Автофокус фотоаппарата. Определение, типы, принцип работы

Введение

Система автофокусировки, которая в той или другой модификации содержится в большинстве сегодняшних фотокамер, позволяет значительно сэкономить время. В большинстве случаев, это помогает улучшить качество снимаемых кадров.

В этой статье вы познакомитесь с двумя самыми распространенными видами автофокуса, и узнаете, как определить, какой тип автофокусировки используется в вашем фотоаппарате. Вы также найдете некоторые ценные советы по предупреждению основных причин размытости фотографий при использовании системы автофокусировки.

Что такое автофокус?

Автофокус (AF) действительно можно назвать производительным фокусом, так как он часто использует компьютер для запуска миниатюрных двигателей, которые фокусируют объектив. Фокусировка представляет собой перемещения объектива вперед и назад для достижения самого резкого изображения объекта, которое проецируется на светочувствительный элемент. В зависимости от того, насколько предмет съемки удален от камеры, объектив должен быть выставлен на определенное расстояние от матрицы для формирования четкого изображения.

В большинстве современных фотокамер автофокус является одним из составляющих набора автоматических функций, которые работают вместе, чтобы сделать фотосъемку как можно проще. Эти возможности включают:

• Автоматическая вспышка

• Автоматическая экспозиция

Есть два типа систем автофокусировки: активный и пассивный. Некоторые фотоаппараты могут иметь сочетание обоих типов, в зависимости от их цены. В общем случае, в менее дорогих “мыльницах” используются активные системы, а более дорогие зеркальные камеры, имеющие сменные объективы, используют пассивные системы.

Активный автофокус

В 1986 году корпорации Polaroid воспользовалась формой звуковой навигационной дальнометрии (SONAR), наподобие той, какую подводная лодка использует под водой, чтобы пеленговать звуковую волну от объекта. Камера Polaroid использовала излучатель ультравысокочастотного звука, а затем ловила эхо. Polaroid Spectra, а позднее и модели ряда SX-70, вычисляли количество времени, которое требуется отраженному звуку ультразвуковых волн для достижения камеры, а затем соответственно корректировали позицию объектива. Такое использование звука имеет свойственные ему ограничения – к примеру, если вы попытаетесь производить съемку внутри автобуса с закрытыми окнами, то звуковые волны будут отражаться от окна вместо предмета съемки и фокус объектива будет выставлен неправильно.

Эта система Polaroid является классической активной системой. Она называется «активной», потому что камера что-то излучает (в данном случае звуковые волны) с тем, чтобы определить расстояние от предмета до камеры.

Активный автофокус фотоаппарата сегодня использует инфракрасный сигнал вместо звуковой волны, что позволяет точнее определять расстояние для предметов, находящихся в радиусе 20 футов (6 м) такой камеры. Инфракрасные системы используют различные методы измерения дистанции. Типовые системы могут использовать:

• Триангуляцию

• Сложение инфракрасного света, отраженного от объекта съемки

• Время

Например, один из патентов описывает систему, которая отражает инфракрасный импульс света от объекта и по интенсивности отраженного света судит о расстоянии. Инфракрасный метод является активным, потому что система автофокусировки всегда посылает импульсы невидимой инфракрасной лучистой энергии в режиме фокусировки.

Нетрудно представить себе такую систему, в которой камера посылает импульсы инфракрасного света, наподобие как камеры Polaroid посылают импульсы звука. Предмет съемки отражает невидимые инфракрасные лучи обратно в камеру, и микропроцессор камеры вычисляет разницу во времени между моментом посылки исходящих импульсов инфракрасного света и моментом получения входящих инфракрасных импульсов. Используя эту разницу, микропроцессорная схема сообщает двигателю фокусировки, каким образом перемещать объектив и как далеко его выдвигать. Этот процесс фокусировки повторяется снова и снова, пока пользователь камеры держит кнопку спуска утопленной наполовину. Единственное различие между этой системой и ультразвуковой системы является скорость импульса. Ультразвуковые волны движутся со скоростью сотни миль в час, а движение инфракрасных волн составляет сотни тысяч километров в секунду.

