UNDERSTANDING CAMERA AUTOFOCUS

System autofokusa aparatu fotograficznego inteligentnie dostosowuje obiektyw aparatu w celu uzyskania ostrości na obiekcie i może stanowić różnicę między ostrym zdjęciem a niewykorzystaną szansą. Pomimo pozornie prostego celu – ostrości w punkcie ostrości – wewnętrzne działanie systemu ustawiania ostrości w aparacie nie jest niestety tak proste. Ten samouczek ma na celu poprawę jakości zdjęć poprzez przedstawienie sposobu działania autofokusa, dzięki czemu można zarówno w pełni wykorzystać jego zalety, jak i uniknąć jego wad.

Uwaga: Autofokus (AF) działa poprzez wykorzystanie czujników kontrastu w aparacie (pasywny AF) lub poprzez emitowanie sygnału w celu oświetlenia lub oszacowania odległości do obiektu (aktywny AF). Pasywny AF może być realizowany przy użyciu metody detekcji kontrastu lub detekcji fazy, ale obie opierają się na kontraście w celu uzyskania dokładnego autofokusa; dlatego dla celów niniejszego samouczka AF będą traktowane jako jakościowo podobne. Jeśli nie podano inaczej, w niniejszym poradniku przyjęto założenie, że autofokus jest pasywny. Pod koniec omówimy również metodę aktywnego autofokusa z wykorzystaniem wiązki wspomagającej AF.

KONCEPCJA: CZUJNIKI AUTOFOKUSU

Czujniki autofokusa w aparacie są prawdziwym motorem osiągania dokładnej ostrości i są rozmieszczone w różnych matrycach w polu widzenia obrazu. Każdy czujnik mierzy względną ostrość, oceniając zmiany kontrastu w odpowiednim punkcie obrazu – zakłada się, że maksymalny kontrast odpowiada maksymalnej ostrości.

Proszę odwiedzić samouczek na temat histogramów obrazu, aby zapoznać się z kontrastem obrazu.
Uwaga: wiele kompaktowych aparatów cyfrowych używa samego czujnika obrazu jako czujnika kontrastu (używając metody zwanej AF z detekcją kontrastu), a niekoniecznie posiada wiele dyskretnych czujników autofokusa (które są bardziej powszechne przy użyciu metody AF z detekcją fazy). Ponadto powyższy schemat ilustruje metodę AF opartą na detekcji kontrastu; inną metodą jest detekcja fazy, ale nadal opiera się ona na kontraście w celu uzyskania dokładnego autofokusa.

Proces automatycznego ustawiania ostrości zasadniczo przebiega w następujący sposób:
(1) Procesor autofokusa (AFP) dokonuje niewielkiej zmiany odległości ogniskowania.
(2) AFP odczytuje czujnik AF, aby ocenić, czy i o ile poprawiła się ostrość.
(3) Korzystając z informacji z (2), AFP ustawia obiektyw na nową odległość ogniskowania.
(4) AFP może iteracyjnie powtarzać kroki 2-3 do momentu uzyskania zadowalającej ostrości.

Cały ten proces jest zwykle kończony w ciągu ułamka sekundy. W przypadku trudnych obiektów aparat może nie uzyskać zadowalającej ostrości i zrezygnować z powtarzania powyższej sekwencji, co skutkuje nieudanym autofokusem. W przypadku trudnych obiektów aparat może nie uzyskać zadowalającej ostrości i zrezygnować z powtarzania powyższej sekwencji, co spowoduje, że autofokus nie zadziała. Nie oznacza to jednak, że ustawienie ostrości dla wybranego obiektu nie jest możliwe. O tym, czy i dlaczego autofokus może zawieść, decydują przede wszystkim czynniki przedstawione w następnej sekcji.

FAKTORY WPŁYWAJĄCE NA DZIAŁANIE AUTOFOKUSU

Obiekt fotografowany może mieć ogromny wpływ na to, jak dobrze aparat radzi sobie z automatycznym ustawianiem ostrości – często nawet większy niż jakiekolwiek różnice między modelami aparatów, obiektywami lub ustawieniami ostrości. Trzy najważniejsze czynniki wpływające na autofokus to poziom oświetlenia, kontrast obiektu oraz ruch aparatu lub obiektu.

