Автофокус — это особенность современных камер, которую легко принять как должное. Но вы когда-нибудь останавливались, чтобы спросить себя, как это работает? Фокусировка объектива с ручным управлением может быть кропотливым и разочаровывающим процессом, особенно для любителей — так как ваш смартфон делает это так легко?
Оказывается, что на самом деле есть несколько технологий, которые используются для достижения эффекта автофокуса. Давайте начнем с объяснения, что такое фокус, а затем, как компьютер в вашем телефоне может манипулировать им, чтобы получить четкое изображение.
Как работает Фокус
Объектив вашей камеры смартфона служит той же цели, что и линза в вашем глазу: взять свет, попадающий на него, и спроецировать его на датчик, чтобы можно было записать изображение.
Точная кривизна объектива определяет, насколько далеко должен находиться датчик для получения четкого изображения. Если вы когда-либо использовали увеличительное стекло для сжигания древесины в солнечный день, вы знаете, что его нужно держать на правильном расстоянии, чтобы сфокусировать свет.
То же самое происходит с камерами: если расстояние неправильное, изображение не сфокусировано и, следовательно, размыто . Это расстояние известно как «глубина резкости» объектива.
Чтобы усложнить ситуацию, угол, под которым свет падает на объектив, меняет глубину фокусировки. Плоская линза фокусирует параллельные световые лучи от удаленного источника, но размывает угловой свет, исходящий от периферийных объектов. Более изогнутые линзы сделали бы обратное.
Видео ниже содержит подробное объяснение того, как работают линзы, если вам интересно:
Вы можете увидеть этот эффект самостоятельно, подняв два больших пальца, один рядом с лицом, а другой на расстоянии вытянутой руки. Если вы закроете один глаз, вы обнаружите, что можете сместить фокус между большими пальцами. Когда дальний ясно, ближний становится размытым, и наоборот.
В случае вашего глаза, изменение фокуса осуществляется с помощью крошечных мышц, чтобы физически изменить форму линзы . Чрезмерная работа этих мышц утомляет их, поэтому вы слишком долго напрягаете зрение, когда смотрите на объекты крупным планом.
В камерах, в которых используются жесткие пластиковые или стеклянные линзы, вся линза установлена на двигателе, который может изменять расстояние от датчика для достижения желаемой фокусировки. Объекты, которые находятся на правильном фокусном расстоянии, будут резкими, а объекты, расположенные слишком близко или слишком далеко, будут размытыми.
Вопрос в том, как камера знает правильное расстояние для своего объектива?
Методы активной автофокусировки
Самый простой метод автофокусировки — это использование механической системы, которая определяет расстояние до объекта изображения, а затем использует его для наведения фокуса .
Самый ранний патент, поданный Polaroid в 1986 году, использовал сонар. Он пульсировал цель ультразвуком и использовал эхо для определения расстояния. Это работает, но может упасть при съемке сквозь прозрачные, но твердые поверхности, такие как стекло. Если вы попытаетесь сделать снимок из окна, функция автофокуса обнаружит эхо от стекла и сфокусируется на нем, оставляя изображение за ним размытым.
Более современные системы используют свет, особенно инфракрасный свет . Они генерируют импульс инфракрасного света и либо измеряют количество отраженного света, либо время, которое требуется свету для возвращения, а затем используют эту информацию для определения расстояния. Если вы посмотрите на камеру вашего телефона и увидите два маленьких диода рядом с ней, вероятно, ваш телефон вычислит фокусировку.
Этот подход прост и имеет тенденцию работать достаточно хорошо, но у него есть недостатки. Некоторые поверхности поглощают инфракрасный свет, что может привести к неточному измерению расстояния. Кроме того, любой ИК-источник (например, открытое пламя или яркий свет накаливания) может подавить отраженный свет и сделать автофокусировку неработоспособной. Старайтесь избегать этих сценариев, если вы хотите получить хорошие фотографии с активной камерой с автофокусом.
Итак, какова альтернатива?
