Автофокусировка (или АФ ) оптическая система использует датчик , а систему управления и двигатель с акцентом на качестве автоматически или вручную выбранной точке или области. Электронный дальномер имеет дисплей вместо двигателя; регулировку оптической системы необходимо производить вручную до появления индикации. Методы автофокуса различаются по типу как активные , пассивные или гибридные.
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 фотоаппаратов используются оптические датчики, проходящие через объектив , с отдельным массивом датчиков, обеспечивающим замер освещенности , хотя последний может быть запрограммирован так, чтобы его измерение было приоритетным в той же области, что и один или несколько датчиков автофокусировки.
Оптическая автофокусировка через объектив теперь часто выполняется быстрее и точнее, чем может быть достигнута вручную с помощью обычного видоискателя, хотя более точной ручной фокусировки можно добиться с помощью специальных аксессуаров, таких как фокусирующие лупы. Точность автофокуса в пределах 1/3 глубины резкости (DOF) при самой широкой диафрагме объектива обычна для профессиональных зеркальных фотоаппаратов с автофокусом.
Большинство многосенсорных AF-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 сервоприводом AI , а в камерах Nikon - «непрерывной фокусировкой».
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 настройка оптической системы по-прежнему выполняется вручную.
Скорость системы автофокусировки сильно зависит от самой широкой диафрагмы, предлагаемой объективом при текущем фокусном расстоянии. F-остановка в окрестностях ф / 2 к й /2.8 , как правило , считается оптимальным с точкой зрения скорости фокусировки и точности. 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 будут надежно выполнять автофокусировку только с объективами с самой широкой диафрагмой не менее f / 5,6, в то время как профессиональные модели часто могут справиться с объективами с самой широкой диафрагмой f / 8, что особенно полезно для объективов, используемых в сочетании с телеконвертеры . [ необходима цитата ]
История [ править ]
Между 1960 и 1973 годами Лейтц (Leica) [1] запатентовал ряд автофокусных и соответствующих сенсорных технологий. На выставке photokina 1976 Leica представила камеру Correfot, основанную на своей предыдущей разработке, а в 1978 году она представила зеркальную камеру с полностью работоспособным автофокусом. Первой серийной автофокусной камерой была Konica C35 AF , простая модель « наведи и снимай», выпущенная в 1977 году. Polaroid SX-70 Sonar OneStep была первой автофокусной однообъективной зеркальной камерой , выпущенной в 1978 году. Pentax ME-F , который использовал датчики фокусировки в корпусе камеры в сочетании с моторизованным объективом , стал первым автофокусом 35 мм.SLR в 1981 году. В 1983 году Nikon выпустила F3AF , свою первую камеру с автофокусом, которая была основана на концепции, аналогичной ME-F. Minolta 7000 , выпущенный в 1985 году, был первым SLR со встроенной системой автоматической фокусировки, то есть как датчики автофокусировки и приводной двигатель были размещены в корпусе камеры, а также интегрированная авансовый фильм моталки - который должен был стать стандартной конфигурацией для зеркальных фотоаппаратов этого производителя, а также Nikon отказались от своей системы F3AF и интегрировали в корпус мотор-автофокус и датчики. Канон, однако, вместо этого решили разработать свою систему EOS с моторизованными объективами. В 1992 году компания Nikon вернулась к использованию двигателей со встроенными объективами, выпустив линейку объективов AF-I и AF-S; сегодня их зеркальные фотокамеры начального уровня не имеют мотора фокусировки в корпусе из-за большого количества доступных объективов с внутренними моторами фокусировки .
Активный [ править ]
В этом разделе не процитировать любые источники . ( Март 2014 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон ) |
Системы активной автофокусировки измеряют расстояние до объекта независимо от оптической системы, а затем настраивают 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. Компактные камеры, включая Nikon 35TiQD и 28TiQD, Canon AF35M , Contax T2 и T3, как и ранние видеокамеры, использовали эту систему. Новый подход, включенный в некоторые потребительские электронные устройства, такие как мобильные телефоны, основан на принципе времени пролета , который включает в себя направление лазерного или светодиодного света на объект и расчет расстояния на основе времени, которое требуется для освещения. путешествие к теме 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 [2] устройствах.
Исключением из двухэтапного подхода является механическая автофокусировка, предусмотренная в некоторых увеличителях, которые регулируют объектив напрямую.
