Как работает фокусировка: полная история фокуса. Фазовый и контрастный автофокус

Мы живем в век скоростей и высоких технологий, когда все спешат и хотят иметь все под рукой. Сегодня мы поговорим о камерах смартфонов, которые способны запечатлеть нужный кадр в нужный момент. А, поскольку мы все хотим, чтобы фотографии получались четкими, нужно кое-что выяснить про оснащение камеры. Последние несколько лет многие производители мобильных аппаратов стараются усовершенствовать технологию автофокусировки, и она заслуживает нашего пристального внимания. Давайте рассмотрим, какие существуют разновидности автоматической фокусировки, а также – какими достоинствами и недостатками обладает каждая из них.

Если коротко остановиться на том, в чем состоит основное различие между фокусом и автофокусом то здесь все просто. В данном случает речь идет о том, когда линза объектива фокусируется на определенном объекте, посредством преломления лучей благодаря чему свет собирается в одной точке. Когда все совпадает, сенсор матрицы находится в нужной точке, кадр получается детализированный и качественный. Когда фотограф фокусируется на главном объекте, настраивая объектив вручную, на фотографии делается акцент на переднем или заднем плане, в то время как остальная часть получается более размытой. Это и есть процесс фокусировки. Сегодня этот процесс значительно облегчен, поскольку за нас все может делать автоматика. Благодаря автофокусировке можно сделать четкие детализированный снимок без лишних усилий – просто наводим и щёлкаем. А, поскольку практически все современные смартфоны оснащены камерами с автоматической фокусировкой, стоит рассмотреть – каких разновидностей она бывает.

Фазовый автофокус

В основе этой технологии лежит дробление луча света, который проходит через объектив, на два потока, после чего свет попадает на светочувствительный сенсор. При этом замеряется расстояние между потоками, которые проходят через противоположные края объектива. Наводка считается окончательной, если разделенные лучи достигнут определенного расстояния, заданного датчиками. Устройство по сути само может определить, как нужно изменить положение линз, чтобы картинка получилась требуемого качества. Неопровержимым достоинством фазового автофокуса считается быстрота и точность фокусировки. Эта особенность очень важна, когда снимается движущаяся сцена. Также стоит отметить, что эта технология срабатывает быстрее, чем контрастный автофокус, о котором читайте ниже.

Тем не менее, автофокус фазового типа имеет некоторые недостатки, одним из которых можно считать сложность реализации. Для того, чтобы эта технология работала, нужна сверхточная физическая юстировка, а также скрупулезная цифровая настройка. Для хорошей реализации фазовой автоматической фокусировки требуется хорошее «железо», которым обладают не все смартфоны. К тому же, точность фазового автофокуса напрямую зависит от диафрагмы объектива, так что при недостаточном освещении эта технология не выдаст желаемого результата.

Контрастный автофокус

Работа этой технологии основана на применении специальных светочувствительных элементов, которые производят оценку контрастности кадра. Фокусировка в этом случае считается точной, когда картинка приобретает максимальную точность и контрастность по сравнению с фоном. Это решение используется в подавляющем большинстве смартфонов главным образом за счет сравнительной простоты в реализации технологии. Специальный сенсор замеряет количество света на объективе, после чего этот же сенсор должен переместить линзу пока не будет достигнут максимальный контраст. Когда достигнут максимальный контраст, значит снимаемый объект находится в фокусе. Еще раз отметим простоту использования данной технологии, для которой не требуется сложная аппаратная начинка.

Теперь добавим ложку дёгтя в эту бочку мёда, отметив некоторые недостатки, которые присущи технологии контрастного автофокуса. Сразу скажем, что это решение срабатывает несколько медленнее прочих технологий. Думает контрастный автофокус где-то в пределах секунды, в течении которой он фокусируется на снимаемом объекте. Если вы человек медлительный и никуда не спешите, то в принципе время, потраченное на фокусировку вас не будет напрягать или раздражать. Особенно, если снимаемый объект тоже никуда не спешит, улитка, например. Но, если вы двигаетесь со сверхскоростью, как супергерой Флэш, то секунда растянется для вас на целую вечность. Если вы хотели запечатлеть колибри с ее суперметаболизмом, то она за это время может просто улететь. Скорость в этой технологии страдает в основном из-за того, что оценка контрастности происходит в несколько этапов, для чего требуется некоторое время. Кроме того, контрастный автофокус лишен такой возможности, как следящая фокусировка, в сумерках или с плохой освещенностью качество фотографий вряд ли кого-то удовлетворит. Отметим, что технология контрастного автофокуса как правило применяется в смартфонах бюджетного уровня.

Лазерный автофокус

Данная технология работает за счет применения принципа лазерного дальномера, когда в функцию лазерного излучателя входит освещение снимаемого объекта, в то время как сенсор осуществляет замер расстояния до объекта с фиксацией времени, в течении которого поступает отраженный лазерный луч. Киллер фичей этой технологии можно считать затраченное время для фокусировки. В частности, лазерный автофокус способен справиться с этой задачей за 0,276 секунды. Вы уже конечно поняли, что фазовый и контрастный автофокус «нервно курят в сторонке».

Лазерный автофокус молниеносно быстрый и отлично себя зарекомендовал в условиях недостаточной освещенности. Однако, в работе с этим решением следует учитывать одну деталь – самый хороший результат можно достигнуть, только при расстоянии до снимаемого объекта в пределах 0,6 метров. А, если расстояние до объекта превышает 5 метров, то лазерный автофокус в данном случае бессилен. В таком случае вам светит только контрастный автофокус.

Если произвести разбор полётов, отметим, что при выборе смартфона в целом, а также его фотовозможностей в частности, каждый руководствуется собственными соображениями и предпочтениями. Не последнюю роль в выборе играет бюджет, который предполагается потратить. Более того, если вы фанат качественных фотографий, то камера в смартфоне в любом случае вас не удовлетворит, в таком случае нужно просто купить зеркалку.

Принципы работы системы автофокуса.