Po lewej stronie pokazano przykład ilustrujący jakość różnych punktów ostrości; przesuń kursor myszy nad ten obraz, aby zobaczyć zalety i wady każdego miejsca ustawiania ostrości.

Zauważ, że każdy z tych czynników nie jest niezależny; innymi słowy, jeden może być w stanie osiągnąć autofokus nawet dla słabo oświetlonego obiektu, jeśli ten sam obiekt ma również ekstremalny kontrast, lub odwrotnie. Ma to ważny wpływ na wybór punktu autofokusa: wybór punktu ostrości, który odpowiada ostrej krawędzi lub wyraźnej fakturze, może zapewnić lepszy autofokus, zakładając, że wszystkie inne czynniki pozostają takie same.

W przykładzie po lewej stronie mieliśmy szczęście, że miejsce, w którym autofokus działa najlepiej, odpowiada również lokalizacji obiektu. Następny przykład jest bardziej problematyczny, ponieważ autofokus działa najlepiej na tle, a nie na obiekcie. Przesuń kursor myszy po poniższym obrazie, aby wyróżnić obszary o dobrej i słabej wydajności.

Na zdjęciu po prawej stronie, jeśli ktoś skupiłby się na szybko poruszających się źródłach światła za obiektem, ryzykowałby nieostrością obiektu, gdy głębia ostrości jest płytka (tak jak w przypadku słabo oświetlonego ujęcia akcji, takiego jak to).

Alternatywnie, skupianie się na zewnętrznym podświetleniu obiektu byłoby być może najlepszym podejściem, z zastrzeżeniem, że to podświetlenie zmieniałoby strony i intensywność szybko w zależności od lokalizacji ruchomych źródeł światła.

Jeśli aparat miałby trudności z ustawieniem ostrości na zewnętrznym podświetleniu, punktem ostrości o niższym kontraście (ale nieruchomym i dość dobrze oświetlonym) byłaby stopa obiektu lub liście na ziemi w tej samej odległości co obiekt.

Co jednak utrudnia powyższe wybory, to fakt, że decyzje te często muszą być przewidywane lub podejmowane w ciągu ułamka sekundy. Dodatkowe techniki automatycznego ustawiania ostrości na nieruchomych i ruchomych obiektach zostaną omówione w odpowiednich sekcjach pod koniec tego poradnika.

LICZBA & TYP PUNKTÓW AUTOFOKUSU

Wytrzymałość i elastyczność autofokusa wynika przede wszystkim z liczby, położenia i typu punktów autofokusa dostępnych w danym modelu aparatu. Wysokiej klasy lustrzanki mogą mieć 45 lub więcej punktów autofokusa, podczas gdy inne aparaty mogą mieć tylko jeden centralny punkt AF. Poniżej przedstawiono dwa przykładowe układy czujników autofokusa:

Kamery użyte w lewym i prawym przykładzie to odpowiednio Canon 1D MkII i Canon 20D.
W przypadku tych aparatów autofokus nie jest możliwy dla przysłon mniejszych niż f/8,0 i f/5,6.

Przedstawiono dwa typy czujników autofokusa:
+ czujniki typu krzyżowego (dwuwymiarowe wykrywanie kontrastu, większa dokładność)
l czujniki linii pionowej (jednowymiarowe wykrywanie kontrastu, mniejsza dokładność)

Uwaga: „Czujnik linii pionowej” jest tak nazywany tylko dlatego, że wykrywa kontrast wzdłuż linii pionowej.
Ironicznie, ten typ czujnika jest zatem najlepszy w wykrywaniu linii poziomych.

