Автофокус

редактировать
Оптическая система для фокусировки на автоматически или вручную выбранной точке или области Автофокус Несколько зеленых точек / областей фокусировки, указывающих, где автофокусировка заблокирована Одна выбранная зеленая точка фокусировки с использованием точечной автофокусировки

Система с автофокусировкой (или AF) оптическая система использует датчик, система управления и двигатель на фокусируют на автоматически или вручную выбранной точке или области. Электронный дальномер имеет дисплей вместо двигателя; регулировка оптической системы должна выполняться вручную до появления индикации. Методы автофокусировки различаются по типу как 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. В большинстве современных зеркальных камер используется сквозной фокус. линза op Точные датчики, с отдельной матрицей датчиков, обеспечивающей измерение света , 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 принадлежностей, таких как фокусирующие лупы. Точность автофокусировки в пределах 1/3 глубины резкости (DOF) на самой широкой диафрагме объектива обычна для профессиональных зеркальных фотоаппаратов с автофокусировкой.

Большинство мультисенсорных автофокусных камер позволяют вручную выбрать активный датчик, а многие предлагают автоматический выбор датчика с использованием алгоритмов , которые пытаются определить местоположение объекта. Некоторые камеры с автофокусом способны определять, движется ли объект к камере или от нее, включая данные о скорости и ускорении, и удерживать фокус на объекте - функция, используемая в основном в спортивной и другой динамичной фотографии; в камерах Canon это называется AI servo, а в камерах Nikon он известен как «непрерывная фокусировка».

Данные, собранные с датчиков автофокусировки, используются для управления электромеханической системой, которая регулирует фокусировку оптической системы. Разновидностью автофокусировки является электронный дальномер, система, в которой данные фокусировки предоставляются оператору, но регулировка оптической системы по-прежнему выполняется вручную.

Скорость системы автофокусировки во многом зависит от самой широкой диафрагмы, предлагаемой объективом при текущем фокусном расстоянии. Диафрагма от f / 2 до f / 2,8 обычно считается оптимальной с точки зрения скорости и точности фокусировки. Более быстрые линзы (например, f / 1,4 или f / 1,8) обычно имеют очень низкую глубину резкости, а это означает, что для достижения правильной фокусировки требуется больше времени, несмотря на повышенное количество света.

Большинство систем бытовых камер надежно автофокусируются только с объективами с самой широкой диафрагмой как минимум f / 5,6, в то время как профессиональные модели часто справляются с объективами с самой широкой диафрагмой f / 8, что особенно полезно для объективов, используемых вместе с телеконвертерами .

Содержание

  • 1 История
  • 2 Активный
  • 3 Пассивный
    • 3.1 Определение фазы
    • 3.2 Определение контраста
    • 3.3 Вспомогательная лампа
  • 4 Гибридный автофокус
  • 5 Сравнение активной и пассивной систем
  • 6 Тревожный фокус
    • 6.1 AI Servo
  • 7 Двигатели фокусировки
  • 8 См. Также
  • 9 Ссылки
  • 10 Внешние ссылки

История

Между 1960 и 1973 годами Leitz (Leica) запатентовала ряд автофокусных и соответствующих сенсорных технологий. На photokina 1976 Leica представила камеру, основанную на их предыдущей разработке, названную Correfot, а в 1978 году они представили зеркальную камеру с полностью работоспособным автофокусом. Первой серийно выпускаемой камерой с автофокусировкой была Konica C35 AF, простая модель наведи и снимай, выпущенная в 1977 году. Polaroid SX-70 Sonar OneStep был первая автофокусная зеркальная камера, выпущенная в 1978 году. Модель Pentax ME-F, в которой использовались датчики фокусировки в корпусе камеры в сочетании с моторизованным объективом , стал первым автофокусом 35 мм SLR в 1981 году. В 1983 году Nikon выпустил F3AF, свою первую камеру с автофокусировкой, которая была основана на концепции, аналогичной ME -F. Minolta 7000, выпущенная в 1985 году, была первой SLR со встроенной системой автофокусировки, то есть как датчики автофокуса, так и приводной двигатель были размещены в корпусе камеры, а также встроенное устройство наматывания пленки, которое должен был стать стандартной конфигурацией для зеркальных фотоаппаратов этого производителя, а также Nikon отказался от своей системы F3AF и интегрировал мотор автофокусировки и датчики в корпус. Canon, однако, решила 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 зеркальные фотокамеры начального уровня не имеют мотора фокусировки в корпусе из-за широкого диапазона доступных объективов с внутренними моторами фокусировки.

Активный

Активные системы автофокусировки измеряют расстояние до объекта независимо от оптическую систему, а затем настройте оптическую систему для правильной фокусировки.

