UNDERSTANDING CAMERA AUTOFOCUS

Das Autofokus-System einer Kamera stellt das Kameraobjektiv intelligent ein, um das Motiv scharf zu stellen, und kann den Unterschied zwischen einem scharfen Foto und einer verpassten Gelegenheit bedeuten. Trotz des scheinbar einfachen Ziels – Schärfe im Fokuspunkt – ist das Innenleben einer Kamera leider nicht so einfach zu verstehen. Dieses Tutorial soll Ihnen helfen, Ihre Fotos zu verbessern, indem es Ihnen erklärt, wie der Autofokus funktioniert, damit Sie seine Vorzüge optimal nutzen und seine Schwächen vermeiden können.

Hinweis: Der Autofokus (AF) arbeitet entweder mit Kontrastsensoren in der Kamera (passiver AF) oder er sendet ein Signal aus, um das Motiv zu beleuchten oder die Entfernung zum Motiv zu schätzen (aktiver AF). Der passive Autofokus kann entweder mit der Kontrasterkennung oder der Phasendetektion durchgeführt werden, aber beide sind auf den Kontrast angewiesen, um einen präzisen Autofokus zu erreichen; daher werden sie für die Zwecke dieses AF-Tutorials als qualitativ ähnlich behandelt. Sofern nicht anders angegeben, wird in dieser Anleitung von einem passiven Autofokus ausgegangen. Gegen Ende werden wir auch die AF-Hilfsstrahlmethode des aktiven Autofokus besprechen.

KONZEPT: AUTOFOKUS-SENSOREN

Die Autofokus-Sensoren einer Kamera sind der eigentliche Motor für die präzise Scharfstellung und sind in verschiedenen Reihen über das Bildfeld verteilt. Jeder Sensor misst die relative Schärfe, indem er Änderungen des Kontrasts an seinem jeweiligen Punkt im Bild bewertet – wobei davon ausgegangen wird, dass maximaler Kontrast maximaler Schärfe entspricht.

Besuchen Sie das Tutorial über Bildhistogramme, um mehr über den Bildkontrast zu erfahren.
Hinweis: Viele kompakte Digitalkameras verwenden den Bildsensor selbst als Kontrastsensor (mit einer Methode, die als Kontrasterkennungs-AF bezeichnet wird), und haben nicht unbedingt mehrere diskrete Autofokus-Sensoren (die bei der Phasendetektionsmethode des AF üblicher sind). Darüber hinaus zeigt das obige Diagramm die Kontrasterkennungsmethode des Autofokus; die Phasendetektion ist eine weitere Methode, die sich aber immer noch auf den Kontrast für einen genauen Autofokus stützt.

Der Prozess der Autofokussierung funktioniert im Allgemeinen wie folgt:
(1) Ein Autofokusprozessor (AFP) nimmt eine kleine Änderung der Fokussierentfernung vor.
(2) Der AFP liest den AF-Sensor aus, um festzustellen, ob und um wie viel sich die Schärfe verbessert hat.
(3) Anhand der Informationen aus (2) stellt der AFP das Objektiv auf eine neue Schärfeentfernung ein.
(4) Der AFP kann die Schritte 2 und 3 so lange wiederholen, bis eine zufriedenstellende Schärfe erreicht ist.

Dieser gesamte Vorgang ist in der Regel innerhalb eines Sekundenbruchteils abgeschlossen. Bei schwierigen Motiven kann es vorkommen, dass die Kamera keine zufriedenstellende Schärfe erreicht und die Wiederholung der obigen Sequenz aufgibt, was zu einem fehlgeschlagenen Autofokus führt. Dies ist das gefürchtete „Fokus-Hunting“-Szenario, bei dem die Kamera wiederholt hin und her fokussiert, ohne die Schärfe zu speichern. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Scharfstellung für das gewählte Motiv nicht möglich ist. Ob und warum der Autofokus versagt, hängt in erster Linie von den im nächsten Abschnitt beschriebenen Faktoren ab.

FAKTOREN, DIE DIE AUTOFOKUSLEISTUNG BEEINFLUSSEN

Das fotografische Motiv kann einen enormen Einfluss darauf haben, wie gut der Autofokus Ihrer Kamera funktioniert – oft sogar mehr als die Unterschiede zwischen den Kameramodellen, Objektiven oder Fokuseinstellungen. Die drei wichtigsten Faktoren, die den Autofokus beeinflussen, sind die Lichtverhältnisse, der Motivkontrast und die Bewegung der Kamera oder des Motivs.

