Фазовый автофокус в смартфоне что это
Как работает автофокус в смартфоне?
Как работает автофокус в смартфоне? На этот вопрос нет простого ответа. Нужно разобраться с каждой разновидностью автофокуса, изучить особенности конкретной технологии фокусировки. Только после этого можно делать хоть какие-то выводы. Поэтому сейчас мы поговорим и о разновидностях технологий автоматической фокусировки, и о достоинствах и недостатках каждой из них.
Что такое фокус и автофокус камеры
Тут все просто: линза объектива преломляет лучи и собирает весь свет в одной точке – фокусе. И если в этой точке находится сенсор матрицы, то кадр получается более детализированным и качественным. Естественно этим физическим явлением пользуются все фотографы. Они помещают «в фокус» какую-либо часть кадра, настраивают объектив вручную и акцентируют внимание зрителя на переднем или заднем плане, главном объекте или второстепенной детали. Остальная часть картинки окажется размытой.
Ну а начинающие фотографы могут воспользоваться системой автоматической фокусировки, когда автоматика захватывает «в фокус» один или несколько объектов в кадре, управляя и объективом, и матрицей. И эти объекты (или объект) получаются максимально резкими и детализированными. И никакого мастерства и чувства кадра здесь уже не нужно.
Вероятно, именно поэтому цифровая фотография стала более популярной, чем пленочно-бумажная версия искусства. Ведь автофокус в камере телефона или дешевого фотоаппарата позволяет сделать детальный снимок без лишних усилий. Весь процесс сводится к простому правилу: «наводи и щелкай».
Разновидности автофокусов и базовые принципы их работы
Линза камеры фокусирует лучи, отраженные от предмета, расположенного в пространстве перед объективом. При наведении фокуса камера ориентируется на расстояние до объекта и на интенсивность свечения, исходящего от него. На сегодня существует две разновидности режимов автоматической фокусировки:
Первый (активный) режим использует лазерное инфракрасное или ультразвуковое излучение с известной скоростью распространения волны в воздухе. Модуль-излучатель испускает направленный поток, который отражается от объекта и улавливается модулем приемником через некоторый промежуток времени. Далее вычислитель автофокуса умножает это время на известную скорость распространения волны и делит результат на два, получая точное значение расстояния. Направив излучатель на нужную область, пользователь получает оптимальную фокусировку, ориентируя внимание зрителя именно на этот участок фотографии.
Второй (пассивный) режим устроен несколько иначе. Он использует особые датчики (фотодиоды), измеряющие интенсивность свечения и специальный процессор, который определяет фокус по величине этого параметра. На практике это выглядит вот так: датчики фиксируют интенсивность свечения, далее процессор сдвигает фокус, после этого происходит повторный замер интенсивности, если плотность потока увеличилась, то фокусировка считается приемлемой. Если нет – происходит повторное смещение фокуса. И так до обнаружения максимальной интенсивности. В матрицах серьезных камер присутствует до 40-60 фотодиодов.
На основе этих принципов работают самые известные системы фокусировки: фазовая, лазерная, контрастная и dual-pixel. И далее по тексту мы каждый вариант, оценив попутно их базовые достоинства и недостатки.
Достоинства и недостатки лазерного автофокуса
В этом случае в модель камеры телефона встраивают лазерный излучатель и приемник. Первый генерирует узконаправленный луч, второй принимает отраженный сигнал. В итоге скорость наведения фокуса сокращается до тысячных долей секунды. Обычно речь идет о 250-300 миллисекундах, поскольку лазер распространяется со скоростью света.
Основное достоинство лазерного фокуса – высокая скорость реакции модуля, а основной недостаток – частые сбои. Узконаправленный лазерный излучатель иногда «стреляет» мимо цели, а отраженный сигнал легко теряется, особенно на открытых пространствах. Поэтому лазерный автофокус в камере смартфона в большинстве случаев работает в паре с фазовым или контрастным вариантом наведения.
Особенности фазовой фокусировки
Технология основана на дроблении луча, проходящего сквозь объектив на два потока. Это делается для того, чтобы замерить расстояние между потоками, проходящими сквозь противоположные края объектива. Если это расстояние укладывается в определенные величины, заданные в массиве данных, картинка считается сфокусированной. Для фиксации расстояния используются особые датчики, реагирующие на свет. Их сигналы обрабатываются процессором, который сравнивает считанные параметры с базовым массивом данных и дает сигнал сдвинуть фокус в нужную сторону.