Фокусировка – больной вопрос для большинства фотолюбителей (да и профессионалов тоже). Поверьте, или проверьте: любой фотографический форум убедит Вас, а тесты фотоаппаратов обязательно содержат раздел, посвященный исключительно работе автофокуса.

Обсуждения же автофокуса на фотографических форумах чаще всего заканчиваются взаимными обвинениями в невежестве или виртуальным хватанием за лацканы пиджака с криками «А ты кто такой?!». Подумалось мне заняться самообразованием и разобраться - на бытовом уровне, как работает автофокус в современных цифровых фотоаппаратах. Оказалось, что материалов в сети очень немного, а понятных человеку без специального образования – еще меньше. Результаты поисков и компилирование информации (спасибо ЛензРенталз!) изложены ниже.

В современных цифровых фотоаппаратах используются две системы автофокуса: контрастный автофокус и фазовый автофокус. Давайте начнем с более простой (и менее распространенной в «зеркалках») системы автофокуса: контрастного автофокуса.

Контрастный автофокус

Контрастный автофокус работает следующим образом: процессор оценивает гистограмму, получаемую с матрицы фотоаппарата, немного перемещает линзы объектива – смещая точку фокусировки, затем производит переоценку, чтобы увидеть, повысился или снизился контраст. Если контраст повысился, фотоаппарат продолжает смещать точку фокусировки в выбранном направлении, пока изображение не станет максимально контрастным. Если же контраст снизился, объективу дается указание смещать точку фокусировки в другую сторону. Процесс повторяется до достижения максимального контраста (что по существу означает продвижение точки фокусировки чуть дальше положения максимального контраста и возврат к точке, после которой контраст начал снижаться). «Сфокусированное» методом контрастного автофокуса изображение – это изображение с максимальным контрастом.

Если ваша камера показывает гистограмму в режиме Live View можно вручную фокусироваться по контрасту.

При контрастном автофокусе оценивается изображение с небольшого участка матрицы – используемого в качестве датчика и совпадающего с точкой фокусировки, выбранной фотографом. Это позволяет выбрать объект, на котором нужно сфокусироваться, и избавляет процессор фотоаппарата от необходимости оценивать контраст всего изображения – оценивается контраст только в выбранных точках автофокусировки.

Недостатки контрастного автофокуса

Основным недостатком контрастного автофокуса является его неторопливость. Многоходовый процесс «сдвиг точки фокусировки/линз объектива – оценка – сдвиг – оценка» требует времени, да и фотоаппарат может начать с перемещения точки фокусировки в неправильном направлении – потом нужно будет возвращаться. Из-за крайне невысокой скорости и невозможности следящей фокусировки, контрастный автофокус мало подходит для динамичных сюжетов. Медлительность усложняет даже съемку неподвижных объектов. Контрастный автофокус значительно более чем фазовый зависит от хорошего освещения, да и - что очевидно - требует хорошей контрастности объекта, на котором производится фокусировка.

Преимущества контрастного автофокуса

Есть у контрастного автофокуса и преимущества, благодаря которым он не только до сих пор используется в фотоаппаратах, но и увеличивает свое присутствие. Во-первых, система контрастного автофокуса проще. Она не требует дополнительных датчиков и микросхем, которые нужны для фазового автофокуса. Простота снижает стоимость и (а для многих цена важнее скорости) является основной причиной использования контрастного автофокуса в компактных цифровых фотоаппаратах. (Другая причина состоит в том, что глубина резкости у компактных фотоаппаратов изначально больше и требования к точности автофокуса существенно ниже).

Простота системы контрастного автофокуса уменьшает ее размер. Например, появившиеся недавно беззеркальные цифровые фотоаппараты со сменной оптикой стремятся к миниатюрности, а система контрастного автофокуса не требует «отводить» изображение в сторону от матрицы фотоаппарата: значит не нужны призмы, зеркала и линзы, необходимые для системы фазового автофокуса. Миниатюрность - одно из важнейших преимуществ беззеркальных фотоаппаратов со сменной оптикой - все они используют контрастный автофокус.

Второе преимущество состоит в том, что в системе контрастного автофокуса используется матрица фотоаппарата. Нет необходимости «отвода» пучка света через специальные призмы и зеркала на дополнительные датчики, которые могут быть неотюстированы по отношению к матрице фотоаппарата. При контрастной автофокусировке оценивается реальное изображение на матрице фотоаппарата, а не отдельное изображение, которое должно быть (а «должен» еще не значит, что так и есть) точно выверено на соответствие с матрицей.

Именно по этой причине контрастный автофокус обеспечивает более точную автофокусировку, чем фазовый. Подчеркну: "при использовании матрицы для контрастной фокусировки". В зеркальных фотоаппаратах Olympus и Sony для контрастного автофокуса в режиме Live View используется дополнительная, меньшая матрица, а значит - как и в любой системе, требующей юстировки - остается возможность неправильной юстировки.

В целом, система контрастного автофокуса проще, дешевле, меньше по размерам, и теоретически более точна, чем фазовый автофокус. Но она намного медленнее. Производители прилагают все усилия, чтобы ускорить контрастный автофокус, есть успехи, но в ближайшем будущем он будет оставаться более медленным.

Фазовый автофокус

Основные принципы

Систему фазового автофокуса (также известного как phase matching) предложила фирма Honeywell в 1970-х годах; впервые серийно ее использовали в фотоаппарате Minolta Maxxum 7000. Honeywell подала на Minolta иск за нарушение патентых прав и выиграла дело; так что производителям пришлось заплатить Honeywell за право использовать фазовую систему автофокуса.

Фазовый автофокус основан на принципе, согласно которому, исходящие/отраженные от точки, находящейся в фокусе, лучи будут в равной степени освещать противоположные стороны объектива («будут находиться в фазе»). Если объектив сфокусирован перед или позади этой точки, эти лучи света по-разному проходят через края объектива («находятся не в фазе»).