Links ist ein Beispiel für die Qualität der verschiedenen Fokuspunkte abgebildet; fahren Sie mit der Maus über dieses Bild, um die Vor- und Nachteile der einzelnen Fokuspunkte zu sehen.

Bitte beachten Sie, dass diese Faktoren nicht unabhängig voneinander sind, d. h., dass ein Autofokus auch bei einem schwach beleuchteten Motiv möglich ist, wenn das gleiche Motiv auch einen extremen Kontrast aufweist, oder umgekehrt. Dies hat eine wichtige Auswirkung auf die Wahl des Autofokuspunkts: Die Wahl eines Fokuspunkts, der einer scharfen Kante oder einer ausgeprägten Textur entspricht, kann zu einem besseren Autofokus führen, vorausgesetzt, alle anderen Faktoren bleiben gleich.

Im Beispiel links hatten wir das Glück, dass die Stelle, an der der Autofokus am besten funktioniert, auch der Position des Motivs entspricht. Das nächste Beispiel ist problematischer, weil der Autofokus am besten auf den Hintergrund und nicht auf das Motiv eingestellt ist. Fahren Sie mit der Maus über das Bild, um die Bereiche mit guter und schlechter Leistung hervorzuheben.

Wenn man auf die sich schnell bewegenden Lichtquellen hinter dem Motiv fokussiert, riskiert man, dass das Motiv unscharf wird, wenn die Schärfentiefe gering ist (wie es bei einer Action-Aufnahme mit wenig Licht wie dieser der Fall ist).

Alternativ wäre es vielleicht am besten, auf das äußere Highlight des Motivs zu fokussieren, mit dem Vorbehalt, dass dieses Highlight die Seiten und die Intensität schnell ändern würde, je nachdem, wo sich die Lichtquellen bewegen.

Wenn die Kamera Schwierigkeiten hat, auf das äußere Highlight zu fokussieren, wäre ein kontrastärmerer (aber stationärer und einigermaßen gut beleuchteter) Fokuspunkt der Fuß des Motivs oder Blätter auf dem Boden in der gleichen Entfernung wie das Motiv.

Das Schwierige an den oben genannten Entscheidungen ist jedoch, dass diese Entscheidungen oft entweder vorweggenommen oder innerhalb eines Sekundenbruchteils getroffen werden müssen. Weitere spezifische Techniken für die Autofokussierung bei unbewegten und bewegten Motiven werden in den jeweiligen Abschnitten am Ende dieses Tutorials behandelt.

ANZAHL & ART DER AUTOFOKUSPUNKTE

Die Robustheit und Flexibilität des Autofokus ist in erster Linie ein Ergebnis der Anzahl, Position und Art der Autofokuspunkte, die ein bestimmtes Kameramodell zur Verfügung stellt. Hochwertige Spiegelreflexkameras können über 45 oder mehr Autofokuspunkte verfügen, während andere Kameras nur einen zentralen AF-Punkt haben können. Zwei Beispiele für die Anordnung von Autofokus-Sensoren sind unten dargestellt:

Die Kameras, die für die Beispiele links und rechts verwendet wurden, sind die Canon 1D MkII bzw. die Canon 20D.
Bei diesen Kameras ist der Autofokus bei Blenden kleiner als f/8.0 und f/5.6 nicht möglich.

Zwei Arten von Autofokus-Sensoren werden gezeigt:
+ Kreuzsensoren (zweidimensionale Kontrasterkennung, höhere Genauigkeit)
l Vertikale Zeilensensoren (eindimensionale Kontrasterkennung, geringere Genauigkeit)

Anmerkung: Der „vertikale Zeilensensor“ heißt nur so, weil er den Kontrast entlang einer vertikalen Linie erkennt.
Dieser Sensortyp eignet sich daher am besten für die Erkennung horizontaler Linien.

Bei Spiegelreflexkameras können sich die Anzahl und die Genauigkeit der Autofokuspunkte auch in Abhängigkeit von der maximalen Blendenöffnung des verwendeten Objektivs ändern, wie oben dargestellt. Dies ist eine wichtige Überlegung bei der Auswahl eines Kameraobjektivs: Selbst wenn Sie nicht vorhaben, ein Objektiv mit seiner maximalen Blende zu verwenden, kann diese Blende der Kamera helfen, eine bessere Schärfegenauigkeit zu erreichen. Da der zentrale AF-Sensor fast immer am genauesten ist, ist es bei außermittigen Motiven oft am besten, zuerst diesen Sensor zu verwenden, um eine Schärfespeicherung zu erreichen (bevor Sie den Bildausschnitt neu zusammensetzen).

Abhängig von der gewählten Kameraeinstellung können mehrere AF-Punkte zusammenarbeiten, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen, oder isoliert arbeiten, um die Genauigkeit zu verbessern. Einige Kameras verfügen auch über eine Funktion zur automatischen Schärfentiefe für Gruppenfotos, die sicherstellt, dass eine Gruppe von Fokuspunkten alle innerhalb eines akzeptablen Schärfeniveaus liegen.

AF-MODUS: CONTINUOUS & AI SERVO vs. ONE SHOT

Der am meisten unterstützte Kamerafokusmodus ist die One-Shot-Fokussierung, die sich am besten für unbewegte Motive eignet. Der One-Shot-Modus ist anfällig für Schärfefehler bei sich schnell bewegenden Motiven, da er die Bewegung des Motivs nicht antizipieren kann und es möglicherweise auch schwierig ist, diese bewegten Motive im Sucher zu erkennen. Die One-Shot-Fokussierung erfordert eine Schärfespeicherung, bevor das Foto aufgenommen werden kann.

Viele Kameras unterstützen auch einen Autofokusmodus, der den Fokusabstand für sich bewegende Motive kontinuierlich anpasst. Bei Canon-Kameras wird dies als „AI Servo“-Fokussierung bezeichnet, bei Nikon-Kameras als „kontinuierliche“ Fokussierung. Dabei wird auf der Grundlage von Schätzungen der Geschwindigkeit des Motivs aus früheren Fokusentfernungen vorhergesagt, wo sich das Motiv in der Zukunft befinden wird. Die Kamera stellt dann auf diese vorausgesagte Entfernung scharf, um die Auslöseverzögerung (die Verzögerung zwischen dem Drücken des Auslösers und dem Beginn der Belichtung) zu berücksichtigen. Dadurch erhöht sich die Wahrscheinlichkeit einer korrekten Fokussierung bei sich bewegenden Motiven erheblich.

Im Folgenden sind Beispielwerte für die maximalen Nachführgeschwindigkeiten verschiedener Canon Kameras aufgeführt:

Die Werte gelten für idealen Kontrast und ideale Beleuchtung und verwenden das Canon 300mm f/2.8 IS L Objektiv.

Das obige Diagramm sollte auch für andere Kameras eine Schätzung als Faustregel liefern. Die tatsächliche maximale Verfolgungsgeschwindigkeit hängt auch davon ab, wie unregelmäßig sich das Motiv bewegt, vom Motivkontrast und der Beleuchtung, vom Objektivtyp und von der Anzahl der Autofokussensoren, die zur Verfolgung des Motivs verwendet werden. Beachten Sie auch, dass die Verwendung der Schärfenachführung die Batterielebensdauer Ihrer Kamera drastisch verkürzen kann. Verwenden Sie sie daher nur, wenn es notwendig ist.

AUTOFOKUS-HILFSSTRAHL

Viele Kameras sind mit einem AF-Hilfsstrahl ausgestattet, einer Methode des aktiven Autofokus, bei der ein sichtbarer oder infraroter Strahl verwendet wird, um die Autofokus-Sensoren bei der Erkennung des Motivs zu unterstützen. Dies kann in Situationen sehr hilfreich sein, in denen das Motiv nicht ausreichend beleuchtet ist oder der Kontrast für den Autofokus nicht ausreicht. Allerdings hat der AF-Hilfsstrahl auch den Nachteil, dass der Autofokus viel langsamer ist.