Инфракрасное зондирование может сопровождаться определенными проблемами. Например:

• Источник инфракрасного света от открытого огня (свечи на торте ко дню рождения, например) может сбить с толку инфракрасный датчик.

• Поверхность черного объекта может поглощать исходящий инфракрасный луч.

• Инфракрасный луч может отскочить от чего-то, находящегося перед объектом, прежде чем достигнет самого объекта.

Одним из преимуществ активной системы автофокусировки является то, что она работает в темноте, делая съемку со вспышкой гораздо проще.

На любой камере, использующей инфракрасную систему, можно увидеть и инфракрасный излучатель, и приемник на передней панели камеры, как правило, рядом с видоискателем.

Чтобы использовать инфракрасную фокусировку эффективно, убедитесь, что излучатель и датчик имеют четкий путь от и до снимаемого объекта, и он не заблокирован находящимся поблизости забором или решеткой в клетке зоопарка. Если объект находится не совсем в центре, луч может пройти мимо него и отразиться от нежелательного предмета в отдалении, так что убедитесь, что снимаемый вами объект является центром снимаемой области. Очень яркие предметы или яркий свет может затруднить камере «увидеть» отраженный инфракрасный луч — по возможности избегайте такие объекты.

Пассивный автофокус

Пассивный автофокус, обычно встречающийся на автофокусах зеркальных (SLR) фотокамер, определяет расстояние до объекта съемки путем компьютерного анализа самого изображения. Камера действительно смотрит на сцену и двигает объектив взад и вперед в поисках наилучшего фокуса.

Типичным сенсором автофокуса является прибор с зарядовой связью (ПЗС), который предусматривает ввод алгоритмов вычисления контраста фактических элементов изображения. ПЗС, как правило, представляет собой одиночную полоску из 100 или 200 пикселей. Свет от снимаемой сцены попадает на эту полоску, и микропроцессор анализирует значение каждого пикселя. Нижеследующие изображения помогут понять, что видит камера:


Сцена вне фокуса

Полоса пикселей при отсутствии фокуса

Сцена в фокусе

Полоса пикселей в фокусе

Микропроцессор в камере смотрит на полосу пикселей и анализирует разницу в интенсивности между соседними пикселями. Если сцена не в фокусе, прилегающие пиксели имеют очень близкие интенсивности. Микропроцессор перемещает объектив, смотрит на пиксели ПЗС снова и видит, улучшилась разница в интенсивности между соседними пикселями или ухудшилась. Затем микропроцессор ищет точку, где разница интенсивностей между соседними пикселями максимальна — это точка и есть наилучший фокус. Обратите внимание на разницу в пикселях в двух красных прямоугольниках на рисунках выше: в верхнем окне разница в интенсивности между соседними пикселями является очень незначительной, а в нижнем она гораздо больше. Как раз это-то и ищет микропроцессор во время перемещения дисков объектива взад и вперед.

Пассивный автофокус должен иметь достаточно света и контрастности изображения для того, чтобы выполнять свою работу. Изображение в нем должно быть достаточно детализировано, что обеспечивает контрастность. При попытке сфотографировать пустую стену или большой объект однородного цвета камера не сможет сравнить соседние пиксели, поэтому не сможет сфокусироваться.

При пассивной автофокусировке не существует ограничения расстояния фокусирования, какое есть с инфракрасным лучом активной системы автофокусировки. Пассивный автофокус также работает через поле зрения, поскольку система «видит» предмет через поле зрения, как его видите вы.

Пассивный автофокус системы обычно реагирует на вертикальные детали. Когда вы держите камеру в горизонтальном положении, пассивная система автофокусировки будет иметь сложности со съемкой лодки на горизонте, но никаких проблем с флагштоком или любой другой вертикальной деталью. Если вы держите камеру в обычном горизонтальном режиме, то фокусируйтесь на вертикальном крае лица. Если вы держите камеру в вертикальном режиме, то фокусируйте ее на горизонтальных деталях.

