními pixely snímače se přirozeně zvyšuje se správným zaostřením obrazu. Optický systém tak lze nastavovat, dokud není detekován maximální kontrast. V této metodě AF vůbec nezahrnuje měření skutečné vzdálenosti. To vytváří značné problémy při sledování pohybujících se objektů , protože ztráta kontrastu neposkytuje žádnou informaci o směru pohybu směrem k fotoaparátu nebo od něj.
Automatické zaostřování s detekcí kontrastu je běžnou metodou v digitálních fotoaparátech, které postrádají závěrky a zrcadla. Většina DSLR používá tuto metodu (nebo hybrid automatického zaostřování s kontrastem a fázovou detekcí) při zaostřování v režimech živého náhledu . Významnou výjimkou jsou digitální fotoaparáty Canon s Dual Pixel CMOS AF. Kamery s bezzrcadlovkami s vyměnitelnými objektivy obvykle používaly automatické zaostřování s měřením kontrastu, ačkoli fázová detekce se stala normou u většiny bezzrcadlovek, což jim ve srovnání s detekcí kontrastu poskytuje výrazně lepší výkon při sledování AF.
Detekce kontrastu klade na konstrukci objektivu různá omezení ve srovnání s fázovou detekcí. Zatímco fázová detekce vyžaduje, aby objektiv přesunul zaostřovací bod rychle a přímo do nové polohy, automatické zaostřování s detekcí kontrastu místo toho využívá objektivy, které se mohou rychle pohybovat ohniskovým rozsahem a přesně se zastavit v místě, kde je detekován maximální kontrast. To znamená, že objektivy určené pro fázovou detekci často fungují špatně na tělech kamer, které používají detekci kontrastu.
Pomocná lampa
Pomocné světlo (známé také jako iluminátor AF) „aktivuje“ systémy pasivního automatického zaostřování v situacích se slabým osvětlením a nízkým kontrastem u některých fotoaparátů. Lampa promítá na předmět viditelné nebo infračervené světlo, které systém automatického zaostřování fotoaparátu používá k dosažení zaostření.
Mnoho fotoaparátů a téměř všechny mobilní telefony s fotoaparátem , které nemají speciální pomocnou lampu automatického zaostřování, místo toho používají vestavěný blesk a osvětlují předmět stroboskopickými záblesky světla. Stroboskopické záblesky pomáhají systému automatického zaostřování stejným způsobem jako vyhrazené pomocné světlo, ale mají tu nevýhodu, že mohou překvapit nebo otravovat živé subjekty.
Další nevýhodou je, že pokud fotoaparát používá asistent zaostřování s bleskem a je nastaven na provozní režim, který přepíše blesk, může také deaktivovat pomoc při zaostřování a autofokus nemusí získat objekt. Podobné stroboskopické blikání se někdy používá ke snížení efektu červených očí , ale tato metoda je určena pouze k zúžení očních zornic subjektu před pořízením skutečného snímku, a tím ke snížení odrazů sítnice.
V některých případech mají externí blesky integrované pomocné žárovky automatického zaostřování, které nahrazují stroboskopický blesk na fotoaparátu. Dalším způsobem, jak pomoci systémům AF založeným na kontrastu při slabém osvětlení, je paprsek laserového vzoru na objekt. Laserová metoda se komerčně nazývá Hologram AF Laser a byla použita ve fotoaparátech Sony CyberShot kolem roku 2003, včetně modelů Sony F707, F717 a F828 .
Hybridní automatické zaostřování
V hybridním systému automatického zaostřování je zaostření dosaženo kombinací dvou nebo více metod, například:
- Aktivní a pasivní metody
- Fázová detekce a měření kontrastu
Dvojité úsilí se obvykle používá k vzájemné kompenzaci vnitřních slabin různých metod s cílem zvýšit celkovou spolehlivost a přesnost nebo urychlit funkci AF.
Vzácným příkladem raného hybridního systému je kombinace aktivního infračerveného nebo ultrazvukového systému automatického zaostřování s pasivním systémem fázové detekce. IR nebo ultrazvukový systém založený na odrazu bude fungovat bez ohledu na světelné podmínky, ale lze jej snadno oklamat překážkami, jako jsou okenní brýle, a přesnost je obvykle omezena na poměrně omezený počet kroků. Automatické zaostřování s fázovou detekcí „vidí“ skrz okenní brýle bez problémů a je mnohem přesnější, ale nefunguje za zhoršených světelných podmínek nebo na površích bez kontrastů nebo s opakujícími se vzory.
Velmi častým příkladem kombinovaného použití je systém automatického ostření s fázovou detekcí používaný v jednookých zrcadlovkách od roku 1985. Pasivní automatické zaostřování s fázovou detekcí vyžaduje určitý kontrast, aby bylo možné pracovat, což ztěžuje použití ve scénářích se slabým osvětlením nebo na rovných površích. AF reflektor osvítí scénu a projektové kontrastní vzory na rovných plochách, takže fázovou detekcí a automatickým zaostřováním může pracovat za těchto podmínek stejně.