Die meisten Kompaktkameras verwenden eine eingebaute Infrarot-Lichtquelle für den AF-Hilfsstrahl, während digitale Spiegelreflexkameras oft entweder einen eingebauten oder externen Kamerablitz verwenden, um das Motiv zu beleuchten. Bei Verwendung eines Blitzes als AF-Hilfslicht kann der AF-Hilfslichtstrahl Probleme bei der Schärfespeicherung haben, wenn sich das Motiv zwischen den Blitzauslösungen stark bewegt. Die Verwendung des AF-Hilfsstrahls wird daher nur bei unbewegten Motiven empfohlen.

PRAXIS: AKTIONSFOTOS

Der Autofokus funktioniert bei Action-Fotos fast immer am besten, wenn die AI-Servo-Funktion oder der Serienmodus verwendet werden. Die Schärfeleistung kann erheblich verbessert werden, indem sichergestellt wird, dass das Objektiv nicht über einen großen Bereich von Schärfeentfernungen suchen muss.

Die vielleicht am meisten unterstützte Methode, dies zu erreichen, ist die Vorfokussierung der Kamera in einer Entfernung, in der das sich bewegende Motiv voraussichtlich durchlaufen wird. Im Beispiel des Motorradfahrers auf der rechten Seite könnte man in der Nähe des Straßenrandes vorfokussieren, da man davon ausgeht, dass der Motorradfahrer in dieser Entfernung vorbeifährt.

Einige Spiegelreflexobjektive verfügen auch über einen Schalter für die Mindestfokussierentfernung; wenn man diesen auf die größtmögliche Entfernung einstellt (unter der Annahme, dass das Motiv nie näher kommt), kann man die Leistung ebenfalls verbessern.

Allerdings ist zu beachten, dass im kontinuierlichen Autofokus-Modus auch dann Aufnahmen gemacht werden können, wenn der Schärfespeicher noch nicht erreicht ist.

PRAXIS: PORTRAITS & ANDERE STILL-PHOTOS

Standbilder werden am besten mit dem One-Shot-Autofokus-Modus aufgenommen, der sicherstellt, dass der Schärfespeicher vor Beginn der Belichtung erreicht wurde. Die üblichen Anforderungen an den Schärfepunkt (Kontrast und starke Beleuchtung) gelten auch hier, obwohl sichergestellt werden muss, dass sich das Motiv nur wenig bewegt.

Für Porträts ist das Auge der beste Schärfepunkt – sowohl weil es ein Standard ist als auch weil es einen guten Kontrast hat. Obwohl der zentrale Autofokus-Sensor in der Regel am empfindlichsten ist, wird die genaueste Fokussierung mit den dezentralen Fokuspunkten bei dezentralen Motiven erreicht. Würde man stattdessen das zentrale AF-Messfeld verwenden, um eine Schärfespeicherung zu erreichen (bevor man den Bildausschnitt für ein außermittiges Motiv neu einstellt), liegt die Fokusentfernung immer hinter der tatsächlichen Motiventfernung zurück – und dieser Fehler nimmt bei näheren Motiven zu. Eine genaue Fokussierung ist besonders bei Porträts wichtig, da diese in der Regel eine geringe Schärfentiefe haben.

Da der häufigste Typ von AF-Sensoren der Sensor für vertikale Linien ist, kann es sich auch lohnen, zu überlegen, ob Ihr Fokuspunkt hauptsächlich vertikalen oder horizontalen Kontrast enthält. Bei schlechten Lichtverhältnissen kann man unter Umständen eine Schärfespeicherung erreichen, die sonst nicht möglich wäre, wenn man die Kamera während des Autofokus um 90° dreht.

In dem Beispiel links besteht die Treppe hauptsächlich aus horizontalen Linien. Wenn man in der Nähe des hinteren Teils der vorderen Treppe fokussieren würde (um die scheinbare Schärfentiefe mit Hilfe der hyperfokalen Entfernung zu maximieren), könnte man einen fehlgeschlagenen Autofokus vermeiden, indem man die Kamera während des Autofokus zunächst im Querformat ausrichtet. Anschließend könnte man die Kamera während der Belichtung wieder ins Hochformat drehen, wenn man das möchte.

In diesem Tutorial wurde der Schwerpunkt auf die Art und Weise gelegt, wie man fokussiert – nicht unbedingt darauf, wo man fokussiert. Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie in den Tutorials zur Schärfentiefe und zum hyperfokalen Abstand.