Основное достоинство технологии – готовность поймать в фокус движущийся объект. Кроме того, этот вариант работает быстрее контрастного автофокуса. А еще эту систему можно использовать для подсчета такого параметра, как глубина резкости.
Главный минус фазовой технологии – сложная реализация. Система призм, зеркал, линз требует сверхточной физической юстировки и не менее скрупулезной программной настройки. Кроме того, точность такого фокуса зависит от светосилы объектива, а у мобильных телефонов с этим параметром бывают большие проблемы.
Плюсы и минусы контрастного фокуса
Технология не меняет ни матрицу, ни оптическую систему камеры смартфона. В качестве датчика тут используют либо весь фотосенсор, либо его часть. Процессор считывает текущую гистограмму с сенсора и оценивает контрастность кадра. А потом объективу дается команда сместить фокус, после чего происходит новое считывание гистограммы с переоценкой контрастности. И весь цикл повторяется до достижения максимального уровня контрастности в выбранной области кадра, на которую наводится фокус.
Главное достоинство технологии – это сочетание простоты реализации, дешевизны конструкции и компактных размеров. Такими автофокусами пользуются все производители бюджетных смартфонов.
Ключевой недостаток данного варианта – очень медленная скорость работы. Иногда процессор уходит в режим вечной «охоты за фокусом», которая кончается потерей редкого кадра.
Технология Dual Pixel
Такая технология фокусировки используется в дорогих зеркальных камерах. В мобильных устройствах ее пока применяют лишь во флагманских моделях Samsung, намеренно занижая разрешение фотографической матрицы с одновременным увеличением ее физических габаритов.
На эти ухищрения идет из-за желания привязать к каждому пикселю фотографического сенсора индивидуальный датчик, реагирующий на интенсивность свечения. Потом сигналы от датчиков обрабатывают и по фазовому и по контрастному алгоритму фокусировки, добиваясь не только идеально резкого, но и максимально контрастного изображения.
Если в случае с классическим фазовым фокусом на долю датчиков приходится не более 10% от общего числа пикселей в камере, то в случае с Dual Pixel они делятся в пропорции 50/50. Проще говоря, каждый пиксель является светочувствительным элементом и датчиком одновременно. Данная технология обеспечивает более точную и быструю фокусировку.
Из недостатков Dual Pixel следует отметить очень сложную реализацию подобных решений. Такими фокусами оснащают только флагманские устройства, например, аппараты из S-серии компании Самсунг (от седьмой модели и выше). Нечто подобное есть в последних iPhone (от шестой модели и выше), но у Apple эта технология фокусировки называется Focus pixels, и она ближе к обычному фазовому автофокусу, чем к Dual Pixel.
PDAF автофокус камеры на телефоне — что это такое?
При покупке смартфона или фотоаппарата, стоит задаться вопросом, что такое PDAF. Стоит знать, что дает PDAF, нужно ли оно при съемке фотографий или видеороликов?
При покупке смартфона многие люди придают огромное значение наличию хорошей камеры. Известно, что телефон с камерой, в большинстве случаев, может успешно заменить маленькую цифровую камеру. Сегодня смартфон может предложить запись видео в 4K 60 к/сек, отличную стабилизацию, кодирование H. 265 и, например, PDAF.
Что такое PDAF?
PDAF — это автофокус с определением фазы. Он работает по другому, более продвинутому принципу, чем просто обнаружение контрастности, и в большинстве случаев обеспечивает гораздо более быструю настройку фокуса. PDAF также используется для отслеживания движущихся объектов (так называемый focus tracking). В смартфонах элементом, отвечающим за обнаружение фазы и фокусировку, обычно является светочувствительный датчик — тот же самый, который используется для записи изображения (съемки).
Как работает PDAF?
Технология PDAF в смартфонах использует пары пикселей на сенсоре.Они расположены недалеко друг от друга (так же как человеческие глаза) и могут выявить фазовый сдвиг проецируемого изображения. Чем больше пикселей, тем быстрее и точнее измерение. PDAF работает лучше при съемке или фотографировании объектов в движении.