Большинство существующих систем фазового автофокуса используют зеркала, линзы или призмы (разделители пучка), чтобы разделить лучи, проходящие через противоположные края объектива на два луча; и вторичную систему линз, чтобы снова сфокусировать эти лучи на датчике автофокуса (как правило, CCD). Этот датчик определяет, куда падают лучи света проходящие через противоположные края объектива. Если точка находится в фокусе, лучи попадают на датчик на определенном расстоянии друг от друга. Если объектив сфокусирован ближе или дальше требуемой точки, расстояние между этими лучами будет меньше или больше. Много слов, давайте попробуем посмотреть на графическое отображение процесса - (рис. 1).

Рис. 1 Принцип работы фазового автофокуса

Сразу оговорюсь: описание и рисунок дают очень упрощенное объяснение принципа работы фазового автофокуса – для того лишь, чтобы получить представление о том, «как это работает». Физика и механика процесса, описание которых заняло бы не одну страницу, полную формул, цифр и других непонятностей, остались «за кадром».

На рисунке ясно видно, что процессор фотоаппарата в системе фазового автофокуса сразу определяет, сфокусирован объектив слишком близко или слишком далеко от объекта, так что один из недостатков контрастного автофокуса (камера не знает, в какую сторону смещать точку фокусировки) изначально отсутствует - вместо перемещения вперед и назад и определения в каком направлении лежит большая контрастность, в фазовом автофокусе процессор сразу видит, в какую сторону смещать точку фокусировки.

А дальше идет процесс. Каждый автофокусный объектив оснащен микропроцессором, сообщающим фотоаппарату о своем присутствии и состоянии, например, "Я объектив 50/1.4 и мой фокусирующий элемент находится в положении на 20% ближе, чем бесконечность" - или нечто подобное. Когда Вы нажимаете на кнопку затвора наполовину, происходит следующее:

Фотоаппарат считывает данные с датчика автофокуса, сверяется с массивом данных, содержащих сведения о свойствах автофокусных объективов этого производителя, делает некоторые расчеты и говорит объективу что-то вроде "Передвинь точку автофокуса вот настолько к бесконечности".

В объективе есть датчики и микросхемы, измеряющие либо количество тока, поданного на моторчик фокусировки, либо насколько передвинулся фокусирующий элемент. Объектив смещает фокусировочный элемент и посылает сигнал фотоаппарату "почти у цели".

Фотоаппарат перепроверяет данные с датчиков автофокуса, и отправляет сигнал объективу к более точной настройке; процесс точной фокусировки может повторяться несколько раз, пока объектив не сфокусируется «точно в цель». Если что-то идет не так, происходит печально известное "рысканье" объектива.

После фокусирования, фотоаппарат приказывает объективу зафиксировать фокус, и информирует фотографа (звуком и индикатором в видоискателе). Весь процесс занимает толику секунды. Очень быстро.

Схема фазового автофокуса

Датчик автофокуса не может находиться перед матрицей, поэтому производители используют частично прозрачные области в зеркале, пропускающие свет на вторичное зеркало, от которого он и отражается на датчик автофокуса (рис. 2).

Рис. 2 Схема фазового автофокуса

Обычно датчик автофокуса располагается под основным зеркалом (рис. 3) вместе с датчиками экспозамера. Красной стрелкой показан датчик автофокуса фотоаппарата Canon EOS 5D. Изображение взято с сайта Canon, USA

Рис. 3 Расположение датчика автофокуса

Типы датчиков фазового автофокуса

Каждый датчик способен оценить лишь небольшую часть изображения. Горизонтальные датчики точнее работают с вертикальными деталями. В большинстве изображений вертикальные детали преобладают, поэтому горизонтальных датчиков больше. Есть и вертикальные датчики, как правило, расположенные крестообразно с горизонтальными (рис. 4). Некоторые фотоаппараты оборудованы даже диагональными датчиками фазового автофокуса.

Некоторые датчики автофокуса (почти всегда располагаются в центре), с помощью различных линз и размера самого датчика, достигают большей точности автофокуса, особенно при использовании светосильных объективов. Чаще всего они включаются в работу только при использовании объективов со светосилой f/2.8 или светлее. На рисунке 4, например, показано, что при использовании объектива f/2.8 будет использоваться крестообразный датчик, а для более темных объективов будет задействован лишь один менее точный датчик автофокуса.

Рис. 4 Крестообразный датчик автофокуса

В первых системах фазового автофокуса (и в некоторых современных фотоаппаратах среднего формата) был только один датчик в центре изображения. С ростом вычислительной мощности и инженерного мастерства добавлялись все новые и новые датчики. Сейчас у большинства фотоаппаратов их от семи/девяти и до 52. Можно – в зависимости от требований снимаемой сцены - выбрать один, все, или группу датчиков. Можно сообщить фотоаппарату какой датчик/датчики использовать.

Многочисленные датчики фазового автофокуса , совместно с процессором фотоаппарата, способны на замечательные вещи. Определяя, в каких датчиках движущийся объект находится в фокусе и как это изменяется – измеряя перемещение объекта и считывая показания через кратчайшие промежутки времени – фотоаппарат может предсказывать, где будет находиться движущийся объект через определенный промежуток времени. На этом основана работа следящего автофокуса.

Влияние светосилы объектива

Независимо от типа датчика, автофокус будет более точным при использовании светосильных объективов. В процессе фокусировки фотоаппарат максимально открывает объектив, закрывая диафрагму до выбранного вами значения только в момент открытия шторок. Фазовый автофокус тем точнее, чем шире угол лучей света. На приведенной схеме угол лучей, полученных от объектива f/2.8 (синие линии), будет больше, чем от объектива f/4 (красные линии), которые в свою очередь больше, чем от объектива f/5.6 (желтые линии). При использовании объектива с максимальной диафрагмой f/8, только самые точные датчики способны работать, но фокусировка будет медленной и менее точной. Именно по этой причине прекращают автофокусироваться объективы f/5.6, когда мы пытаемся использовать телеконвертер, снижающий их максимальную светосилу до f/8 или f/11.