Существуют различные способы измерения расстояния, включая ультразвуковые звуковые волны и инфракрасный свет. В первом случае звуковые волны излучаются камерой, и путем измерения задержки их отражения вычисляется расстояние до объекта. Камеры Polaroid, включая Spectra и SX-70, были известны успешным применением этой системы. В последнем случае инфракрасный свет обычно используется для триангуляции расстояния до объекта. Эта система использовалась в компактных камерах, включая Nikon 35TiQD и 28TiQD, Canon AF35M и Contax T2 и T3, а также в более ранних видеокамерах. Новый подход, включенный в некоторые бытовые электронные устройства, такие как мобильные телефоны, основан на принципе времени пролета, который включает в себя направление на объект лазерного или светодиодного света и вычисление расстояния на основе времени. требуется, чтобы свет прошел к объекту и обратно. Этот метод иногда называют лазерной автофокусировкой, и он присутствует во многих моделях мобильных телефонов от нескольких производителей. Он также присутствует в промышленных и медицинских устройствах.

Исключением из двухэтапного подхода является механическая автофокусировка, предусмотренная в некоторых увеличителях, которые регулируют объектив напрямую.

Пассивный

Пассивные системы 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, требуется вспомогательный луч автофокусировки из инфракрасного света.) Пассивная автофокусировка может быть достигнута путем определения фазы или измерения контраста.

Обнаружение фазы

Обнаружение фазы: На каждом рисунке (не в масштабе) область внутри фиолетового круга представляет объект, на который нужно сфокусироваться, красная и зеленая линии представляют световые лучи, проходящие через отверстия в На противоположных сторонах линзы желтый прямоугольник представляет матрицы датчиков (по одной для каждой апертуры), а график представляет профиль интенсивности, видимый каждой решеткой датчиков. На рисунках 1–4 представлены условия, при которых линза сфокусирована (1) слишком близко, (2) правильно, (3) слишком далеко и (4) слишком далеко. Разность фаз между двумя профилями может использоваться, чтобы определить, в каком направлении и на сколько нужно переместить объектив для достижения оптимальной фокусировки.

Обнаружение фазы (PD) достигается путем разделения падающего света на пары изображений и их сравнения. Пассивное фазовое обнаружение через объектив с регистрацией вторичного изображения (TTL SIR) часто используется в пленочных и цифровых зеркальных камерах. В системе используется светоделитель (реализованный в виде небольшой полупрозрачной области главного зеркала, соединенной с небольшим вторичным зеркалом), чтобы направлять свет 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 объектива. Затем два изображения анализируются на предмет аналогичных рисунков интенсивности света (пики и спады), и вычисляется ошибка разделения, чтобы определить, находится ли объект в или положении. Это дает направление и оценку требуемой величины перемещения кольца фокусировки.

PD AF в режиме непрерывной фокусировки (например, «AI Servo» для Canon, «AF-C» для Nikon, Pentax и Sony ) - это процесс управления с обратной связью. PD AF в режиме фиксации фокуса (например, «One-Shot» для Canon, «AF-S» для Nikon и Sony ) широко считается быть процессом «одно измерение, одно движение» управление без обратной связи, но фокусировка подтверждается только тогда, когда датчик автофокусировки видит сфокусированный объект. 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.

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 ) оснащены датчиками SIR с областью TTL, которые имеют прямоугольную форму и обеспечивают двумерные диаграммы интенсивности для более мелкозернистого 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 имеют несколько «высокоточных» точек фокусировки с дополнительным набором призм и датчиков; они активны только с «светосильными линзами » с определенной геометрической апертурой (обычно число f 2,8 и больше). Повышенная точность достигается за счет более широкой эффективной измерительной базы «дальномера».

Система определения фазы: 7 - Оптическая система определения фокуса; 8 - Датчик изображения; 30 - Плоскость окрестности выходного зрачка оптической системы фотографирования; 31, 32 - Пара регионов; 70 - Окно; 71 - Маска поля зрения; 72 - Линза конденсора; 73, 74 - пара отверстий; 75 - Апертурная маска; 76, 77 - пара пересекающихся линз; 80, 81 - Пара светоприемных секций

Обнаружение контраста

Автофокусировка с обнаружением контраста достигается путем измерения контраста (зрение) в поле датчика через линзу. 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 значительные проблемы при отслеживании движущихся объектов , поскольку потеря контрастности не указывает направление движения к камере или от нее.