В некоторых сенсорах с технологией Dual Pixel, например Sony Exmor RS IMX345, используемых в смартфонах Samsung Galaxy Note 9 и выше, в основном все пиксели используются для определения фазы. Это повышает скорость и точность фокусировки — больше пикселей улавливает больше света, поэтому камера может лучше «оценить», как перемещать объектив, чтобы быстро получить четкое изображение. Другими словами, вместо того, чтобы перемещать оптику назад и вперед, пытаясь найти лучшую точку фокусировки, камера может сделать одно точное движение.
Однако стоит добавить, что многие камеры в телефонах могут распознавать как контрастность, так и фазу. Эта комбинация является оптимальной, поскольку обеспечивает не только скорость, но и точность в различных условиях освещения (в том числе и при слабом освещении). Иногда эта система поддерживается отдельным дальномером, который использует инфракрасный свет.
Автофокус в смартфонах: лазерный и контрастный, в чем разница?
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.
Основы фотографии # 5.28.2
Что важно знать об автофокусах?
Назначение
Чтобы изобразить какой-либо объект максимально чётким, его следует навести на резкость или, другими словами, сфокусироваться на нём. 1 Один или несколько объектов, наведённых на резкость, назову снимаемыми объектами.
Чтобы навести объект на резкость, необходимо расположить одну или группу специальных линз объектива на определённом расстоянии от светочувствительного слоя. Таким образом, фокусировка сводится к тому, чтобы отыскать оптимальное положение линз и установить их в найденное положение.
Задача автофокуса – установить линзы так, чтобы заданный объект изобразился максимально чётким.
Современные конструкции автофокуса не только облегчают съёмку и оставляют фотографу больше времени для творчества, но и расширяют человеческие возможности: позволяют навести на резкость точнее и быстрее, чем это может сделать человек, и в тех условиях съёмки, в которых «невооружённый глаз» едва ли видит объект.
Состав
Автофокус – это система фотоаппарата, образованная приводом, перемещающим определённые линзы объектива, программой, определяющей, какое положение линз является оптимальным, и датчиком, который собирает необходимую информацию для программы. По аналогии с человеческим телом рука, вращающая фокусировочное кольцо, играет роль привода, мозг – компьютерной программы, глаза – датчика.
Привод – электрический мотор – располагается либо внутри объектива, либо в корпусе фотоаппарата.
Программа входит в состав прошивки фотоаппарата. Она определяет функциональные возможности и характеристики системы.
Датчиком является либо отдельное оптико-электронное устройство, либо названное устройство плюс выделенный светочувствительный сенсор, «прибавляющий» автофокусу интеллектуальные возможности, либо основной светочувствительный сенсор.
Слаженную работу компонентов гарантирует калибровка фотоаппарата, объектива, выполняемая на заводе изготовителя. Если автофокус работает некорректно, его необходимо откалибровать повторно. Сделать это можно в сервисном центре. С наиболее распространёнными явлениями – неточностью фокусировки, связанной с применением съёмных объективов, (так называемые бэк-фокус и фронт-фокус) и низкой скоростью наведения – пользователь может справиться самостоятельно. Первую проблему решает специальная функция, реализуемая в современных фотоаппаратах со съёмными объективами, вторую проблему – использование моторизированного объектива с более быстрым приводом.
Характеристики
Эффективность автофокуса принято оценивать минимум по трём характеристикам: точности, аккуратности и скорости наведения на резкость.
Точность фокусировки определяет насколько «зоркой» может быть система. Например, если Вы наводите на резкость радужную оболочку глаза Вашей модели, то более точный автофокус позволит получить более чёткое, резкое, изображение глаза, чем менее точный. Значение характеристики зависит от типа системы, качества калибровки и других условий.
Аккуратность фокусировки определяет насколько «стабильной» может быть система. Например, автофокус наводит на резкость наиболее аккуратно, если на десяти снимках одного и того же объекта, он, а не какой-либо другой объект снимаемой сцены, изображается наиболее резким. Зависит от программы и других условий.
Скорость фокусировки определяет насколько быстро система справляется со своей задачей. Эта характеристика имеет первостепенное значение в репортажной фотографии. Зависит от привода, производительности как управляющей программы автофокуса, так и «электронной начинки» камеры.
