Naročite se na enovice

http://www.e-fotografija.si/tecaji-delavnice-predavanja,1228.html
 http://www.cyberstudio.si/
http://www.facebook.com/pages/e-Fotografija/201306676587
>

Avtomatsko ostrenje (AF) – Kako deluje?

Avtor:Matjaž Intihar
16.02.2016 18:39

 

O praktični uporabi AF (avtomatskega ostrenja) sem že napisal dva članka. V prvem so podane začetne težave, ko fotograf iz kompaktnih kamer vstopi med napredne z večjimi tipali (Avtomatsko ostrenje (AF) / Težave s fotografsko opremo). V drugem je nasvet o ostrenju premikajočih motivov (AF-C (AI Servo) / Avtomatsko ostrenje v načinu sledenja objekta).
Objavljen je še članek, ki se tudi navezuje na ostrino (Globinska ostrina v pokrajinski fotografiji) in članek o (zgodovini AF)

V tokratnem članku predstavljam, kako delujeta dva danes uporabljena AF sistema. S prihodom kamer CSC in novimi AF sistemi z vse več točkami, se je odprlo mnogo novih vprašanj. Proizvajalci nudijo več informacijih in včasih neverjetnih zapisov o tehnoloških rešitvah in funkcijah, ki da so ene in edine. Obenem imamo v kamerah več kakovostnih razredov sistema AF. Da ne bo narobe razumljeno kateri sistem je boljši, da ne bo preveč zapisov kot včasih o številu mega točk, ISO in šumu, s tem člankom in v nadaljevanju s člankom o točkah s katerimi ostrimo, podajam zapis "kako AF sistemi delujejo".

Kot pri mnogo drugih tehničnih napravah tudi pri AF sistemih velja. Na voljo je več kakovostnih razredov, ter načinov izbire delovanja AF. Razen za športno in reportersko fotografijo ni pomemben sistem, ampak kako ga znamo izkoriščati v določenih pogojih in pri motivih, ter kakšne objektive izkoriščamo. V naslednjem članku razložim še delovanje fokusnih točk in kako nam proizvajalci pokažejo ter povedo eno, narejeno je in deluje pa drugače. Zato uporabniška vrednost naših AF sistemov velikokrat ne dosegajo zapisanega, ali pa tehnike niti ne znamo izkoristiti v celoti.

 

Sistema ostrenja

V sodobnih kamerah sta prisotna dva sistema ostrenja. Prvi deluje preko slikovnega tipala (tipalo za zajem slike) in drugi, preko samostojnega tipala (v kamerah DSLR), ki se nahaja na dnu svetlobnega jaška.

Levo CSC kamera z AF preko slikovnega tipala. Desno DSLR kamera s samostojnim AF tipalom, ki se nahaja v spodnjem delu kamere.


Pri kamerah CSC (Sistemske kompaktne kamere / CSC) je na voljo samo sistem preko slikovnega tipala (tipalo za zajem slike), kateri nam AF podaja preko kontrastnega načina. Za razpoznavanje smeri ostrenja in v pomoč kontrastnemu, se v kamerah višjega CSC razreda izkorišča še hibridni sistem AF, ki je v principu delovanja (ne v zajemu svetlobe in tehnologiji), podoben faznemu iz kamer DSLR.
Pri kamerah DSLR sistem preko slikovnega tipala (kontrastni način), uporabljamo ob fotografiranju preko zaslona in snemanju videa. V vseh video sistemih je v uporabi prav kontrastni način AF.

Kadar s kamero DSLR fotografiramo preko iskala, sta v uporabi zrcalo ter mehanični zaklop. V tem primeru se uporablja posebno tipalo, ki je namenjeno samo za AF in deluje po principu faznega ostrenja. Razlika med kamerami "Fotokamere DSLR / SLT / CSC /".