В новых, более дорогих конструкциях фотоаппаратов есть комбинации вертикальных и горизонтальных датчиков для решения этой проблемы. Но эти камеры пока что требуют ручной настройки датчиков для предохранения от смешения на объектах равномерного цвета.

Вы можете увидеть, какую область покрыли датчики автофокусировки камеры, глядя в видоискатель, по маленькой картинке или световому реле на глухой стенке. Перемещайте камеру слева направо и наблюдайте, в какой точке система автофокусировки сбивается.

Как узнать, какая система автофокусировки у камеры?

Посмотрите на тип вашей камеры:

• Если это камера типа “наведи на объект и щелкай” по цене меньше 50 долларов или одноразовая камера широкого потребления, то это определенно камера с фиксированным фокусом без каких-либо систем фокусировки. Объектив такого фотоаппарата имеет фиксированный фокус, который устанавливается на заводе, и он обычно работает лучше всего с расстояния до объекта около 8 футов. Вы можете снимать объект с расстояния не ближе четырех футов такой камерой. Когда вы смотрите через фотокамеру с фиксированным фокусом, вы обычно не видите квадратные скобки, либо круги, какие можно найти в камерах с автофокусировкой. Тем не менее, вы можете встретить на таких фотоаппаратах индикатор готовности вспышки.

• В зеркальных камерах со сменными объективами обычно используется пассивная система автофокусировки.

• В фотокамерах без сменных объективов обычно используются активные ИК-порты, и вы можете видеть излучатель и датчик на передней панели камеры.

Вот небольшой тест, который позволяет узнать, какая система автофокусировки используется в вашей камере (в некоторых камерах могут иметься обе системы):

• Выйдите на улицу и найдите в видоискателе область неба без облаков, линий электропередачи или веток деревьев. Нажмите на кнопку спуска до половины.

• Если у вас индикатор фокуса сигнализирует об успешной наводке на резкость, то в вашей камере активная система автофокусировки.

• Если вы получаете результат «фокус не наведен», то это пассивная система автофокусировки. ПЗС не может найти какого-либо контраста в синем небе, поэтому он “сдается”.

Всегда ли автофокус точен и быстр?

Это действительно так для человека, который использует камеру, чтобы определить, находится ли объект в фокусе. Камера просто помогает вам в принятии этого решения. Двумя основными причинами размытых фотографий, сделанных с помощью автофокусировки камеры, являются:

• Ошибочная фокусировка на фоне, а не на объекте съемки

• Перемещение камеры во время нажатия на кнопку спуска затвора

Ваши глаза имеют быструю автофокусировку! Попробуйте проделать вот этот простой эксперимент: держите свою руку возле вашего лица и сосредоточьте взгляд на ней, а затем быстро посмотрите на что-то мимо нее вдаль. Удаленный предмет будет виден ясно, а ваша рука не будет столь же резкой. Снова посмотрите на руку. Вы увидите, что видимый уголком ваших глаз далекий предмет станет размытым. Ваша камера далеко не столь быстра и точна, поэтому зачастую вы должны ей помогать.

Фиксация фокуса: ключ к фотографиям с наилучшим автофокусом

Пользователь фотоаппарата может часто быть неосведомленным в области работы его системы автофокусировки. Два позирующих человека, расположенные в центре изображение, могут получиться нечеткими, если в фокусе находится область (видимая между двух квадратных скобок), расположенная в середине между этими двумя людьми. Почему? Система автофокусировки камеры при этом в действительности сосредоточена на пейзаже заднего плана, который и является тем, что она и «видит» между двумя людьми.

Решение этой проблемы состоит в том, чтобы переместить объекты съемки вне центра и использовать особенность фиксации фокуса вашей камеры. Как правило, блокировка фокуса срабатывает частичным нажатием кнопки затвора и ее удержанием на время компоновки кадра. Вот пошаговая инструкция:

1. Скомпонуйте кадр таким образом, чтобы объект находится либо в левой, либо в правой его трети. (Это делается для получения приятных для восприятия фотографий.) Вы вернетесь потом на эту позицию.