Функциональные возможности
Помимо автоматического наведения на резкость современные системы способны выбирать снимаемый объект. По сути, автофокус берёт на себя аналитическую функцию: вместо пользователя определяет объект в снимаемой сцене, на котором следует сфокусироваться. Так как компьютер не переживает эмоций – он основывается на статистике снимаемых сюжетов – то нередко выбор автофокуса не соответствует выбору фотографа.
Многие современные конструкции автофокуса могут успешно наводить на резкость как статичные, так и движущиеся объекты. В последнем случае система способна отслеживать траекторию движения и, тем самым, фокусироваться на объектах, перемещающихся спонтанно.
Набор и качество функциональных возможностей зависит от конкретной конструкции системы. Наиболее разнообразными и эффективными функциями обладают новейшие образцы, которые традиционно встраивают в фотоаппараты высшего ценового сегмента.
Ограничения
Как любая сложная система автофокус ошибается: не наводит на резкость вовсе, фокусируется неточно, неаккуратно или выбирает неподходящий для съёмки объект.
Чтобы снизить количество бракованных снимков, избегайте съёмочных условий, в которых конкретная конструкция автофокуса может ошибиться. Также, подбирайте для своих съёмочных задач подходящую фотосистему. Например, не следует ожидать от съёмки спортивных соревнований с помощью камеры, встроенной в мобильное устройство, такого же низкого процента бракованных снимков как в съёмке с фотоаппаратами, предназначенными для репортажной съёмки.
Современные конструкции автофокуса выполняют свои функции, полностью основываясь на оптическом изображении, формируемом объективом. Другими словами, большинство систем в настоящее время являются пассивными. Это основная причина целого ряда ограничений.
1) низкоконтрастный объект, например голубое небо, однотонную стену;
2) в условиях с низкой интенсивностью освещения, например в тёмной комнате или в безлунную ночь;
3) ярко освещённый объект, источник света или отражающую поверхность, например гладкое дорожное покрытие, залитое прямым солнечным светом, лампочку, глянцевую поверхность автомобиля;
4) объект, сильно поглощающий свет, например тёмные волосы или шерсть животного;
5) объекты, расположенные на разном расстоянии от камеры, изображения которых «чередуются», например животное в клетке;
6) объект с повторяющейся текстурой, например многоэтажный бизнес-центр или многоквартирный дом, компьютерная клавиатура, жалюзи, протягивающееся вдоль длинной стороны кадра, узор из светодиодов или других источников света;
7) объект, который занимает в кадре площадь меньшую области (зоны) фокусировки;
8) в условиях изменяющегося освещения, например источник света мерцает, меняет цветовую температуру или характер освещения;
9) объект, освещаемый светодиодной лампой с низкой частотой мерцания, энергосберегающей или флуоресцентной лампой, в съёмке с короткими выдержками; 5
10) объект, изображение которого располагается вблизи края кадра;
11) объект, изображение которого смещается относительно области (зоны) фокусировки из-за «дрожания» камеры;
12) объект, движущийся от или к камере;
13) объект, движущийся быстро относительно кадра;
14) объект, непрерывно изменяющие свои форму и плотность, например дым или пламя;
15) изображение объекта перед началом фокусировки сильно размыто, другими словами, линзы внутри объектива располагаются далеко от оптимального положения;
17) в съёмке со светофильтрами, создающими специальные эффекты, например с насадкой на объектив, превращающей блики в звёздочки.
Если Вы столкнулись с ошибкой автофокуса, выполните одно или несколько действий:
1) Слегка сместите фотоаппарат относительно фокусируемого объекта. Также, попробуйте повернуть камеру в вертикальное (портретное) положение, если Вы снимаете в горизонтальном (пейзажном) положении, затем наведите на резкость, временно отключите (заблокируйте) автофокус, разверните камеру обратно и сделайте снимок;
2) Воспользуйтесь приёмом «сфокусировался – перестроил – сфотографировал» и предварительно наведите на резкость объект-ориентир; 7
3) Чтобы уменьшить «дрожание» фотосистемы, используйте штатив или монопод;
4) Если качество и/или интенсивность освещения затрудняет функционирование автофокуса, осветите снимаемый объект временно с помощью подходящего источника света;
5) Отключите автофокус и наведите на резкость вручную.
Условия 1-7 больше свойственны фазовому и гибридному автофокусам, условия 1-17 – контрастному автофокусу.