Преимущества фазового автофокуса

Основные преимущества фазового автофокуса мы уже упомянули:

Он много быстрее контрастного - достаточно быстр для съемки движущихся объектов.

Фотоаппарат способен использовать группу датчиков для оценки движения объекта, что дает нам следящий/предикативный автофокус.

Есть и менее явные преимущества. Группы датчиков фазового автофокуса могут использоваться для "электронного ГРИП " – предварительной оценки глубины резкости. Некоторые фотоаппараты (правда, их немного) оснащены функцией автофокусной ловушки (trap autofocus) – они делают снимок в момент, когда что-то попадает в активную точку фокусировки. Если датчики обнаруживают движение в статической сцене, они могут сообщить о недопустимом шевелении фотоаппарата. Но – основное - скорость и следящий автофокус

Недостатки фазового автофокуса

Во-первых, система фазового автофокуса требует физической юстировки . Путь света к матрице фотоаппарата должен быть согласован с путем света к датчику автофокуса так, чтобы предмет, находящийся в фокусе на датчике автофокусировки был в фокусе и на матрице. Каждый объектив должен содержать микросхему, обеспечивающую обратную связь с фотоаппаратом и сообщающую ему информацию о точном положении фокусирующего элемента, о том, на какое расстояние элемент перемещается при подаче определенного тока на моторчик автофокуса. Все это должно быть точно согласовано и выверено таким образом, чтобы объектив смещал точку фокусировки именно туда, куда ему указал фотоаппарат, а фотоаппарат знал точное положение этой точки. Малейшая несогласованность приводит к неточной фокусировке.

Во-вторых, система требует программной настройки . Каждый фотоаппарат и объектив программируются производителем, в память вносится большое количество данных. Благодаря этим данным обеспечивается согласованная работа фотоаппарата и объектива, а точность автофокуса иногда может быть улучшена путем обновления прошивок. Такие обновления часто выпускаются вслед за появлением новых объективов.

Производители скрывают алгоритмы работы своих систем фазового автофокуса. Сторонние производители объективов вынуждены экспериментальным путем считывать и декодировать сигналы, которыми обмениваются фотоаппарат и объектив и на основе этих данных разрабатывать свои микропроцессоры и свои алгоритмы. Из-за этого точность автофокуса при использовании объективов сторонних производителей может быть ниже. Изменение алгоритмов производителями фотоаппаратов приводит к тому, что автофокус на объективах сторонних производителей отказывается работать (их нужно перепрограммировать, как недавно произошло с Sigma AF 120-300/2.8 и Nikon D3X).

Как уже упоминалось, светосила объектива влияет на точность фазового автофокуса. Светосильные объективы способны фокусироваться в более сложных условиях. Обычно зависимость от светосилы не вызывает проблем, потому что у темных объективов большая глубина резкости. Однако, есть значения максимальной светосилы (как правило, f/5.6 или f/8), когда фазовый автофокус просто отказывается работать. (Помните, речь идет о максимальной светосиле объектива - фотоаппарат автоматически полностью открывает диафрагму объектива в процессе фокусировки, поэтому установленное значение не оказывает влияние на автофокус, если максимальная диафрагма объектива соответствует возможностям фотоаппарата).

Поскольку свет попадает на датчики автофокуса только когда зеркало опущено, они перестают работать в момент снимка, и не начинают работать до того, пока зеркало не вернется в исходное положение. Именно поэтому фазовый автофокус не работает в режиме Live View, а следящий автофокус может ошибаться при серийной съемке.

Есть и другие проблемки, которые мы не замечаем. Линейные поляризационные фильтры мешают фазовому автофокусу. Линейных поляриков сейчас осталось немного, но бывает, что купив его «по-дешевке» владелец потом удивляется неточности автофокуса. Фазовый автофокус может просто «сдуться» на некоторых сюжетах (типа шахматной доски или решетки), а контрастный легко справляется с ними.

Live View:

Я выделил режим Live View, потому что именно он заставляет производителей работать над усовершенствованием контрастного автофокуса и над созданием гибридных систем. Как уже упоминалось, контрастный автофокус обладает определенными преимуществами, а преодоление его ограничений будет на пользу всем фотографирующим.

Olympus и Sony уже создали системы, которые разделяют пучок света, отправляя часть в видоискатель, а часть – на дополнительный датчик изображения. Такая система позволяет пользоваться фазовым автофокусом даже в режиме Live View. Но и риск неточной фокусировки возрастает, ведь используется не матрица, а вспомогательный датчик.

Canon описал систему, которая использует фазовый автофокус на начальном этапе, а затем тонко подстраивает фокусировку при помощи контрастного автофокуса.

Nikon кажется, подал заявку на патентование принципа, когда определенные пиксели матрицы фотоаппарата будут использоваться в качестве датчиков фазового автофокуса. Это – по-моему – будет просто революцией.

FujiFilm уже выпустил линейку компактных цифровых фотоаппаратов с гибридной системой автофокуса.

Поживем, увидим. Но очевидно, что впервые за последние годы изменения систем автофокуса могут быть революционным, а не эволюционными. Что – согласитесь – таит для фотолюбителей много интересного и захватывающего.

Автофокус, в том числе, и следящий, в сравнении с ручной наводкой резкости, является более предпочтительной настройкой. В руках опытного фотографа автофокус работает намного быстрее, а главное точнее, чем может действовать среднестатистический фотолюбитель. Однако же, автофокус это не такая простая штука, как может показаться на первый взгляд, но так же следует сказать, что это уже достаточно глубокие дебри, в которые заходят далеко не сразу.

Давайте же рассмотрим то, как пользоваться автофокусом, а так же те тонкости, которые позволят эффективно ним управлять и получать максимально возможный результат.

Для начала я рекомендую вам еще раз перечитать страницы инструкции вашего фотоаппарата, которые посвящаются автофокусу - это будет самое лучшее начало. Для нормального восприятия материала вам нужно знать и понимать где находятся и как действуют основные органы управления автофокусом и точками фокусировки.

