Автофокус
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Автофо́кус — устройство, наводящее оптическую систему на резкость изображения в фокальной плоскости.
Содержание |
[править] Виды систем автофокуса
Действие автофокуса производится в два этапа:
- измерение параметра чувствительного к резкости изображения в фокальной плоскости (расстояния до объекта съёмки, максимального контраста, фазового сдвига лучей, времени задержки прихода отраженного луча и т.д.) и генерация сигнала рассогласования системы автоматического регулирования автофокусировки;
- наведние оптической системы на резкость изображения в фокальной плоскости.
Обычно эти процессы происходят одновременно. Наведние оптической системы на резкость исполняется электро- или ультразвуковым двигателем.
Работа системы автофокуса по измерению параметра чувствительного к резкости изображения в фокальной плоскости может основываться на различных принципах:
- ультразвуковой (некоторые камеры Polaroid)
- инфракрасный (некоторые компактные камеры, старые видеокамеры)
- фазовый (зеркальные фотоаппараты)
- контрастный (видеокамеры, цифровые незеркальные фотоаппараты)
[править] Ультразвуковая и инфракрасные системы
Ультразвуковая и инфракрасные системы называются активными, так как они измеряют расстояние, излучая звуковые или инфракрасные волны и анализируя их отражение от объекта. Такие системы не позволяют снимать, например, через стекло. Для пассивных систем — фазовой и контрастной — съёмка через стекло не представляет трудностей.
[править] Фазовый автофокус
Фазовый автофокус применяется в современных зеркальных плёночных и цифровых фотоаппаратах. Основным элементом его являются специальные датчики, которых в профессиональных камерах может быть до нескольких десятков. Эти датчики получают часть светового потока с помощью специальных зеркал, каждый датчик от своей точки кадра. Внутри датчика свет разделяется на две части, каждая из которых попадает на свой светочувствительный сенсор. В случае точной наводки на резкость два световых потока будут находиться друг от друга на определённом расстоянии, заданном конструкцией датчика. В противном случае, это расстояние будет больше или меньше. Измерив его, датчик даёт на выходе сигнал, показывающий насколько и в какую сторону надо произвести наводку на резкость.
Быстродействие такой системы очень высокое и определяется, в основном, быстродействием механики объектива.
[править] Контрастный автофокус
Контрастный автофокус применяется в цифровых незеркальных фотоаппаратах. Принцип его работы основан на том, что микропроцессор фотоаппарата постоянно считывает изображение с матрицы, анализирует степень его контрастности и принимает решение о перемещении объектива.
Такой автофокус обладает довольно низким быстродействием, так как в каждый момент времени процессор не обладает данными о степени наводки на резкость. Поэтому он каждый раз должен немного подвинуть объектив для проверки изменения контраста. Если процессор ошибся, ему приходится перемещать объектив в обратную сторону. В основном, именно временем работы автофокуса и объясняется большая задержка между нажатием на спуск и собственно съёмкой кадра, характерная для большинства цифровых фотоаппаратов. Низкая скорость автофокуса объясняется ещё и тем, что в незеркальных фотоаппаратах процессор вынужден считывать весь кадр с матрицы чтобы проанализировать лишь некоторые её участки на степень контрастности.
[править] Режимы работы автофокуса
В современных фотокамерах применяются интеллектуальные алгоритмы работы систем автофокуса, в основном предназначенные для фотографирования движущихся объектов. Проблема съёмки таких объектов заключается в том, что с момента наведения на резкость, между нажатием на кнопку спуска и до момента съёмки кадра проходит некоторе время. За это время объект может уйти из плоскости наводки на резкость. Для решения этой проблемы для систем автофокуса придуманы следующие режимы:
- Следящий — в этом режиме система постоянно отслеживает положение объекта и держит его постоянно в фокусе, перемещая линзы в объективе. Постоянное применение такой системы обычно не рекомендуется, так как при постоянная работа мотора который двигает линзы в объективе быстрее разряжает батареи аппарата.
- Упреждающий — в этом режиме система автофокуса определяет скорость движения объекта, рассчитывает его положение в момент съёмки и заранее перемещает линзы в объективе так, чтобы тот получился в фокусе. Этот режим поддерживается многими современными пленочными и цифровыми зеркальными камерами, однако у разных производителей он называется по разному: у Canon - AI Servo, у Nikon - Continuous servo AF.
В незеркальных (и многих зеркальных) фотоаппаратах для съёмки движущихся объектов применяется блокировка автофокуса. Фотограф наводит аппарат на нужный объект или, если это невозможно, на точку, находящуюся на таком-же расстоянии как и объект, и нажимает на специальную кнопку. Объектив фокусируется, и при нажатии на кнопку спуска аппарат делает снимок мгновенно, не задействуя автофокус повторно.
[править] Условия работы автофокуса
Современные системы автофокуса обладают отличными характеристиками, позволяющими в большинстве случаев заменить ручную наводку. Однако, как и для любой сложной системы, им требуются определённые условия для работы и умение их применять.
Главное условие работы автофокуса — достаточная яркость объекта съёмки и наличие на нём контрастных элементов. Именно поэтому системы автофокуса плохо работают в темноте, фотоаппарат впадает в ступор при попытках навестись на однородный объект, например гладкую стену.
Проблему недостаточной яркости объекта в темноте призваны решать системы подсветки автофокуса. Для этой цели в фотоаппарате (или в корпусе продвинутых внешних фотовспышек) размещается специальная лампа, которая автоматически загорается в темноте. В некоторых камерах для этой цели используются короткие световые импульсы встроенной фотовспышки.
[править] Ультразвуковой мотор
Ультразвуковой пьезоэлектрический мотор, применяемый в современных объективах, имеет выше КПД и скорость, менее шумен. Такой мотор позволяет объективу быстрее и с меньшим шумом производить наводку на резкость. Его применение заметно сокращает задержку автофокуса. Компания Canon называет ультразвуковые моторы USM (Ultra Sound Motor), Nikon указывает маркировку SWM (Silent Wave Motor), а Sigma — HSM (Hyper Sonic Motor). На выставке PMA 2007 Olympus анонсировал несколько объективов с новым ультразвуковым мотором SWD (Supersonic Wave Drive).