Классификация
В настоящее время в цифровой фотографии применяются автофокусы трёх типов: фазовый, контрастный и гибридный.
Конструкции систем, относящихся к разным типам, принципиально различаются в способе, которым определяется оптимальное положение линз.
Фазовый автофокус
Здесь датчик – самостоятельное устройство. В моделях фотоаппаратов высшего ценового сегмента оно дополняется выделенным светочувствительным сенсором, обеспечивающим интеллектуальные функции: распознавание лиц (на англ. face detection), слежение за движущимися объектами (на англ. object tracking) и автоматический выбор снимаемого объекта.
Фазовый автофокус может навести на резкость объект, изображение которого пересекается с точкой (зоной) фокусировки (на англ. AF point) – выделенной частью кадра. Современные системы содержат несколько точек фокусировки, их точное число варьируется от конструкции к конструкции: от десятка до полутора сотен. Другими словами, площадь кадра частично покрывают крошечные области, в которых программа фазового автофокуса измеряет расстояние от фотоаппарата до объекта, чьё изображение охватывается конкретной областью.
Обычно, чем большим количеством точек фокусировки располагает автофокус, тем эффективнее он может наводить на резкость объекты снимаемой сцены, движущиеся поперёк оптической оси объектива, другими словами, вдоль фокальной плоскости, и выбирать снимаемый объект.
По расположению в кадре точки фокусировки делятся на центральную зону фокусировки и периферийные точки фокусировки. В любой конструкции фазового автофокуса центральная точка фокусировки обладает наибольшей «чувствительностью» и, как следствие, обеспечивает наибольшую точность, аккуратность и скорость фокусировки для данной конструкции и используемого объектива. Чем дальше периферийная точка удалена от центра кадра, тем хуже показатели названных характеристик системы.
Фотограф может выбирать перед съёмкой одну или несколько точек фокусировки, по которым автофокус наведёт на резкость. В то же время, система способна определять оптимальную на её «взгляд» точку фокусировки и даже менять выбранную зону во время съёмки, что актуально в фотографии движущихся объектов.
Вне зависимости от конструкции фазового автофокуса точки фокусировки занимают центральную часть кадра. Другими словами, невозможно навести на резкость объект, изображение которого примыкает к краю кадра, не поворачивая фотоаппарат относительно фокусируемого объекта.
С одной стороны, наибольшую точность и аккуратность фокусировки фазовый автофокус показывает, когда съёмка ведётся со светосильным объективом. Обычно, максимальные значения названных характеристик достигаются с объективами, светосила которых не превышает 2.8: равняется 2.8, или 2.5, или 2 и так далее. При этом, текущее значение диафрагмы не играет роли.
С другой стороны, если светосила оптической системы равна или больше 8, то не каждая конструкция фазового автофокуса может функционировать. Та конструкция, которая сможет, будет наводить на резкость лишь по центральной точке фокусировки или нескольким близлежащим периферийным зонам. Принимайте во внимание эти факты в съёмке с помощью длиннофокусного объектива, совмещённого с оптическим конвертором.
Современные конструкции фазового автофокуса способны точно фокусироваться в условиях низкой интенсивности освещения: при свете полной луны. Здесь система расширяет человеческие возможности.
Фазовый автофокус едва ли может обеспечить такую же высокую точность фокусировки, как контрастный автофокус, но обладает значительным преимуществом перед последним в скорости и надёжности. Обратите внимание на список из 17-ти съёмочных условий, в которых система может ошибиться. Лишь часть условий касается фазового автофокуса, в то время как все условия относятся к контрастному автофокусу.
Автофокус рассматриваемого типа применяется в «плёночных» и цифровых зеркальных фотоаппаратах малого и среднего форматов. Вы пользуетесь им, когда наводите на резкость по видоискателю камеры.
В силу своих особенностей фазовый автофокус находит активное применение в репортажной фотографии, особенно в съёмке спортивных мероприятий и дикой природы. В большинстве съёмочных ситуаций, в которых требуется запечатлеть движущийся объект чётким, целесообразно применять фазовый автофокус.
Контрастный автофокус
Определяет оптимальное положение линз, оценивая для разных их позиций локальный контраст изображения снимаемого объекта. Тем же способом наводит на резкость человек.