W przypadku lustrzanek liczba i dokładność punktów autofokusa może również zmieniać się w zależności od maksymalnego otworu przysłony używanego obiektywu, jak pokazano powyżej. Jest to ważny aspekt przy wyborze obiektywu do aparatu: nawet jeśli nie planujesz używać obiektywu przy maksymalnym otworze przysłony, ten otwór przysłony może pomóc aparatowi w uzyskaniu lepszej dokładności ustawiania ostrości. Ponadto, ponieważ centralny czujnik AF jest prawie zawsze najdokładniejszy, w przypadku obiektów znajdujących się poza środkiem często najlepiej jest najpierw użyć tego czujnika, aby uzyskać blokadę ostrości (przed ponownym skomponowaniem kadru).

Wielokrotne punkty AF mogą współpracować ze sobą w celu uzyskania lepszej niezawodności lub mogą działać oddzielnie w celu uzyskania lepszej specyficzności, w zależności od wybranego ustawienia aparatu. Niektóre aparaty posiadają również funkcję „automatycznej głębi ostrości” dla zdjęć grupowych, która zapewnia, że grupa punktów ostrości znajduje się na akceptowalnym poziomie ostrości.

Tryb AF: CONTINUOUS & AI SERVO vs. ONE SHOT

Najszerzej obsługiwanym trybem ustawiania ostrości w aparacie jest jednokrotne ustawianie ostrości, które jest najlepsze dla nieruchomych obiektów. Tryb one shot jest podatny na błędy ostrości dla szybko poruszających się obiektów, ponieważ nie może przewidzieć ruchu obiektu, oprócz potencjalnie również utrudniając wizualizację tych ruchomych obiektów w wizjerze. One shot focusing wymaga blokady ostrości przed zrobieniem zdjęcia.

Wiele aparatów obsługuje również tryb autofokusa, który stale dostosowuje odległość ostrości dla poruszających się obiektów. Aparaty Canon określają to jako „AI Servo” ustawianie ostrości, natomiast aparaty Nikon jako „ciągłe” ustawianie ostrości. Działa to na zasadzie przewidywania, gdzie obiekt będzie się znajdował w przyszłości, na podstawie szacunków prędkości obiektu z poprzednich odległości ogniskowania. Następnie aparat ustawia ostrość na tę przewidywaną odległość z wyprzedzeniem, aby uwzględnić opóźnienie migawki (opóźnienie pomiędzy naciśnięciem spustu migawki a rozpoczęciem ekspozycji). Zwiększa to znacznie prawdopodobieństwo poprawnego ustawienia ostrości w przypadku poruszających się obiektów.

Przykładowe maksymalne prędkości śledzenia są przedstawione poniżej dla różnych aparatów firmy Canon:

Wartości dotyczą idealnego kontrastu i oświetlenia oraz wykorzystują obiektyw Canon 300mm f/2,8 IS L.

Powyższy wykres powinien również stanowić podstawowe oszacowanie dla innych aparatów. Rzeczywiste maksymalne prędkości śledzenia zależą również od tego, jak bardzo nieregularnie porusza się obiekt, kontrastu obiektu i oświetlenia, typu obiektywu oraz liczby czujników autofokusa używanych do śledzenia obiektu. Należy również pamiętać, że korzystanie ze śledzenia ostrości może drastycznie skrócić czas pracy akumulatora aparatu, dlatego należy z niego korzystać tylko w razie potrzeby.

AUTOFOCUS ASSIST BEAM

Wiele aparatów jest wyposażonych w wiązkę wspomagającą AF, która jest metodą aktywnego autofokusa wykorzystującą widzialną lub podczerwoną wiązkę, aby pomóc czujnikom autofokusa w wykryciu obiektu. Może to być bardzo pomocne w sytuacjach, gdy obiekt nie jest odpowiednio oświetlony lub ma niewystarczający kontrast dla autofokusa, chociaż wiązka wspomagająca AF ma również wadę w postaci znacznie wolniejszego działania autofokusa.