2. Переместите камеру вправо или влево так, чтобы квадратные скобки в центре видоискателя были на актуальном объекте.



3. Нажмите и удерживайте кнопку спуска до половины, чтобы камера сфокусировалась на объекте. Держите палец на кнопке.

4. Медленно перемещайте камеру туда, где вы компоновали кадр в шаге 1. Нажмите (надавите) кнопку спуска затвора до упора вниз. Для того, чтобы научиться это делать правильно, может понадобиться практика, зато результат будет поразительным!



Вы также можете использовать описанную выше процедуру в вертикальном направлении, например при съемке фотографий с изображением гор или берега на заднем плане.

Когда нужно использовать ручной фокус?

Кольца ручной фокусировки по-прежнему доступны на большинстве зеркальных камер. При съемке животных за решеткой в зоопарке камера с автофокусом может сосредоточиваться на решетке клетки вместо животного. На большинстве камер потребительского класса с автофокусом используйте ручную фокусировку, когда:

• У вас есть зум-объектив на камере с активной автофокусировкой, и ваш объект удален более чем на 25 метров.

• У вас камера с пассивным автофокусом и у предмета съемки мало или почти нет деталей, например, белая рубашка без галстука.

• У вас камера с пассивным автофокусом и снимаемый объект освещен не очень хорошо либо очень яркий, и удален на расстояние более 25 метров.

Автофокус видеокамеры

Автофокус в видеокамеру является пассивной системой, которая использует центральную часть изображения. Хотя это очень удобно для быстрой съемки, автофокус имеет некоторые проблемы:

• Он может быть медленным в реакции.

• Он может осуществлять поиск вперед и назад, тщетно пытаясь сфокусироваться на каком-либо объекте.

• Он имеет проблемы при низком уровне освещенности.

• Он может неправильно фокусироваться, когда снимаемый объект находится не в центре изображения.

• Он изменяет фокус, когда что-то находится между объектом и объективом.

Автофокус видеокамеры работает лучше при ярком свете. Переключайтесь на ручную фокусировку при слабом освещении.

Как увидеть инфракрасный луч с помощью фотокамеры

При помощи простого эксперимента можно «увидеть» инфракрасный луч. Для этого нам понадобится цифровой фотоаппарат с сенсором изображения CCD и пульт дистанционного управления, например, телевизора. Направьте объектив фотокамеры прямо в верхний торец пульта ДУ телевизионного приемника. Нажмите и удерживайте любую кнопку на пульте дистанционного управления, и наблюдайте за его изображением на жидкокристаллическом дисплее фотоаппарата. Вы «увидите» невидимые инфракрасные лучи, идущие от пульта. Так как матрицы изображения CCD чувствительны к инфракрасному излучению, то ваша камера покажет белое пятно там, где находится источник инфракрасного света пульта ДУ. Вот почему секретные агенты могут фотографировать в полной темноте — они освещают предмет съемки яркими инфракрасными лучами. Фотография ниже демонстрирует результат нашего эксперимента:

Инфракрасный луч в пульте дистанционного управления

Инфракрасный луч в пульте дистанционного управления

Оригинал статьи: www.electronics.howstuffworks.com/autofocus.htm. Автор: Gary Brown.

Адаптированный перевод: fotogenius.

11 января 2010
Раздел: Статьи

Связной

Комментарии

2 комментария к "Автофокус фотоаппарата. Определение, типы, принцип работы"

  1. Veronika - Чт, 10 Мар 2016 7:59 

    Как-то кривовато написано, местами даже непонятно. Очень похоже на машинный переводчик.

  2. Veronika - Чт, 10 Мар 2016 8:04 

    А, понятно, написано же — адаптированный перевод. Но все равно — лучше бы немножко доработать перевод.

Есть мнение о написанном в статье? Напишите свой комментарий!