Датчиком выступает светочувствительный сенсор фотоаппарата. Априори доступны интеллектуальные функции автофокуса: распознавание лиц, слежение за движущимися объектами и автоматический выбор снимаемого объекта.
Аналогично автофокусу рассмотренного типа система автоматической фокусировки «по контрасту» оценивает локальный контраст в определённой части кадра, называемой областью фокусировки. Её площадь, обычно, больше площади точки фокусировки. В отличие от последней, область фокусировки может располагаться в произвольном месте кадра, даже, у его края. В режиме автоматического выбора снимаемого объекта областей фокусировки может быть несколько, и их размер также может различаться.
Перед съёмкой Вы можете задавать положение области фокусировки. В режиме слежения за движущимся объектом контрастный автофокус, наравне с системой рассмотренного ранее типа, может менять положение области фокусировки во время съёмки.
Характеристики контрастного автофокуса не зависят от положения области фокусировки относительно кадра, а также в съёмке с различными объективами остаются равными максимальным для данной конструкции системы.
Контрастный автофокус более требователен к освещению снимаемой сцены, чем фазовый: первый едва ли может навести на резкость объекты в лунную ночь.
Как Вы могли отметить ранее, существует большое количество съёмочных ситуаций, в которых контрастный автофокус ошибается. Вероятность ошибки увеличивается с ухудшением качества освещения снимаемой сцены. Это обстоятельство затрудняет применение системы рассматриваемого типа в широком спектре профессиональных задач, делает её менее универсальной, чем фазовый автофокус.
Система рассматриваемого типа медленнее, чем фазовый автофокус. Контрастным автофокусом удобно пользоваться в съёмке статичных объектов: здесь система проявляет свои природные преимущества.
Благодаря «компактности» контрастный автофокус успешно трудится в системных и компактных фотоаппаратах, а также камерах, встроенных в мобильные устройства. В силу особенностей системы рассматриваемого типа, которые дополняют особенности фазового автофокуса, цифровые зеркальные фотоаппараты, также, обустраивают контрастным автофокусом. Последний автоматически задействуется в режиме Live View.
Гибридный автофокус
Действует по тому же принципу, что и фазовый автофокус. Но в отличие от последнего не требует применения отдельного датчика, а использует светочувствительный сенсор фотоаппарата, как и контрастный автофокус. Гибридный автофокус едва может быть реализован в фотоаппарате с «обычным» светочувствительным сенсором, так для работы системы требуются специальные, «двойные», сенсели.
Объединяет возможности фазового и контрастного автофокусов. Спроектирован, чтобы снять или ослабить ограничения своих предшественников.
Применяется как в зеркальных, так в беззеркальных фотоаппаратах.
Приёмы наведения на резкость
Чтобы успешно сфокусироваться на объекте, определите, к какому классу съёмочных ситуаций относится та, в которой Вы находитесь.
Ситуации делятся на съёмку неподвижных (статичных) объектов и съёмку движущихся объектов. В первой категории ситуаций реже требуется применять какие-либо специальные приёмы, чтобы безошибочно навести на резкость, чем в ситуациях второй категории.
В съёмке движущихся объектов следует различать характер движения: по неизвестной траектории или по прямолинейной известной траектории; вдоль оптической оси объектива (движение от и\или до камеры) или поперёк оптической оси (движение вдоль плоскости кадра). В зависимости от характера перемещения подберите подходящий приём съёмки, тип автофокуса, если есть возможность его выбирать, и режим автоматической фокусировки.
К приёмам наведения на резкость относятся:
Первый приём является универсальным и не требует от фотографа развитых навыков съёмки. В профессиональной фотографии используется редко. Позволяет сосредоточить внимание на содержимом кадра. Используйте этот режим в том числе для тренировки своих художественных навыков.
Второй, третий и седьмой приёмы применяются в съёмке движущихся объектов. Третий приём является наиболее эффективным, если снимаемый объект движется спонтанно, седьмой приём – если объект перемещается от камеры или к ней. Также, седьмой приём используется, когда Вы хотите задействовать автофокус в съёмке с немоторизированными, «ручными», объективами.
Четвёртый и пятый приёмы универсальны. Позволяют наравне с восьмым и девятым приёмами избежать ошибок автофокуса.
Шестой приём, также, помогает, когда система не может сфокусироваться непосредственно на снимаемом объекте. Удобно использовать в постановочной предметной и портретной фотографии.