Режимы автофокуса

Большинство фотоаппаратов, в том числе Canon и Nikon, оборудованы тремя видами режимов: одиночный, следящий и гибридный автофокус.

Покадровый или точечный автофокус

Этот режим предназначается для фотографирования неподвижных сцен, к примеру портрет, пейзаж, натюрморт и т.д. В этом режиме при полунажатии клавиши спуска, объектив начинает фокусироваться на объекте, который располагается в пределах выбранной точки фокусировки. После завершения наведения резкости, работа наводки фокуса блокируется, что позволяет вам изменить композицию кадра (при изменении расстояния до объекта фокус теряется) и сделать кадр.

Разбираясь в данной теме, необходимо понимать, что объектив фокусируется не на объекте съемки, а на определенном расстоянии. Из этого следует очень простой вывод. Если я навожу резкость на объект, который находится на расстоянии пяти метров, то соответственно и все остальные объекты, находящиеся на удалении пять метров попадают в зону резкости. Другими словами, после наведения фокуса и блокировки работы автофокуса, сохраняя расстояние до объекта съемки, я могу крутить камерой как угодно, получая ту композицию, которая мне нужна, при этом, не теряя фокуса.

Такой метод очень хорош в тех случаях, когда расстояние до объекта достаточно велико и измеряется метрами. На близких же расстояниях, особенно при макросъемке, перекомпоновка кадра, которая может повлечь за собой изменение расстояния на несколько сантиметров или миллиметров приводит к заметной потере фокуса, что еще более критично при узкой глубине резкости.

Режим следящего автофокуса

Этот режим еще называют непрерывным, он просто незаменим при фотографировании динамичных объектов – животные, спорт, автогонки и др. До тех пор, пока кнопка спуска находится в полунажатии, автофокус непрерывно работает, тем самым удерживая объект в зоне резкости. Естественно, блокировки автофокуса, как в предыдущем варианте не происходит, что обусловлено постоянным движением механизма объектива, который ловит фокус вслед за движением объекта съемки.

Напрашивается очевидный вывод. В этом режиме съемки вы не можете менять композицию. Это объясняется тем, что автофокус реагирует на объект расположенный перед определенной точкой фокусировки, если вы измените композицию, объект будет потерян и фокусировка будет произведена на что-то другое.

Итак, мы поняли, что такое следящий автофокус, теперь остался последний режим –автоматический или гибридный. Он создан для того, что бы самому решать нужно ли блокировать автофокус или нет. Этот режим, в отличие от других автоматических функций камеры, кажется мне странным и бесполезным, но это мое субъективное мнение, возможно, кто-то и найдет в нем полезность и удобство.

Приоритет спуска или фокуса

Для многих новичков, существование таких настроек покажется удивительным. Но они существуют и не обратить на них внимание, разбирая автофокус, просто не возможно. Первый из приоритетов (спуска) означает, что в момент полного нажатия кнопки спуска, резкость не имеет никакого значения, другими словами, контроль за этим полностью возложен на фотографа. Этот режим стандартно включен для следящего автофокуса.

Приоритет фокуса, означает, что после полного нажатия кнопки спуска должно быть попадание в резкость по определенной или определенным точкам фокусировки. Если такового не будет, то фотоаппарат не позволяет сделать кадр. Этот режим обычно включен при стандартных настройках в режиме одиночного кадра.

Контрастный и фазовый автофокус, какой лучше?

В цифровых камерах производители используют два вида автофокуса, как вы уже поняли из названия, это контрастный и фазовый автофокус. Будет очень хорошо, если мы разберемся в этих понятиях.

Контрастная система автофокуса

Этот способ автофокуса используется в так называемых цифромыльницах и в зеркальных фотоаппаратах, но только при включении функции «Live View». Этот вид автофокуса не требует дополнительных фокусировочных датчиков, так как для наведения фокуса он использует исключительно матрицу фотоаппарата. Картинка, которая поступает с матрицы фотоаппарата, анализируется процессором камеры на наличие изменения контраста. При необходимости более точной наводки на резкость процессор дает команду двигателю слегка изменить положение линз объектива в любом направлении. Если после этой манипуляции контраст изображения уменьшается, то направление движения линз меняется на противоположное. Движение в правильном направлении продолжается до тех пор, пока контраст снова не начнет падать, достигнув этого предела, процессор говорит мотору вернуть линзы к тому шагу, при котором был максимальный контраст. Достигнув этого значения, фокусировка считается законченной.

Как вы понимаете, в силу таких особенностей работы автофокуса (не известно в какую сторону следует вращать двигатель) совершается множество лишних движений. Что приводит к основным минусам этого способа фокусировки – низкая скорость, что не позволяет использовать его на профессиональных камерах. Второй минус, может и не настолько критичный – повышенное энергопотребление.

Плюсами данного способа, является простота конструкции и возможность сфокусироваться практически в любом месте кадра.

Фазовый автофокус

Как вы понимаете, производители фототехники уже давно ответили нам и себе на вопрос, какой автофокус выбрать. Конечно же, победила фазовая система. Разберем, почему так.

Этот вид автофокуса используется в зеркальных цифровых и пленочных камерах. Здесь присутствует небольшое вмешательство в оптическую систему передачи изображения, так кроме основного зеркала, камера оснащается дополнительным зеркалом, которое передает часть света на модуль фазового автофокуса. Любой световой луч, который проходит через светоделительную призму и микролинзы делится на два луча, каждый из которых потом направляется на датчик автофокуса. Если наводка на резкость точна, то лучи падают на датчик в строгом расстоянии друг от друга.

Если же расстояние между лучами меньше эталонного, то фокус наведен ближе, чем нужно (фронт-фокус).

Если же расстояние большее, то соответственно резкость наведена дальше (бэк-фокус).