Vsak sistem ima svoje lastnosti, ki lahko bolje služijo določeni skupini fotografov. Hobi fotograf ne bo niti opazil razlike med sistemoma. Pri fotografiranju pokrajine in večini drugih motivov se ne sprašujemo kateri sistem AF kamera uporablja. Le najbolj zahtevni fotografi, kateri potrebujejo najvišjo hitrost in odlično delovanje pri sledenju objekta ter v slabi svetlobi, bodo izbrali sistem s samostojnim tipalom (fazni fokus) v kamerah DSLR iz najvišjega razreda. Ta je v takih pogojih v prednosti.

Kontrastni AF začenja ostriti. Ker ne ve v katero smer, gre levo in desno. Po hitrem preizkusu se mu pridruži še hibridni sistem, ki točno določi smer in nato kontrastni sistem ob največjem kontrastu konča ostritev.
Fazni fokus je trenuten. Svetloba pade na dve tipali, glede odklona sistem takoj ve v katero smer in za koliko mora spremeniti pozicijo leč za izostritev, da se bosta odklona svetlobe združila v isti točki. Seveda je hitrost pogojena še z motornim sistemom premika leč in njihovo težo.

 

Kako deluje AF

V dokaj kratki zgodovini AF (1977 je bila na trg dana prva kamera z AF sistemom - Konica C35AF) smo poznali aktivne kot pasivne sisteme.

Aktivni se je umaknil iz sodobnih kamer. Z zvokom ali IR žarkom se je iskalo hitrost odboja in posledično oddaljenost (članek o zgodovini AF).
Pasivni sistem meri vpadne žarke. Najbolj razširjena pasivna sistema sta danes osnovna za AF v vseh fotokamerah, kot drugih napravah (fotofon - pametni telefon z možnostjo zajema slike).
Prvi deluje z razpoznavanjem kontrasta motiva (kontrastni sistem) preko tipala, ki tudi zajema sliko.
Drugi, deluje na principu poznanega analognega sistema "rangefinder" kamer, ko smo morali z vrtenjem obroča za ostritev združiti dve sliki v iskalu. Danes na posebno tipalo pada svetloba preko objektiva na ločene diode, ki oddajo električne signale v merjenje in poda se ukaz za izostritev (fazni sistem).

Sistem AF preko slikovnega tipala (tipala za zajem slike) deluje z razpoznavanjem kontrasta. Najnovejše CSC kamere iz višjega razreda si poleg kontrastnega merjenja že pomagajo z delnim dodatnim faznim delovanjem za razpoznavanje smeri ostrenja, ki pa še vedno izkorišča diode slikovnega tipala. Imenujemo ga "hibridni sistem"!

Kamere DSLR uporabljajo pri zajemu fotografije fazni način ostrenja, preko posebnega AF tipala. Oziroma, ko delujemo preko "Live view" zaslona in v video načinu ter želimo delovati v stalnem AF, uporabljamo kontrastni sistem s pomočjo hibridnega, kot pri kamerah CSC.

Pri delovanju kontrastnega AF kamera ne ve, v katero smer mora ostriti. Zato obrača leče levo in desno. Fazni AF ve, v katero smer mora izostriti. Kontrastni način AF ima večjo ponovljivo točnost, fazni AF je hitrejši in primeren za fotografiranje v načinu sledenja premikajočega se motiva.

Zgoraj kontrastni, spodaj fazni način delovanja AF. Prvi s premikom leč preko slikovnega tipala išče najvišji kontrast. Ko je ta dosežen je slika izostrena.
Drugi sprejme iz dveh ločenih tipal signala. Glede na smer in oddaljenost signalov, se poda informacijo motorju za premik leč, za koliko in v katero smer se naj zavrtijo.

Levo prikaz zajema svetlobe za kontrastni AF preko slikovnega tipala in ena izmed rešitev dopolnilnega faznega (hibridnega) načina AF. Desno samostojni AF modul v kamerah DSLR, ki deluje na principu faznega AF.