Пассивный [ править ]
Системы пассивной автофокусировки определяют правильную фокусировку, выполняя пассивный анализ изображения, поступающего в оптическую систему. Обычно 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 [ править ]
Обнаружение фазы (PD) достигается путем разделения падающего света на пары изображений и их сравнения. Пассивное определение фазы через объектив вторичной регистрации изображения (TTL SIR) часто используется в пленочных и цифровых зеркальных камерах . В системе используется светоделитель (реализованный как небольшая полупрозрачная область главного зеркала, соединенная 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 линзы. Затем два изображения анализируются на предмет аналогичных рисунков интенсивности света (пики и спады), и вычисляется ошибка разделения, чтобы определить, находится ли объект в переднем фокусе или в положении заднего фокуса . Это дает направление и оценку необходимого количества движения кольца фокусировки. [3]
PD AF в режиме непрерывной фокусировки (например, «AI Servo» для Canon , «AF-C» для Nikon , Pentax и Sony ) представляет собой процесс управления с обратной связью . PD AF в режиме фиксации фокуса (например, «One-Shot» для Canon , «AF-S» для Nikon и Sony ) широко считается управлением с разомкнутым контуром «одно измерение, одно движение».процесса, но фокусировка подтверждается только тогда, когда датчик автофокусировки видит объект в фокусе. Единственные очевидные различия между этими двумя режимами заключаются в том, что режим блокировки фокуса останавливается при подтверждении фокуса, а режим непрерывной фокусировки имеет прогностические элементы для работы с движущимися целями, что предполагает, что это один и тот же процесс с обратной связью. [4]
Хотя датчики автофокусировки , как правило , одномерные фоточувствительные полоски (всего несколько пикселей в высоту и несколько десятков шириной), некоторые современные камеры ( Canon EOS-1V , Canon EOS-1D , Nikon D2X ) область функция TTL SIR [ править ] датчики, имеют прямоугольную форму и обеспечивают двумерные диаграммы интенсивности для более детального анализа. Точки фокусировки крестового типа имеют пару датчиков, ориентированных под углом 90 ° друг к другу, хотя для работы одного датчика обычно требуется большая диафрагма, чем для другого.
Некоторые камеры ( Minolta 7 , Canon EOS-1V , 1D , 30D / 40D , Pentax K-1 , 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 выше). Повышенная точность достигается за счет более широкой эффективной измерительной базы «дальномера».
Обнаружение контраста [ править ]
Автофокусировка с обнаружением контраста достигается путем измерения контраста (зрения) в поле сенсора через линзу . Разница в яркости между соседними пикселями сенсора естественно увеличивается при правильной фокусировке изображения. Таким образом, оптическая система может регулироваться до тех пор, пока не будет обнаружен максимальный контраст. В этом методе автофокусировка вообще не включает фактическое измерение расстояния. Это создает серьезные проблемы при отслеживании движущихся объектов , поскольку потеря контрастности не указывает на направление движения к камере или от нее.
Автофокусировка с обнаружением контраста - распространенный метод в цифровых камерах , в которых отсутствуют затворы и зеркала заднего вида. Большинство зеркальных фотокамер используют этот метод (или гибрид контрастного и фазового автофокуса) при фокусировке в своих режимах просмотра в реальном времени. Заметным исключением являются цифровые камеры Canon с Dual Pixel CMOS AF. В беззеркальных камерах со сменными объективами обычно используется автофокусировка с измерением контраста, хотя определение фазы стало нормой для большинства беззеркальных камер, что дает им значительно лучшие характеристики отслеживания автофокуса 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 перемещал точку фокусировки быстро и прямо в новое положение, автофокусировка с определением контраста вместо этого использует линзы, которые могут быстро перемещаться по диапазону фокусировки, останавливаясь точно в точке, где обнаруживается максимальный контраст. Это означает, что линзы, предназначенные для определения фазы, часто плохо работают с корпусами камер, в которых используется определение контраста.
Вспомогательная лампа [ править ]
Вспомогательный свет (также известный как подсветка АФ) «активирует» системы пассивной автофокусировки в некоторых камерах в условиях низкой освещенности и низкой контрастности . Лампа излучает видимый или инфракрасный свет на объект, который используется системой автофокусировки камеры для достижения фокусировки.
Многие камеры и почти все мобильные телефоны [a] с камерой , не имеющей специальной вспомогательной лампы автофокусировки, вместо этого используют встроенную вспышку, освещая 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. Подобные стробоскопические вспышки иногда используются 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. Еще один 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 .
Гибридный автофокус [ править ]
Этот раздел требует дополнительных ссылок для проверки . ( Январь 2018 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
В гибридной системе автофокусировки фокусировка достигается сочетанием двух или более методов, таких как:
- Активные и пассивные методы
- Обнаружение фазы и измерение контраста
Двойное усилие обычно используется для взаимной компенсации внутренних недостатков различных методов с целью повышения общей надежности и точности или для ускорения функции автофокусировки.