Девятый приём используется, в частности, в тех случаях, когда Вы хотите навести на резкость «бесконечность» или объект, удалённый от камеры на дистанцию равную гиперфокальному расстоянию. Чаще всего, это целесообразно делать в пейзажной фотографии.
Рекомендую поупражняться в применении каждого приёма вне зависимости от Ваших предпочтений в фотографии.
Что следует знать о приводах автофокуса?
Каким бы совершенным ни были программа и датчик, привод, часто, является «узким место» автофокуса. Осознанный выбор привода помогает, в первую очередь, увеличить скорость автоматической фокусировки и, во вторую очередь, повысить удобство наведения на резкость вручную.
Выбирать привод Вы можете, если пользуетесь фотосистемами со сменными объективами. Выберите объектив не только по оптическим характеристикам, подходящим для решения Вашей съёмочной задачи, но и по типу встроенного привода.
В начале второго раздела, в статье «Основы фотографии # 5.17», я назвал типы приводов, используемых в современной фотографии. Наиболее эффективным решением является ультразвуковой мотор кольцевого типа (на англ. ring-type ultrasonic motor). Он обеспечивает наивысшую скорость фокусировки в сравнении с «обычными» ультразвуковыми моторами (на англ. ultrasonic motor) и электродвигателями постоянного тока (на англ. DC motor).
Помимо высокой скорости ультразвуковые моторы кольцевого типа обладают ещё двумя важными особенностями: ими удобно пользоваться, и их сложно услышать невооружённым ухом.
Моторы кольцевого типа передают усилие напрямую к линзе или группе линз, отвечающей за положение в пространстве фокальной плоскости. Поэтому Вы можете в любой момент, не повреждая привод, вручную навести на резкость, передав мышечное усилие одному из колец мотора посредством фокусировочного кольца, расположенного на тубе объектива. Эта функция называется наведением на резкость вручную без необходимости отключать автофокус (на англ. full-time manual focusing, аббр. FTM).
Слово «ультразвуковой» говорит о том, что движущей силой в двигателе являются колебания с высокой частотой (например, 30 000 герц), не воспринимаемые зрением и слухом человека. К тому же, отсутствие сложного редуктора – механизма, передающего усилия – не разбавляет «тишину» шумом от вращения шестерней и валов, как это происходит с приводами других типов. Например, в миниатюрных версиях ультразвуковых моторов (USM II), разработанных инженерами компании Canon в 10-ых годах, редуктор может состоят из 9 шестерней и иметь 6 точек соприкосновения, порождающих шум при вращении. В двигателях кольцевого типа шестерни отсутствуют.
Несмотря на то, что ультразвуковые моторы кольцевого типа придумали инженеры компании Canon в 80-ых годах прошлого века, в настоящее время все крупные производители объективов имеют собственные аналоги, едва ли уступающие по характеристикам первому изобретению. Производители по-разному обозначают собственные разработки: HSM, SWM, USD и так далее. Скоростные характеристики, принцип действия и возможности двигателей сохраняются примерно одинаковыми.
Недостатком ультразвуковых моторов кольцевого типа является их высокая стоимость.
Послесловие к пятой части
Здесь пятая часть серии «Основы фотографии» завершается: ниже приведу ключевые вопросы и краткий список литературы. К сожалению, все предлагаемые источники – на английском языке.
В шестой части я смещу Ваше внимание от устройства цифрового фотоаппарата к «носителю» цифровой фотографии – цифровому изображению. Информация шестой части – «фундамент» цифровой обработки изображений будь то с помощью Adobe Photoshop, Adobe Lightroom, Phase Capture One или другого фоторедактора.
Ключевые вопросы
1. Почему лепестковому затвору, расположенному внутри светосильного объектива, сложно обеспечить съёмку с короткими выдержками?
2. Почему в съёмке с импульсными источниками света в светонепроницаемой студии и фотоаппаратом со шторно-щелевым затвором выдержка может быть сколь угодно длинной? Один из моих коллег в названных съёмочных условиях рекомендует фотографировать с выдержкой не короче 1/30 или 1/15 секунды, почему?
3. Почему фазовый автофокус едва ли применяется в компактных и системных фотоаппаратах?
4. Что эффективнее для наведения на резкость: 150 точек фокусировки, часть из которых крестовые, или 25 точек фокусировки, все из которых крестовые?