Автофокусировка с обнаружением контраста - распространенный метод в цифровых камерах, в которых отсутствуют затворы и зеркала. Большинство зеркальных фотокамер используют этот метод (или гибрид контрастного и фазового автофокуса) при фокусировке в своих режимах live-view. Заметным исключением являются цифровые камеры Canon с Dual Pixel CMOS AF. В беззеркальных камерах со сменными объективами обычно используется автофокусировка с измерением контраста, хотя фазовое определение 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 непосредственно переместил точку фокусировки в новое положение, автофокусировка с определением контраста вместо этого использует линзы, которые могут быстро перемещаться по всему 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

Вспомогательная лампа (также известная как подсветка АФ) в некоторых камерах «активирует» системы пассивной автофокусировки в условиях низкой освещенности и низкой контрастности. Лампа проецирует на объект видимый свет или ИК свет, который система автофокусировки камеры использует для фокусировки. Многие камеры, не оснащенные специальной вспомогательной лампой 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 работу вспышки, она также может отключить вспомогательную фокусировку, и автофокус может не захватить объект. Подобное стробоскопическое мигание иногда используется для уменьшения эффекта «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 камерах Sony Cybershot примерно в 2003 году, включая модели Sony F707, F717 и F828.

Гибридная автофокусировка

В гибридной системе автофокусировки фокусировка достигается путем объединения двух или более методов, таких как:

  • Активный и пассивный методы
  • Обнаружение фазы и контраст измерение

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. Подсветка AF 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 очень точны, 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 для большинства объективов и более точную фокусировку для светосильных объективов. Контрастный автофокус не имеет этого унаследованного конструктивного ограничения на точность, поскольку для работы с ним 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 контрастная автофокусировка продолжает работать в режиме остановки, а не только в режиме открытой диафрагмы, она невосприимчива к ошибкам сдвига фокуса на основе диафрагмы страдают системы фазовой автофокусировки, поскольку они не могут работать в режиме остановки. -вниз режим. Таким образом, контрастная автофокусировка делает ненужной произвольную точную настройку фокуса пользователем. Кроме того, контрастный AF невосприимчив 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 AF. 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 выполняется посредством контрастной фокусировки, датчики фазовой автофокусировки должны предоставлять только грубую информацию о направлении, чтобы ускорить процесс контрастной автофокусировки.

В июле 2010 года Fujifilm анонсировала компактную камеру F300EXR, которая включала 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 Super CCD EXR. В настоящее время он используется в Fujifilm FinePix Series, Fujifilm X100S, Ricoh, Nikon 1 series, Canon EOS 650D / Rebel T4i и Samsung NX300.

Сравнение активных и пассивных систем

Активные системы обычно не фокусируются через окна, поскольку 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, расположенный очень близко к камере (например, макросъемка ).

Пассивные системы могут не фокусироваться 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.

Захватывающий фокус

Метод, по-разному называемый ловушкой фокусировки, ловушкой фокусировки или захватом в фокусе, использует автофокусировку для выполнения снимка, 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 автофокуса для обнаружения, но не установки фокуса - с помощью ручной фокусировки для установки фокуса (или переключения на ручной после установки фокуса), но затем с использованием приоритета фокусировки для определения фокусировки и спуска затвора только при объект находится в фокусе. Этот метод работает путем выбора настройки фокуса (выключение автофокусировки), 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 это не меняет фокус), и делается снимок.

Первой SLR, реализовавшей фокусировку треппинга, была. Тревожный фокус также возможен на некоторых камерах Pentax (например, K-x и K-5), Nikon и Canon EOS. 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 сбоя. На камерах EOS без подлинной фокусировки ловушки можно использовать прием, называемый «почти ловушкой фокусировки», который позволяет получить некоторые эффекты фокусировки ловушки. Используя специальную прошивку Magic Lantern, некоторые зеркалки Canon могут выполнять фокусировку ловушки.

AI Servo

AI Servo - это режим автофокусировки, используемый в Canon SLR камерах. Тот же принцип используется другими брендами, такими как Nikon, Sony и Pentax, так называемый «непрерывный фокус» (AF-C). Также называется отслеживанием фокуса, оно используется для отслеживания объекта, когда он перемещается 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 искусственному интеллекту : алгоритмам, которые постоянно предсказывают, где будет находиться объект, на основе данных о его скорости и ускорении от датчика автофокусировки.

Моторы 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 это ультразвуковые двигатели или шаговые двигатели.

Некоторые корпуса камер, включая все корпуса Canon EOS и более бюджетные среди моделей Nikon DX, не имеют мотора автофокусировки и, следовательно, не могут выполнять автофокусировку с объективами без встроенного мотора. Некоторые объективы, такие как модели, обозначенные как Pentax 'DA *, хотя обычно используют встроенный двигатель, могут вернуться к работе с помощью отвертки, когда корпус камеры не поддерживает необходимые контактные штыри.

См. Также

Викискладе есть материалы, связанные с Автофокусом.

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-12 19:12:55
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте