Как работает автофокус

Большинство современных фотокамер имеет систему автоматической фокусировки, которая позволяет делать чёткие снимки в любой ситуации и позволяет не задумываться об упущенных возможностях. На первый взгляд задача обеспечения «чёткости в фокусе» не представляет большой сложности. Однако скрытая работа, выполняемая для фокусировки на самом деле достаточно сложная. В данной статье будут рассмотрены принципы работы автофокусов различного типа. Узнав об их возможностях и недостатках, вы сможете значительно повысить качество снимков.

Типы автофокусов

1. Пассивный автофокус (AF). Эта система в своей работе использует сенсоры контраста. Они работают по методу фазового либо контрастного детектора. Данные способы автофокусировки с точки зрения пользователя идентичны, так как они в своей работе опираются на контраст.
2. Активный автофокус (AF). При работе этой системы посылается сигнал для точного определения расстояния до предмета.

В этой статье речь пойдёт в первую очередь о пассивной системе AF. Метод фокусировки с помощью вспомогательного луча будет рассмотрен ближе к окончанию статьи.

Сенсоры автофокуса

Сенсоры, обеспечивающие автофокусировку камеры, располагаются в разных местах поля зрения, и представляют собой целую систему, отвечающую за чёткость изображения. Сенсоры по изменениям контраста изменяют относительную фокусировку в данной области изображения. При этом достижение максимального контраста соответствует наибольшей резкости.

Во многих небольших цифровых камерах сенсор изображения используется и как сенсор контраста. Такой метод называется контрастным AF. В отличие от этого метода, при фазной автофокусировке применяется сразу несколько дискретных сенсоров. Критериями AF в обоих случаев выступает контрастность изображения.

Общие принципы работы автофокусировки

1. Процессор автофокуса (AFP) немного  изменяет дистанцию до объекта фокусировки.
2. Процессор AFP получает сигнал от сенсора AF и вычисляет изменение фокуса.
3. На основании полученной информации AFP производит настройку объектива в соответствии с новым расстоянием до объекта.
4. Процессор несколько раз повторяет эти действия для получения наилучшего результата.

 Описанный процесс настройки занимает десятые доли секунды. Но иногда случается, что в сложных условиях добиться получения удовлетворительного фокуса невозможно. Процессор AFP начинает повторять всю последовательность действий много раз подряд. Это означает отказ системы автофокусировки. Но это не означает, что сфокусировать камеру на данном объекте невозможно. Дальше рассмотрим причины и ситуации, которые могут привести к отказу AF.

• 

• 

• 

Причины возможного отказа автофокуса

При съёмке на фотокамеру любого объекта большое значение на успешную настройку автофокуса оказывают четыре объективных фактора:

• разница между моделями фотоаппаратов и объективов различных производителей, а также различия в параметрах их фокусировки;
• степень освещённости фотографируемых объектов;
• контрастность предметов;
• взаимное перемещение относительно друг друга камеры и снимаемого объекта.

Все эти факторы тесно связаны между собой, поэтому автофокусировка может работать даже при слабом освещении предмета, при условии, что он обладает высокой контрастностью, и наоборот.

Важнейшим моментом является выбор точки, в которой будет выполняться автофокусировка. При всех равных условиях наилучшим местом является чётко выраженная граница или текстура.

При съёмке предметов, за которыми находятся источники света, имеющие большую скорость движения, при небольшой глубине резкости чрезвычайно трудно сфокусироваться на объекте фотографирования. Обычно это происходит при съёмках в условиях недостаточной видимости. В такой ситуации попытка сфокусироваться на внешней подсветке объекта может дать неплохой результат, но с учётом того, что такая подсветка меняет своё расположение и интенсивность очень быстро и зависит от местоположения источников освещения.

При невозможности фокусировки камеры на внешней подсветке, выбирается менее контрастная, но достаточно освещённая и статичная точка фокуса. Такой, например, могут служить ноги модели или листья, лежащие на земле, на одинаковом расстоянии с моделью.

Описанный выше способ фокусировки часто осложняется необходимостью выполнения его в течение десятых долей секунды.

В дальнейшем рассмотрим и другие специальные техники автофокусировки как для подвижных, так и статичных объектов.

Количество и тип точек автофокуса

Устойчивость в работе и гибкость настройки автофокусировки зависит от количества, расположения и типа точек системы AF, доступных в конкретной модели фотокамеры. Высококлассные камеры зеркального типа насчитывают около 45 точек автофокуса. Более простые модели имеют меньше точек, а самые простые только одну центральную.

Расположение сенсоров в дорогих моделях камер:

Расположение сенсоров в средних и дешевых камерах:

Сенсоры автофокуса бывают двух типов:

• крестообразный сенсор ― это двухмерный детектор контраста, обладающий большой точностью в работе;
• вертикальный сенсор ― это одномерный детектор контраста, он имеет меньшую точность.

Сенсор называется «вертикальным» из-за того, что принцип его действия основан на обнаружении контраста по вертикальной линии. При этом такой сенсор наиболее эффективно находит горизонтальные линии.

В цифровых зеркальных фотокамерах точность и число точек автофокуса может изменяться в соответствии с максимальной диафрагмой применяемого объектива. Это один из важнейших факторов при его выборе. Если вы не собираетесь пользоваться максимальной диафрагмой объектива, это поможет достигать намного более высокой эффективности автофокуса. Наиболее точным практически во всех моделях камер является центральный сенсор AF. Поэтому лучше сначала пользоваться этим сенсором для наведения автофокуса на предметы, находящиеся вне центра (до изменения композиции).

Одновременная работа нескольких сенсоров автофокусировки повышает надёжность работы, а каждый в отдельности повышает своеобразность снимков. Всё зависит от настроечных параметров данной камеры. Некоторые модели оснащаются системой  «АвтоГРИП», которая предназначена для выполнения групповых снимков. При её применении все точки кластера фокусировки гарантированно попадают в оптимальную степень фокуса.

Режимы автофокусировки

1. Разовый режим (ONE SHOT). Является самым распространённым способом автофокусировки камер, наиболее подходящим при фотографировании неподвижных объектов. При съёмках объектов, движущихся с большой скоростью, возникают ошибки фокусировки, так как данный режим не предназначен для таких условий. Разовый режим затрудняет слежение за передвигающимся предметом с помощью видоискателя, так как такая фокусировка требует сначала настроить AF, и только потом делать снимок.

2. Следящий режим (AI SERVO). Абсолютное большинство фотокамер поддерживают такой режим автофокусировки, при котором дистанция до движущегося объекта постоянно адаптируется. В фотокамерах Canon этот режим называется «AI SERVO», а фирма Nikon называет его «непрерывной» автофокусировкой. Режим слежения работает на методе расчёта предположительного местонахождения предмета в следующий отрезок времени. Вычисление ведётся на основании направления и скорости движения объекта, которые получают по данным предшествующих фокусировок. После чего фотокамера фокусируется на предварительно рассчитанном расстоянии с опережением, учитывающим скорость спуска, то есть задержку от спуска до начала экспозиции. Следящий режим значительно увеличивает возможность фокусировки камеры на быстро движущихся объектах.

Максимальная скорость, при которой обеспечивается гарантированная автофокусировка, зависит от следующих факторов:

• равномерность движения;
• контрастность и степень освещённости;
• тип объектива;
• количество применяемых для слежения за объектом сенсоров автофокуса.

При включении следящего режима следует помнить, что его использование значительно сокращает время работы батареи фотокамеры. Применение этого режима оправданно только при необходимости съёмки движущихся объектов.

Автофокусировка по вспомогательному лучу

Достаточно широкое применение в фотокамерах получил инфракрасный или видимый вспомогательный луч, применяющийся при использовании способа активного автофокуса. Этот метод особенно полезен в ситуациях, когда контрастность объекта недостаточна для устойчивой фокусировки или в условиях недостаточного освещения. Однако применение вспомогательного луча для автофокусировки имеет и свои недостатки. Например, значительно увеличивается время необходимое для срабатывания системы AF.

Многочисленные малоформатные фотокамеры пользуются встроенным источником инфракрасного излучения для работы системы автофокуса. Более дорогие цифровые зеркальные камеры чаще всего применяют для подсветки внешнюю или встроенную вспышку. Использование вспомогательной подсветки оправданно только при фотографировании неподвижных объектов, так как при перемещении предмета между вспышками, срабатывание системы автофокуса практически невозможно.

Фотосъёмка движущегося объекта

Для получения качественных снимков движущихся объектов необходимо выбирать режим следящей (AI SERVO) или непрерывной съёмки. Эффективность использования автофокуса можно существенно повысить, если объективу не приходится вести поиск объекта в значительном диапазоне расстояний фокусировки.

Наиболее распространённым способом чтобы добиться желаемого эффекта, это заблаговременно сфокусировать фотокамеру на участок, по которому ожидается движение объекта. Например, при фотографировании проезжающего мимо велосипедиста необходимо предварительно сфокусировать камеру на обочине дороги, так как он обязательно появится около неё.

Некоторые модели объективов, которые предназначены для цифровых камер, оборудованы переключателем дистанции фокусировки. Установка его на максимально вероятную дистанцию, ближе которой объект всё равно не приблизится, значительно повышает эффективность AF.

Следует учитывать, что при включенном следящем режиме снимок может быть сделан и без достижения точной фокусировки.

Фотосъёмка портретов и статичных снимков

Лучше всего статичные снимки получаются в режиме разового фокуса. Это служит гарантией получения точной фокусировки до начала съёмки. Основные требования к освещённости и контрасту для автофокусировки на неподвижном объекте те же что и на подвижном.

 Лучшей точкой для фокусировки при съёмке портрета является глаз человека. Он является стандартом фокусировки, так как обеспечивает отличный контраст. Мы помним, что центральный сенсор автофокуса является самым чувствительным, однако, самая точная фокусировка для объектов, смещённых относительно центра, достигается применением периферийных точек фокусировки.

При использовании центральной точки для фиксации фокуса, с последующим изменением композиции, расстояние фокусировки будет неизменно меньше действительного. Чем ближе будет приближаться объект съёмки, тем больше будет ошибка AF. Портреты в основном имеют небольшую глубину резкости, поэтому для них важна очень точная фокусировка.

Наибольшее применение в фотокамерах нашли вертикальные сенсоры автофокуса, поэтому необходимо представлять, какой именно контраст доминирует в точке фокуса, горизонтальный или вертикальный. В случае недостаточной освещённости может помочь работе автофокуса простой поворот камеры на 90 градусов, осуществлённый во время фокусировки.

Рассмотрим такой пример. Лестница состоит из ступенек, расположенных горизонтально. Если производить фокусировку на самой дальней ступеньке, для получения гиперфокального расстояния, во избежание несрабатывания автофокуса, можно камеру на время фокусировки сориентировать в ландшафтное положение. После завершения фокусировки возвращаем камеру в портретное положение.

Должен заметить, что в данной статье рассмотрено, не на чём фокусироваться, а как именно происходит фокусировка.