Редким примером ранней гибридной системы является комбинация активной инфракрасной или ультразвуковой системы автофокусировки с пассивной системой определения фазы. Инфракрасная или ультразвуковая система, основанная на отражении, будет работать независимо от условий освещения, но ее легко обмануть препятствиями, такими как оконные стекла, а точность обычно ограничивается довольно ограниченным числом шагов. Фазовый автофокус без проблем «видит» сквозь оконные стекла и намного точнее, но он не работает в условиях низкой освещенности или на поверхностях без контрастов или с повторяющимися узорами.
Очень распространенным примером комбинированного использования является система автофокусировки с определением фазы, используемая в однообъективных зеркальных камерах с 1985-х годов. Пассивный автофокус с определением фазы требует некоторого контраста для работы, что затрудняет использование в условиях низкой освещенности или на ровных поверхностях. Подсветка АФ будет освещать сцены и проект контрастные узоры на ровных поверхностях, так что фаза обнаружения автофокус может работать в таких условиях , а также.
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 автофокусировки с определением фазы зависит от ее эффективной основы измерения. Если база измерения большая, измерения будут очень точными, но могут работать только с объективами с большой геометрической апертурой (например, 1: 2,8 или больше).Даже с высококонтрастными объектами фазовый автофокус вообще 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). Однако это снижает внутреннюю точность системы автофокусировки, даже если используются светосильные линзы. Поскольку эффективная основа измерения является оптическим свойством реальной реализации, ее нелегко 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 может работать с высокой точностью независимо от светосилы объектива; фактически, пока выполняется это условие, он может работать даже с остановленным объективом. Кроме того, поскольку контрастный AF продолжает работать в режиме остановки, а не только в режиме открытой диафрагмы, он невосприимчив кошибки смещения фокуса на основе диафрагмыСистемы фазовой автофокусировки страдают, поскольку не могут работать в остановленном режиме. Таким образом, контрастная автофокусировка делает ненужной произвольную точную настройку фокуса пользователем. Кроме того, контрастная автофокусировка невосприимчива к ошибкам фокусировки из-за поверхностей с повторяющимся узором, и они могут работать по всему кадру, а не только рядом с центром кадра, как это делает фазовый автофокус. Однако недостатком является то, что контрастная автофокусировка - это итеративный процесс с обратной связью, заключающийся в быстром последовательном смещении фокуса вперед и назад. По сравнению с фазовой автофокусировкой, контрастная автофокусировка работает медленнее, поскольку скорость процесса итерации фокуса 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.для компенсации ошибок сдвига фокуса на основе диафрагмы и для продолжения работы с остановленными объективами, например, в режиме измерения с остановкой или видео.
Последние разработки в области беззеркальных камер стремятся интегрировать датчики фазовой автофокусировки в сам датчик изображения. Как правило, эти датчики с определением фазы не так точны, как более сложные автономные датчики, но, поскольку точная фокусировка теперь выполняется за счет 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 Super CCD EXR камеры . [5] В настоящее время он используется Fujifilm FinePix Series, [6] Fujifilm X100S, Ricoh , Nikon 1 series , Canon EOS 650D / Rebel T4i и Samsung NX300 .
Сравнение активных и пассивных систем [ править ]
Активные системы обычно не фокусируются через окна, так как звуковые волны и инфракрасный свет отражаются стеклом. С пассивными системами это, как правило, не проблема, если только окно не испачкано. Точность активных систем автофокусировки часто значительно ниже, чем у пассивных.
Активные системы также могут не сфокусировать объект, находящийся очень близко к камере (например, макросъемка ).
Пассивные системы могут не 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 автофокусировки, чтобы позволить камере сфокусироваться.