5. Почему контрастный автофокус с трудом наводит на резкость, по сути, может ошибиться, когда снимаемый объект движется вдоль оптической оси объектива (от камеры или к камере)?
6. Повысит ли эффективность «съёмки с проводкой» динамический выбор точек фокусировки?
7. Почему приём «сфокусировался – перестроил – сфотографировал» едва ли позволяет навести объект на резкость так же точно, как приём «выбрал точку фокусировки – навёл – сфотографировал»? Почему, чем сильнее поворот камеры во время перестроения и, одновременно, меньше дистанция съёмки, тем больше погрешность первого приёма?
Литература
Автор заглавной фотографии: Friedrich Haag – собственная работа, CC BY-SA 4.0.
1 Навести объект на резкость – значит «превратить» произвольную точку, расположенную на поверхности объекта, в точку на фотографии. Если точка объекта изображается в виде кружка, то объект выглядит на снимке расплывчатым. Чем больше кружок, тем сильнее «расплывается» изображение.
Так как объекты реального мира являются объёмными, то часть фокусируемого объекта может изображаться чёткой, а часть «расплываться». Максимально чёткими будут выглядеть те точки на поверхности объекта, которые лежат на его пересечении с некоторой плоскостью, называемую фокальной. Это воображаемая плоскость, перпендикулярная к оптической оси объектива и способная перемещаться вдоль неё. Все объекты, пересекаемые ею, изображаются чёткими. Другими словами, все объекты, удалённые от передней главной точки объектива на заданное расстояние, изображаются чёткими. Это расстояние называется дистанцией съёмки.
Подробнее о наведении на резкость читайте в статье «Основы фотографии # 5.17»
Чёткого изображения одного или нескольких объектов можно добиться не только непосредственной фокусировкой на них. Если дистанция съёмки равняется гиперфокальному расстоянию, то все объекты, удалённые от передней главной точки объектива на половину гиперфокального расстояния и более, изобразятся чёткими. Подобный, но с существенными отличиями, эффект возникает, если навести на резкость «бесконечность» – максимально удалить от фотоаппарата фокальную плоскость.
Подробнее о возможностях съёмки на дистанции, равной «бесконечности» и гиперфокальному расстоянию, читайте в замечании №3 в статье «Основы фотографии # 3». Обратно к тексту.
2 Чем чётче изображается снимаемый объект, тем ближе текущее положение линз к оптимальному. Обратно к тексту.
3 Подробнее о характеристиках автофокуса читайте в статье «Основы фотографии # 5.18». Обратно к тексту.
4 Следующие «критические» съёмочные условия и рекомендации Вы найдёте в большинстве инструкций к любому современному фотоаппарату. Я собрал их воедино из официальных руководств на английском языке к фотоаппаратам Canon EOS-1Dx (страницы 108 и 213), Canon EOS-7D Mark II (страницы 139 и 306), Canon EOS-5D Mark III (страницы 110 и 211), Sony Alpha99 (страницы 93 и 97), Nikon D4 (страницы 51 и 107), Pentax K3 (страница 86), Fujifilm X-A1 (страница 54). Обратно к тексту.
5 Ориентир – в режиме Live View изображение на экране мерцает или «идёт» полосами. Обратно к тексту.
6 Специальный объектив, изображающий блики и их границы «размытыми» и, в целом, смягчающий контрастные переходы между тонами. Обратно к тексту.
7 Подробнее о приёме читайте в статье «Основы фотографии # 5.24» в секции «Второй приём. Наведение на резкость по объекту-ориентиру». Обратно к тексту.
8 Определение термина «минимальная дистанция фокусировки» я привожу в статье «Основы фотографии # 2.1», посвящённой объективам. Обратитесь к источнику, если необходимо. Обратно к тексту.
9 Речь об измерении дистанции до произвольного объекта по разнице двух его изображений – математическом методе, называемом триангуляцией. Принцип действия автофокуса «по фазе» я продемонстрировал в нескольких статьях, начиная с «Основы фотографии # 5.20». Обратитесь к источнику, если необходимо. Обратно к тексту.
10 Пример такого сюжета я привёл в статье «Основы фотографии # 5.15» сразу после таблицы. Обратитесь к источнику, если необходимо. Обратно к тексту.