Novější formou hybridního systému je kombinace automatického ostření s pasivní fázovou detekcí a automatického zaostřování s pasivním kontrastem, někdy za pomoci aktivních metod, protože obě metody potřebují pro práci určitý viditelný kontrast. Za jejich provozních podmínek je automatické zaostřování fázové detekce velmi rychlé, protože metoda měření poskytuje jak informace, tak míru posunu a směr, takže motor zaostřování může přesunout objektiv přímo do (nebo blízko) zaostření bez dalšího Měření. Další měření za běhu však mohou zlepšit přesnost nebo pomoci sledovat pohybující se objekty. Přesnost automatického zaostřování fázové detekce však závisí na efektivní bázi měření. Pokud je základ měření velký, jsou měření velmi přesná, ale mohou pracovat pouze s objektivy s velkou geometrickou clonou (např. 1: 2,8 nebo větší). I u vysoce kontrastních objektů nemůže automatické zaostřování s fázovou detekcí fungovat vůbec u objektivů pomalejších, než je jeho efektivní základ měření. Aby bylo možné pracovat s většinou objektivů, je efektivní základ měření obvykle nastaven mezi 1: 5,6 a 1: 6,7, takže AF nadále pracuje s pomalými objektivy (alespoň tak dlouho, dokud nejsou vypnuty). To však snižuje vnitřní přesnost systému automatického zaostřování, i když jsou použity rychlé objektivy. Protože efektivní základ měření je optickou vlastností skutečné implementace, nelze jej snadno změnit. Jen velmi málo fotoaparátů nabízí systémy multi-PD-AF s několika přepínatelnými měřicími základnami v závislosti na použitém objektivu, aby bylo možné normální automatické zaostřování u většiny objektivů a přesnější zaostřování u rychlých objektivů. Kontrastní AF toto dědičné omezení přesnosti nemá, protože pro práci potřebuje pouze minimální kontrast objektu. Jakmile je k dispozici, může pracovat s vysokou přesností bez ohledu na rychlost objektivu; ve skutečnosti, dokud je tato podmínka splněna, může fungovat i se zastaveným objektivem. Vzhledem k tomu, že kontrastní AF i nadále pracuje v režimu zastaveného osvětlení, nikoli pouze v režimu otevřené clony, je imunní vůči chybám posunu zaostření založeným na cloně Fázové systémy AF s detekcí fáze trpí, protože nemohou pracovat v režimu zastavení. Kontrastní AF tak činí libovolné jemné doostřování uživatelem zbytečné. Kontrastní AF je také imunní vůči chybám zaostřování v důsledku povrchů s opakujícími se vzory a mohou pracovat po celém snímku, nejen poblíž středu rámečku, jako to dělá AF s fázovou detekcí. Stinnou stránkou však je, že kontrastní AF je iterační proces s uzavřenou smyčkou rychlého posuvu zaostření tam a zpět. Ve srovnání s AF s fázovou detekcí je kontrastní AF pomalé, protože rychlost iteračního procesu zaostření je mechanicky omezena a tato metoda měření neposkytuje žádné směrové informace. Kombinace obou metod měření může automatické zaostřování s fázovou detekcí pomoci systému kontrastního AF být rychlý a přesný současně, kompenzovat chyby při zaostřování na základě clony a pokračovat v práci s vypnutými objektivy, například v režimu zastaveného měření nebo videa.
Nedávný vývoj směrem k bezzrcadlovkám se snaží integrovat snímače AF s fázovou detekcí do samotného obrazového snímače. Tyto senzory fázové detekce obvykle nejsou tak přesné jako sofistikovanější samostatné senzory, ale protože jemné zaostřování se nyní provádí pomocí kontrastního zaostřování, senzory AF s fázovou detekcí potřebují pouze poskytovat hrubé směrové informace, aby zrychlit proces automatického zaostřování kontrastu.
V červenci 2010 společnost Fujifilm oznámila kompaktní fotoaparát F300EXR, který obsahoval hybridní systém automatického zaostřování sestávající z prvků fázové detekce a kontrastu. Senzory implementující AF s fázovou detekcí v tomto fotoaparátu jsou integrovány do fotoaparátu Super CCD EXR. V současné době jej používají řady Fujifilm FinePix , Fujifilm X100S, Ricoh , Nikon 1 , Canon EOS 650D/Rebel T4i a Samsung NX300 .
Porovnání aktivních a pasivních systémů
Aktivní systémy obvykle nebudou zaostřovat okny, protože zvukové vlny a infračervené světlo se odráží sklem. U pasivních systémů to obecně nebude problém, pokud není okno znečištěné. Přesnost aktivních systémů automatického zaostřování je často výrazně nižší než u pasivních systémů.
Aktivní systémy také nemusí zaostřit na objekt, který je velmi blízko fotoaparátu (např. Makro fotografie ).