При этом величина сдвига указывает расстояние от идеального фокуса. Таким образом, процессор сразу же получает данные о том, в какую сторону и насколько необходимо произвести подстройку.

Датчики фазовой системы автофокуса могут быть крестообразными и линейными. Линейные, так же разделяются на вертикальные и горизонтальные. Последние, чувствительны к вертикальным линиям (стволы деревьев, забор), а вертикальные более чувствительны к горизонтальным объектам (горизонт, дорога). Соответственно, крестообразные датчики являются универсальными, они восприимчивы к объектам любой формы. Узнать какие именно датчики и где они расположены вы можете из инструкции к вашему фотоаппарату, но самый чувствительный датчик располагается в центре кадра.

Главным положительным качеством фазового автофокуса является его скорость, которая делает его незаменимым при съемке динамичных сцен. Основными недостатком является сложность, громоздкость, необходимость тончайшей юстировки всех компонентов, меньшая точность, чем у контрастного автофокуса и малое число фокусировочных точек.

Гибридная система

Так же существует и третий вид автофокуса – гибридный. Из названия становится ясно, что это совмещенная система, включающая качества обоих описанных выше систем. Такие автофокусы используются в беззеркальных и некоторых зеркальных камерах.

Суть этой системы заключается в том, что датчики вмонтированы прямо в матрицу. Благодаря этому наводка на резкость происходит по следующей системе. Сначала, базовый фокус наводит фазовый автофокус, а затем на основании полученных данных начинает работать контрастный. При этом медлительность контрастного автофокуса уменьшается более чем на 75%. Фазовый автофокус не требует столь точной юстировки, а вся система занимает намного меньше места.

Разобрав все технические стороны работы автофокуса, хочу в завершение сказать еще пару слов о тех факторах, которые так же влияют на его работу:

Светосила объектива. Здесь все как всегда, чем выше светосила, тем лучше работает автофокус.

Фокусное расстояние. Здесь все достаточно запутано, но если в двух словах, то чем больше фокусное, тем виднее любой промах автофокуса. Кроме этого есть шевеленка, дыхание и прочие факторы. Делаю вывод, чем длиннее фокусное расстояние, тем хуже работает автофокус.

Детализация и освещенность изображения. Чем меньше деталей и света в зоне точки фокусировки, тем хуже работает автофокус.

Сам фотограф , а точнее ваше умение пользоваться своей техникой. Если человек умело обращается, то все работает, если же небрежно и не правильно, то даже самая современная система автофокуса будет промахиваться.

Самое главное в вашей работе с автофокусом – это практика. Правильный взвешенный подход к работе автоматики даст вам возможность быстро и качественно фокусироваться. Что собственно и необходимо.

Успешных вам фотографий!

В этой статье изложена информация про автофокус в зеркальных цифровых камерах, о том, какого вида он бывает, как его использовать, и что делать с его неполадками (и как их определить).

Что такое автофокус фотоаппарата

Автофокусом фотоаппарата называют устройство автоматической наводки объектива на объект съемки. Для обозначения автофокуса используют международную аббревиатуру AF, которую можно встретить в названиях автофокусных объективов (о них ниже) и в меню настроек фотоаппарата.

Как работает автофокус

Все очень просто: в зависимости от типа фокусировки камера считывает определенным способом данные о том, что видно в объектив. Затем эти данные анализируются и, при необходимости, камера посылает команды мотору автофокуса, расположенному в объективе. Данный мотор двигает блок линз и производит фокусировку с поправкой, которую требует камера. Данный процесс повторяется, пока фотоаппарат не решит, что фокусировка достигнута.

Та самая «отвертка» на байонете фотоаппарата Nikon

Примечание: некоторые фотоаппараты фирмы Nikon имеют фокусировочный мотор, который расположен в самой камере. Данные фотоаппараты в простонародье называют «тушки с моторами», а сам механизм такой фокусировки - «отверткой» из-за внешнего сходства. Преимущества «отвертки» в том, что автофокус фотоаппарата будет работать и со старой оптикой советского времени, несмотря на отсутствие фокусировочного мотора в старых объективах. Однако учитывайте, что старая оптика требует доработок, чтобы фотоаппарат Nikon смог фокусироваться на бесконечность, чего не надо делать на фотоаппаратах Canon (так как расстояние между задней линзой объектива и матрицей у Canon ближе к данному значению на старых зеркальных фотоаппаратах).

Контрастный автофокус

Контрастный автофокус является самым простым видом автофокуса в современных зеркальных камерах.

Данный тип автофокуса довольно надежен и основан на простейшем прогоне блока линз вперед-назад, а затем определении позиции, когда изображение на датчике фокусировки было наиболее контрастным (то есть, для большинства случаев, резким). Пример алгоритма работы данного метода афтофокуса показан на анимации.

Из минусов данного метода можно отметить его крайне низкую скорость. Также данный метод работает только если изображение с объектива поступает прямиком на матрицу камеры, то есть зеркало камеры поднято (обычно это происходит при включенном экране предпросмотра Live View).

Фазовый автофокус

Фазовый автофокус является более сложным механизмом, для рассмотрения которого требуется сначала немного понять строение зеркальной камеры. Рассмотрим схему работы камеры изображенную ниже.

Здесь изображение попадает на зеркало, откуда оно перенаправляется вверх и попадает в видоискатель с помощью переотражения от пентапризмы (ее нет на этой схеме выше). Но вся суть в том, что зеркало камеры немного не обычное, оно устроено так, что в определенной области по центру зеркала свет проникает и сквозь него, где этот свет уже ждет другое маленькое зеркало, которое направляет центральную часть изображения вниз, прямо на датчики фазового автофокуса. Если перевести включенную камеру в режим Live View и поднять таким образом зеркало, можно увидеть углубление под тем местом, где было зеркало - именно там расположены эти датчики.