Система активной автофокусировки через инфракрасный порт - Canon AF35M (1979)
Ранняя система пассивной автофокусировки, интегрированная в объектив с Pentax ME-F (1981)
Современная (2014 г.) однообъективная зеркальная камера с автофокусом
Фокус ловушки [ править ]
Метод, по-разному называемый ловушкой фокусировки , ловушкой фокусировки или захватом в фокусе, использует автофокусировку, чтобы сделать снимок, когда объект перемещается в фокальную плоскость (в соответствующей фокусной точке); это можно использовать для получения сфокусированного снимка быстро движущегося объекта, особенно при съемке спорта или дикой природы, или, в качестве альтернативы, для установки «ловушки», чтобы снимок мог быть сделан автоматически без присутствия человека. Это делается с помощью автофокуса для обнаружения, но не установки фокуса - с помощью ручной фокусировки для установки фокуса (или переключения в ручной режим после установки фокуса), но затем с использованием приоритета фокусировки.для обнаружения фокусировки и спуска затвора только тогда, когда объект находится в фокусе. Эта техника работает путем выбора настройки фокуса (выключение автофокуса), затем установки режима съемки на «Покадровый» (AF-S) или, более конкретно, приоритета фокусировки, а затем нажатия спуска затвора - когда объект перемещается в фокус, автофокус обнаруживает это (хотя фокус не меняется), и делается снимок. [7] [8] [9]
Первой зеркальной фотокамерой, в которой реализована ловушка фокусировки, была Yashica 230 AF . Фокус с ловушкой также возможен на некоторых камерах Pentax (например, Kx и K-5), Nikon и Canon EOS . EOS 1D может делать это с помощью программного обеспечения на подключенном компьютере, тогда 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. [ необходима цитата ] На камерах EOS без подлинной фокусировки ловушки можно использовать прием под названием «почти ловушечный фокус», который позволяет получить некоторые эффекты фокусировки ловушки. [10] Используя специальную прошивку Magic Lantern , некоторые зеркалки Canon могут выполнять фокусировку с ловушкой.
AI Servo [ править ]
AI Servo - это режим автофокусировки, используемый в зеркальных камерах Canon . Тот же принцип используется другими брендами, такими как Nikon , Sony и Pentax , и называется «непрерывная фокусировка» (AF-C). [11] Также называется отслеживанием фокуса , оно используется для отслеживания объекта, когда он движется по кадру или по направлению к камере и от нее. При использовании объектив постоянно фокусируется на объекте, поэтому его обычно используют для спортивной и динамичной фотографии. AI относится к искусственному интеллекту : алгоритмам, которые постоянно предсказывают, где будет находиться объект, на основе данных о его скорости и ускорении от датчика автофокусировки.
Двигатели фокусировки [ править ]
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 модели Nikon DX , не имеют мотора автофокусировки и, следовательно, не могут выполнять автофокусировку с объективами, у которых нет встроенного мотора. Некоторые объективы, такие как модели Pentax DA * , хотя обычно используют встроенный двигатель, могут вернуться к работе с отверткой, когда корпус камеры не поддерживает необходимые контактные штыри.
Заметки [ править ]
- ^ Контрпримерами являются Nokia Lumia 1020 , Samsung Galaxy S4 Zoom и Samsung Galaxy K Zoom .
См. Также [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме автофокусировки . |
- Круговой поляризатор , единственный поляризатор для работы с некоторыми автофокусировками SLR
- Объектив с фиксированным фокусом
- Список совместимых объективов Nikon со встроенным мотором автофокусировки
- Ручная коррекция фокусировки
- Камера светового поля, камера , которая позволяет фокусироваться на этапе постобработки
Ссылки [ править ]
- ^ "LFI - Leica Fotografie International" . Архивировано из оригинала на 2009-06-21 . Проверено 15 мая 2009 .
- ^ Фрике, Дирк; Денкер, Евгения; Гератизаде, Аннис; Верфель, Томас; Вольвебер, Мерве; Рот, Бернхард (28 мая 2019 г.). «Бесконтактный дерматоскоп с ультраярким источником света и функцией автофокусировки на основе жидких линз» . Прикладные науки . 9 (11): 2177. DOI : 10,3390 / app9112177 .
- ^ «Nikon - Технология - Система слежения за фокусом» . Архивировано из оригинала на 2013-11-12 . Проверено 12 ноября 2013 .
- ^ "Busted! Миф об автофокусе с разомкнутым контуром" .
- ↑ Fujifilm представляет Powerhouse с 15-кратным увеличением и съемкой с цифровой камеры: FinePix F300EXR , Fujifilm, США.
- ^ «Fujifilm выпускает высококлассные суперзумы FinePix HS50EXR и HS35EXR» . Проверено 8 июня 2013 года .
- ^ Trap фокус для Nikon пользователей , Кеннет Уильям Caleno, 28 января 2009
- ↑ Как снимать спорт , Кен Роквелл, 2006 г.
- ↑ Focus Trap или Catch In Focus , 4 апреля 2009 г.
- ^ EOS Документация: Почти Trap Фокус архивации 18 августа 2010, в Wayback Machine , Джулиан Loke
- ^ "Статьи с меткой" узнать ": Обзор цифровой фотографии" .
Внешние ссылки [ править ]
- интерактивная Flash-демонстрация, показывающая, как работает автофокус с определением фазы.
- интерактивная демонстрация Flash, показывающая, как работает автофокус с определением контраста.
- Как работает материал - Автофокус
- Объяснение автофокусировки Canon EOS DSLR