Pasivní systémy nemusí najít zaostření, když je kontrast nízký, zejména na velkých jednobarevných plochách (stěny, modrá obloha atd.) Nebo za špatných světelných podmínek. Pasivní systémy jsou závislé na určitém stupni osvětlení subjektu (ať už přirozeného nebo jiného), zatímco aktivní systémy mohou v případě potřeby správně zaostřovat i v úplné tmě. Některé fotoaparáty a externí blesky mají speciální režim nízkoúrovňového osvětlení (obvykle oranžové/červené světlo), který lze aktivovat během automatického zaostřování a umožnit fotoaparátu zaostřit.
Aktivní systém automatického zaostřování přes infračervený port - Canon AF35M (1979)
Časný pasivní systém automatického zaostřování integrovaný v objektivu s Pentax ME-F (1981)
Moderní (2014) autofokusová jednooká zrcadlovka
.jpg)
Zaměření na past
Metoda různě označovaná jako trap focus , focus trap nebo catch-in-focus používá automatické zaostřování k pořízení snímku, když se objekt přesune do ohniskové roviny (v příslušném ohnisku); to lze použít k získání zaostřeného záběru rychle se pohybujícího objektu, zejména při fotografování sportů nebo divoké zvěře, nebo alternativně k nastavení „pasti“, aby bylo možné automaticky pořídit záběr bez přítomnosti osoby. To se provádí pomocí AF k detekci, ale nenastavení zaostření - pomocí ručního zaostření k nastavení zaostření (nebo přepnutí na manuální po nastavení zaostření), ale poté pomocí priority zaostření k detekci zaostření a uvolnění závěrky pouze tehdy, když je objekt zaostřený. Tato technika funguje tak, že zvolí úpravu zaostření (vypnutí AF), poté nastaví režim fotografování na „Jednotlivé“ (AF-S), nebo přesněji na prioritu zaostření, poté stiskne spoušť-když se objekt zaostří, AF detekuje toto (ačkoli to nezmění zaostření), a je pořízen snímek.
První SLR, která implementovala ostření na past, byla Yashica 230 AF . Trap focus je také možné u některých fotoaparátů Pentax (např. Kx a K-5), Nikon a Canon EOS . EOS 1D to dokáže pomocí softwaru na připojeném počítači, zatímco fotoaparáty jako EOS 40D a 7D mají vlastní funkci (III-1 respektive III-4), která může zastavit pokus fotoaparátu o zaostření poté, co selže. Na fotoaparátech EOS bez skutečného zaostřování na past lze použít hack nazvaný „téměř trap focus“, který dosahuje některých efektů focus focus. Pomocí vlastního firmwaru Magic Lantern mohou některé DSLR Canon provádět zaostření na past.
Servo AI
AI Servo je režim automatického zaostřování, který najdeme u zrcadlovek Canon . Stejný princip používají i jiné značky, jako jsou Nikon , Sony a Pentax , nazývané „kontinuální ostření“ (AF-C). Označuje se také jako sledování zaostření a slouží ke sledování objektu při jeho pohybu po rámečku nebo směrem k fotoaparátu a od něj. Při použití bude objektiv neustále udržovat zaostření na předmět, proto se běžně používá pro sportovní a akční fotografii. AI označuje umělou inteligenci : algoritmy, které neustále předpovídají, kde se má subjekt nacházet, na základě údajů o jeho rychlosti a zrychlení ze senzoru autofokusu.
Zaostřovací motory
Moderní automatické zaostřování se provádí jedním ze dvou mechanismů; buď motor v těle kamery a převody v objektivu („šroubový pohon“), nebo prostřednictvím elektronického přenosu instrukce pohonu přes kontakty v montážní desce k motoru v objektivu. Motory na bázi objektivu mohou být řady různých typů, ale často jde o ultrazvukové motory nebo krokové motory .
Některá těla fotoaparátů, včetně všech těl Canon EOS a více zaměřených na rozpočet u modelů Nikon DX , neobsahují motor s automatickým zaostřováním, a proto nemohou autofokus s objektivy, kterým chybí vestavěný motor. Některé objektivy, jako jsou modely určené pro Pentax DA* , ačkoli obvykle používají vestavěný motor, se mohou vrátit zpět k provozu šroubovákem, když tělo fotoaparátu nepodporuje potřebné kontaktní kolíky.
Poznámky
Viz také
- Kruhový polarizátor , jediný polarizátor, který funguje s některými autofokusy SLR
- Objektiv s pevným zaostřením
- Seznam objektivů kompatibilních s Nikon s integrovaným motorem automatického zaostřování
- Přepsání ručního ostření
- Kamera se světelným polem, kamera , která umožňuje zaostřování v kroku po zpracování
Reference
externí odkazy
- interaktivní Flash demo ukazující, jak funguje automatické zaostřování fázové detekce.
- interaktivní Flash demo ukazující, jak funguje automatické zaostřování s detekcí kontrastu.
- Jak věci fungují - automatické zaostřování
- Vysvětlení automatického zaostřování Canon EOS DSLR