Датчики фазового автофокуса работают следующим образом: свет из разных участков изображения попадает на разделители луча (см. на схеме), откуда уже пара лучей через линзы попадает на датчик. Датчик представляет собой пару светочувствительных сенсоров. Суть в том, что когда изображение в фокусе (то есть на разделителе лучи от изображения сходятся в одну точку), на паре сенсоров датчика данные лучи попадают точно в центр. Преимущество данного метода в том, что заранее видно, в какую сторону надо поправить фокусировку, чтобы лучи попали в центр датчика, и более того, насколько велика текущая погрешность.

Отсюда преимущество фазового автофокуса: высокая скорость работы.

Однако для точной работы такого автофокуса нужно чтобы расстояние от объектива до матрицы было точно таким же, как от объектива до разделителей луча. Поэтому есть и недостатки: механизм требует тонкой настройки датчиков фокусировки и/или отражающего зеркала , угол наклона которого может сильно влиять на работу данного механизма. Неправильная настройка может привести к бракованным снимкам в связи с постоянной неточной фокусировкой.

Гибридный автофокус

В современных зеркальных фотоаппаратах продвинутого уровня и беззеркальных камерах встречается гибридный автофокус, который совмещает в себе все плюсы предыдущих способов фокусировки. В данном случае фокусировка производится по матрице, которая уже сама по себе имеет датчики фазового автофокуса в точках фокусировки. Благодаря этому достигается скорость фазового автофокуса и точность контрастного , который в данном случае слегка «доводит» фокусировку до самого точного значения после того как отработали фазовые датчики.

При этом камера может анализировать картинку с матрицы и фокусироваться в интеллектуальных режимах на самых значительных для сюжета частях кадра (например, на лица людей в кадре). Наличие такого автофокуса смотрите в описании конкретной модели фотоаппарата, которую хотите приобрести или уже имеете в наличии.

Неполадки автофокуса

Процесс исправления неполадок объектива и/или фотоаппарата при плохой работе автофокуса называется юстировкой. Юстировка (от немецкого justieren «вымерять») - процесс выравнивания конструктивных элементов вдоль какой-либо оси, в более узком смысле применимо к фотографии это тонкая настройка объектива либо механизмов фотоаппарата.

Юстировка объектива

Довольно часто причиной неточной работы автофокуса зеркального фотоаппарата является неполадка в объективе. Чтобы убедиться, что дело именно в объективе, следует проверить работу автофокуса с другим объективом: если с другим объективом фотоаппарат фокусируется точно, то проблема скорее всего действительно в объективе и его нужно нести на юстировку в сервисный центр.

Юстировка фотоаппарата

Иной раз источником неполадки является сам фотоаппарат, а вернее - фазовые датчики автофокуса. Как уже упоминалось ранее, данный механизм склонен к поломкам при малейшей неточности (расстояние отзадней линзы объектива до фазовых датчиков должно максимально точно совпадать с расстоянием от задней линзы объектива до матрицы).

Чтобы проверить фотоаппарат, следует опять же взять другой объектив и проверить его на точность. Если и с другим объективом автофокус фотоаппарата постоянно «мажет», то можно смело нести фотоаппарат на юстировку. Либо оба объектива, хе-хе. Нет, ну если второй объектив, который Вы одолжили, например, у друзей, работает на их фотоаппарате нормально, значит проблема в Вашем фотоаппарате.

Следует знать, что в сервисном центре могут отъюстировать Ваши фотоаппарат и объективы друг под друга, поэтому можно приносить фотоаппарат со всей Вашей оптикой. Обычно в хорошем сервисном центре хранится идеально отъюстированный эталонный фотоаппарат, и такой же объектив, собственно объективы юстируются на таком фотоаппарате, а фотоаппараты - на таком эталонном объективе. Либо Вам могут отъюстировать Ваш фотоаппарат под Ваш же объектив, но это не очень надежно если Вы рассматриваете вопрос о расширении своего парка объективов.

Также следует помнить, что в продвинутых зеркальных камерах присутствует опция настройки фазового автофокуса для каждого из автофокусных объективов. То есть Вы программно задаете фотоаппарату команду, что, мол, «вот с этим объективом делай поправку на автофокус поближе, а на этом - подальше». Как определить правильность поправки, которую Вы задали - ниже.

Определение характера неполадок автофокуса: фронт-фокус и бэк-фокус

Для определения поправки в опциях фотоаппарата (да и просто для диагностики неполадок автофокуса) следеут знать, что неправильная работа автофокуса делится на два вида: «недолет» и «перелет» фокуса (фронт-фокус и бэк-фокус соответственно). Для определения данного дефекта можно воспользоваться специальными мишенями юстировки автофокуса , коих в Интернете предостаточно. Их следует распечатать и фокусироваться по центру такой мишени. Перед этим не забудьте полностью расфокусировать фотоаппарат куда-нибудь вдаль или вблизь, чтобы ему не было «поблажек» при попытке фокусировки на мишень.

Лично из своего опыта скажу, что автофокус моего фотоаппарата практически одинаково «недолетал» до цели фокусировки на обоих объективах, что четко говорило о проблеме фронт-фокуса с датчиками фазового автофокуса. Пришлось нести на юстировку.

Следите за используемой точкой фокусировки. Обычно это центральная точка, однако, в настройках ее можно поменять на любую другую точку/группу точек, и тогда фотоаппарат может, например, пытаться фокусироваться по левой части кадра, в то время когда Вы расположили главный объект съемки по центру или справа.

Ищите контрастные объекты в зоне фокусировки. Дело в том, что любой автофокус не поймет, что Вы от него хотите, если будете фокусироваться на идеально (белый/черный/любой другой цвет) объект без какой-либо фактуры и деталей.

При отсутствии подходящих контрастных объектов наводитесь на равноудаленный контрастный объект , а затем кадрируйте кадр (переносите взор фотоаппарата туда, куда Вам изначально хотелось). Данный метод очень спасает в сложных ситуациях, например иногда легче сфокусироваться не на идеально голубое небо по центру кадра, а на край облачка слева, а затем заново перенести идеальный голубой фон в центр кадра. На близких дистанциях данный метод используйте аккуратно, так как, например, расстояние от камеры до лица близко стоящего человека сильно отличается от расстояния от камеры до его ног.