Методы пассивного автофокуса
Пассивная автофокусировка может быть намного дороже в реализации, поэтому ее обычно можно увидеть на зеркальных камерах (как цифровых, так и аналоговых). Пассивная автофокусировка работает путем выполнения математического анализа самих необработанных данных изображения, чтобы определить, находится ли он в фокусе.
Наиболее распространенной формой пассивной автофокусировки является «обнаружение контраста», при котором производится выборка одной или нескольких полос пикселей из центра изображения и измеряется контраст между пикселями , регулируя объектив, чтобы попытаться найти конфигурацию, максимизирующую этот контраст. ,
Это работает, потому что размытые области изображения по своей природе имеют меньший контраст, и, поскольку этот метод не путается с источниками инфракрасного света или поверхностями материала, он более надежен, чем активная автофокусировка. В каком-то смысле это самый точный способ оценки фокуса, поскольку он напрямую измеряет резкость изображения.
На самом деле, он настолько эффективен, что может даже фокусироваться через объектив, который меняет фокусные свойства камеры — сценарий, в котором любой другой подход терпит неудачу. С другой стороны, обнаружение контраста может занять некоторое время, чтобы найти хороший фокус (потому что он должен проверить множество возможностей), и это может иметь проблемы в сценах, которые не имеют высокой контрастности (например, при съемке в условиях низкой освещенности. ).
Другой подход к пассивной автофокусировке называется «обнаружение фазы», при котором используются две микролинзы для захвата образцов входящего света и проецирования их на два датчика . Анализируя разницу между этими изображениями, камера может очень точно определить, насколько параллельны световые лучи, входящие в камеру, и использовать эту информацию для достижения правильной фокусировки.
Это очень быстрый способ определения оптического фокуса, но он дорогой из-за необходимости в дополнительных объективах, зеркалах и датчиках, поэтому вы увидите его больше в высококачественных, а не в зеркальных камерах начального уровня зеркальные камеры Не только это, но оно может быть менее точным, чем обнаружение контраста, особенно для сложных объектов, которые имеют компоненты на нескольких глубинах.
Совсем недавно мы начали видеть «гибридные» пассивные системы автофокусировки, которые используют фазовое обнаружение, чтобы перейти к хорошей фокусировке, а затем используют контрастное обнаружение, чтобы сделать небольшие уточнения для наилучшей возможной фокусировки . Во многих отношениях эти камеры предлагают лучшее из обоих миров (скорость и точность), но в настоящее время они очень дороги. Надеемся, что в ближайшие несколько лет расходы снизятся.
Автофокус и ты
Вот четыре основных подхода к автофокусу, которые широко используются сегодня. В будущем мы можем увидеть « камеры светового поля »становятся все более популярными, которые захватывают изображения при каждом возможном фокусе и выбирают лучший. До тех пор мы должны обойти ограничения доступной технологии.
Итак, как получить хорошие снимки из камеры с автофокусом ?
- Самое главное — держать камеру неподвижно и убедиться, что фокусировка полностью сошлась. Это вдвое больше, если вы используете систему автофокусировки с контрастом или диапазоном, которой может потребоваться несколько секунд, чтобы найти правильный фокус.
- Вы также должны убедиться, что ваш объект находится в правильной точке автофокусировки , обычно в центре видоискателя, но не всегда. Это то, от чего в значительной степени зависят все системы автофокуса .
- Наконец, вы должны знать о технологии, которую вы используете, и убедиться, что ваша сцена хорошо ей подходит. Не пытайтесь фокусироваться на ярком ИК-источнике света, используя активную систему. Если вы используете систему, основанную на контрасте, не делайте фотографии одного цвета (например, глухую стену) и избегайте фотографировать ночью.
Кроме того, вам не нужно думать об этом. В некотором смысле, это своего рода точка.
Вы фотограф? Есть какие-нибудь советы по работе с автофокусом? Какая твоя любимая камера? Дай мне знать в комментариях!
Авторы изображения: « Samsung Galaxy S5 », « SLR », « DSLR », от Wikimedia