Większość aparatów kompaktowych korzysta z wbudowanego źródła światła podczerwonego do wspomagania AF, natomiast lustrzanki cyfrowe często używają wbudowanej lub zewnętrznej lampy błyskowej do oświetlania obiektu. W przypadku korzystania z lampy błyskowej do wspomagania AF, wiązka wspomagająca AF może mieć problemy z uzyskaniem blokady ostrości, jeśli obiekt znacznie się poruszy pomiędzy kolejnymi błyskami lampy. Dlatego korzystanie z wiązki wspomagającej AF jest zalecane tylko w przypadku nieruchomych obiektów.

W PRAKTYCE: ZDJĘCIA AKCJI

Autofokus prawie zawsze będzie działał najlepiej w przypadku zdjęć akcji, gdy używany jest tryb serwo AI lub tryb ciągły. Wydajność ustawiania ostrości można znacznie poprawić poprzez zapewnienie, że obiektyw nie będzie musiał przeszukiwać dużego zakresu odległości ogniskowania.

Prawdopodobnie najbardziej uniwersalnym sposobem osiągnięcia tego celu jest wstępne ustawienie ostrości w aparacie w odległości, w której spodziewamy się, że poruszający się obiekt przejdzie. W przykładzie z rowerzystą po prawej stronie można wstępnie ustawić ostrość w pobliżu pobocza drogi, ponieważ można się spodziewać, że rowerzysta przejedzie w pobliżu tej odległości.

Niektóre obiektywy lustrzanek mają również przełącznik minimalnej odległości ogniskowania; ustawienie jej na największą możliwą odległość (zakładając, że obiekt nigdy nie będzie bliżej) może również poprawić wydajność.

Ostrzegamy jednak, że w trybie ciągłego autofokusa można nadal wykonywać zdjęcia, nawet jeśli nie została jeszcze osiągnięta blokada ostrości.

W PRAKTYCE: PORTRETY & INNE ZDJĘCIA

Zdjęcia najlepiej wykonywać przy użyciu trybu jednokrotnego autofokusa, który zapewnia osiągnięcie blokady ostrości przed rozpoczęciem ekspozycji. W przypadku portretów najlepszym punktem ostrości jest oko – zarówno dlatego, że jest to punkt standardowy, jak i dlatego, że charakteryzuje się dobrym kontrastem. Chociaż centralny czujnik autofokusa jest zazwyczaj najbardziej czuły, najdokładniejsze ustawianie ostrości uzyskuje się przy użyciu punktów ostrości znajdujących się poza środkiem kadru w przypadku obiektów znajdujących się poza środkiem. Jeśli zamiast tego użyjemy centralnego punktu AF, aby uzyskać blokadę ostrości (przed ponownym ustawieniem ostrości dla obiektu znajdującego się poza środkiem kadru), odległość ustawiania ostrości będzie zawsze mniejsza od rzeczywistej odległości od obiektu – błąd ten wzrasta w przypadku bliższych obiektów. Dokładne ustawianie ostrości jest szczególnie ważne w przypadku portretów, ponieważ mają one zazwyczaj płytką głębię ostrości.

Ponieważ najczęściej stosowanym typem czujnika AF jest czujnik linii pionowej, warto również rozważyć, czy punkt ostrości zawiera głównie kontrast pionowy czy poziomy. W warunkach słabego oświetlenia można uzyskać blokadę ostrości, która nie byłaby możliwa w innym przypadku, obracając aparat o 90° podczas autofokusa.

W przykładzie po lewej stronie, schody składają się głównie z poziomych linii. Jeśli ktoś chciałby ustawić ostrość w pobliżu tylnej części schodów na pierwszym planie (aby zmaksymalizować pozorną głębię ostrości przy użyciu odległości hiperfokalnej), mógłby uniknąć nieudanego autofokusa, najpierw orientując aparat w trybie krajobrazu podczas autofokusa. Następnie można obrócić aparat z powrotem do orientacji pionowej podczas ekspozycji, jeśli jest to pożądane.

Zauważ, że nacisk w tym poradniku został położony na *jak* ustawić ostrość – niekoniecznie *gdzie* ją ustawić. Więcej informacji na ten temat można znaleźć w poradnikach na temat głębi ostrości i odległości hiperfokalnej.

.