Для очень динамичных сюжетов следует использовать следящий режим автофокуса (в Canon он называется servo focus). В данном режиме камера будет периодически посылать камере сигналы на фокусировку, таким образом повышая Ваши шансы на получение сфокусированного на предмете съемки снимка. Я, например, активно использовал данную опцию при макросъемке работающих шмелей, которые не останавливаются на одном месте более чем на одну секунду. Хотя для макро съемки любой автофокус годится плохо (об этом ниже), и у меня вышло очень мало не забракованных кадров, а для съемки, допустим, велосипедиста, который едет Вам навстречу - это самое то!

Интеллектуальный режим автофокуса сам выберет за Вас точки фокусировки. По моим наблюдениям, мой фотоаппарат в данном режиме выбирает ближайший наиболее светлый объект и активирует точки фокусировки, которые он покрывает. Данный режим предназначен для тех, кто совсем уж не хочет париться с автофокусом =).

Для съемки макро с большим увеличением автофокус противопоказан , так как глубина резкости обычно настолько мала, что камера не может ее «словить». Таким образом объектив начинает ездить туда-сюда в поисках фокуса. Вы и сами поймете, что снимать макро руками удобнее, хоть и не легко. Более того, для крупного макро снимка легче наводиться не фокусировкой, а просто перемещая камера ближе-дальше от объекта съемки.

Расширение возможностей автофокуса фотоаппаратов Canon

Для того, чтобы расширить возможности автофокуса (и не только) советую поставить прошивку Magic Lantern . При установке возможно потребуется обновить прошивку Вашей модели фотоаппарата до последней версии, загрузив ее с официального сайта Canon. Затем следуйте инструкциям по установке Magic Lantern .

Сразу скажу, что для владельцев Nikon или других марок фотоаппаратов существуют аналогичные прошивки, их список Вы можете найти .

В Magic Lantern доступны программные сценарии использования автофокуса, такие как:

• ловушка автофокуса (focus trap): фотоаппарат автоматически делает снимок при попадании в зону резкости какого-либо движущегося объекта, например птицы;
• паттерны точек фокусировки: теперь Вы может выбрать не только одиночные точки автофокуса или все сразу, но и отдельные группы (все верхние, нижние, правые, левые и т.д.);
• следящий автофокус (follow focus): ручное управление автоматическим фокусом с постоянной скоростью, может быть полезно при зависи видео с движущимся на Вас/от Вас объектом съемки;
• перемещение фокуса (rack focus): то же самое, но целиком автоматизированный процесс, выбираем начальную дистанцию фокусировки, конечную - и вперед!
• брекетинг по фокусу (focus stacking): крайне полезная опция для фотографирования макро, позволяет сделать несколько снимков со смещением дистанции фокусировки, в последствии Вы можете совместить данные фотографии в любом популярном фото-редакторе в одну фотографию с огромной для макросъемки глубиной резкости и детализацией.

Заключение

Автофокус фотоаппарата - непростая тема, в которой хорошо разобраться «с одного пинка» не получится, тем более если у Вас возникли какие-то неполадки. Если у Вас получаются размытые фотографии на зеркалке, то перед тем как нести камеру в сервис советую . Если данные в ней советы помогли Вам добиться высокой четкости снимков при ручной фокусировке или фокусировке по экрану (контрастная), а автоматическая фокусировка через видоискатель (фазовая) так и продолжает промахиваться, смело несите камеру в сервисный центр!

Статьи и Лайфхаки

Фазовый автофокус в современном смартфоне, или, как его называют в англоязычных спецификациях, PDAF, является наиболее актуальной системой фокусировки.

Несмотря на имеющиеся недостатки, он обеспечивает наилучшее качество снимков в большинстве случаев. Рассмотрим поближе, как работает эта технология.

Устройство и принцип действия

Величина этого расхождения позволяет процессору камеры оценить, насколько сместить линзы, чтобы сфокусировать оптическую систему на объекте.

Технически это выглядит следующим образом. В фотосенсор камеры встраиваются специальные датчики, на которые и направляются лучи из разных участков объектива.

Система корректирует положение линз до тех пор, пока световые пучки не будут сведены в точку.

В фотоаппаратах может использоваться до нескольких десятков таких датчиков, в смартфонах их несколько меньше.

Достоинства фазового автофокуса

Важно и то, что следящий автофокус, сопровождающий объекты по всему полю кадра, работает существенно лучше. Это достигается за счет использования не одного, а целой группы датчиков.

Недостатки

1. Основным минусом является высокая сложность подобной системы. Все элементы аппаратной части должны быть очень точно согласованы, в противном случае не получится требуемой точности.

   Не менее важно и программное обеспечение, требующее достаточного количества системных ресурсов.

2. Другая проблема – зависимость точности работы системы от светосилы объектива и условий освещения.

   Обычно датчики покрывают не всю поверхность кадра, а располагаются ближе к центру, в результате чего возможна недостаточная точность фокусирования на периферии снимка.

Альтернатива

Электроника оценивает контрастность отдельных деталей и последовательно подстраивает фокус.

Главный минус – очень медленная скорость работы таких систем: в самом тяжелом случае фокусировка может занимать до 2-3 секунд. Это приводит к смазыванию объектов на снимках.

Недавняя новинка – , использующий тот же принцип, что и оптические дальномеры.

Он не зависит от освещенности, работает еще быстрее, чем фазовый, но действует на очень коротком расстоянии. Поэтому при съемке объектов, удаленных более чем на 3-4 м система переключается на использование других типов фокусировки.

В заключение

А специализированные программные алгоритмы с использованием искусственного интеллекта, появившиеся в последнее время, дополнительно повышают качество его работы.

Но, хотя в смартфонах используются более простые технические решения, чем в зеркальных фотоаппаратах, они всё же недостаточно дешевы, чтобы вытеснить другие виды фокусировки.