 

Kontrastni sistem

Že ime pove, tipalo išče največji kontrast. Takrat je želeni del motiva izostren. Kontrastni AF je enostaven in natančen, saj se meri svetloba na isti oddaljenosti kot se zajema. Zaradi možnosti stalnega ostrenja je nepogrešljiv pri video AF sistemu in zaradi nižje cene je prisoten v kompaktnih kamerah. V fotografiji je ta sistem za zahtevne povprečen tako v slabi svetlobi kot hitrosti. Ob neostri sliki se na tipalo riše mehka slika. V kontrastne sistemu gre kamera vedno s premikom leč iskati največji kontrast. Vendar ne ve, ali je objekt preblizu ali predaleč, oziroma je treba obrniti leče v desno ali levo. Zato je fokus za zahtevne v hitrosti dela počasnejši, a ponovljivo zelo natančen ob solidni svetlobi. V najnovejših kamerah s kontrastnim AF težavo glede hitrosti (smer ostritve) že delno odpravljajo s prirejenim "hibridnim" faznim merjenjem.
Kontrastni sistem AF deluje skoraj preko celotnega tipala. Predvsem po višini imamo izrazito širše območje merjenja kot ga nudi fazni sistem. Velikost točk je glede na druge sisteme velika. Za merjenje se vzame večje število točk s katerimi zajamemo sliko. Vendar je odvisno od kakovostnega razreda kamere ali je točka večja ali manjša. Boljši sistemi imajo manjše AF točke, da se lahko ostri tudi med detajli. Prav tako je tipalo boljše in bolj občutljivo za razpoznavanje kontrasta.

Kontrastni način deluje preko slikovnega tipala. Ko pritisnemo prožilec do polovice se sproži merjenje AF in svetlobe. Slika je vidna v EVF iskalu ali na zaslonu, V drugem delu pritiska prožilca se tipalo izključi/resetira, slika v iskalu in na zaslonu se izključi in tipalo zajame fotografijo.

Najvišji kontrast poda najbolj ostro sliko.

 

Hibridni sistem (pomoč kontrastnemu)

Ta sistem ni samostojen, je le v dodatno pomoč kontrastnemu. Kontrastni sistem ima težavo v hitrosti, saj ne ve, v katero smer mora izostriti in zato le to večkrat ponavlja. Ob prihodu kamer CSC, ki žele v hitrosti doseči kamere DSLR in nimajo prostora za dodatno zrcalo ter AF tipalo, je možna uporaba samo kontrastnega sistema preko slikovnega tipala. Kmalu se je izkazalo, da je še tako odličen kontrastni AF in najhitrejši algoritmi premalo. Inženirji so povzeli različne ideje in na koncu so spoznali, da se je najbolje držati kakovosti kontrastnega ostrenja in dodati možnost razpoznavanja smeri izostritve. Izkoristili so dodatne točke, ki čeprav v majhni med sebojni oddaljenosti vseeno razpoznajo dve sliki. Za delovanje izkoriščajo na polovico razdeljene točke iz zelenega dela točk Bayerjevega tipala. Ima pa hibridni sistem svojo omejitev in nima tako velikega polja možnosti merjenja kot kontrastni sistem. Zato pri nekaterih kamerah lahko določamo kateri sistem bomo uporabili. Ali samo kontrastni ali še pomoč hibridnega sistema.
Hibridni AF je s pomočjo kontastnega vse bolj kakovosten in predvsem hiter. Nič več ne zaostaja za hitrostjo hobi kamer DSLR. Razvoj gre hitro naprej predvsem zaradi uporabe kamer DSLR v video namene in potrebi po stalnem ostrenju, kar fazni sistem ne zmore.

Hibridnih faznih sistemov je več. Zaradi patentov se vsako podjetje trudi po svoje rešiti težavo kontrastnega ostrenja. V večini primerov se izkoriščajo kar točke pod zelenim filtrom (katerih je toliko kot modrih in rdečih skupaj). Te točke prepolovijo v zajemu svetlobe in dve sosednji AF točki razpoznavata odklon svetlobe. Danes je najbolj napredni hibridni sistem s pomočjo večplastnih točk. Tako ni več potrebe, da nekatere točke namesto za sliko uporabimo za AF. 

 

Fazni sistem 

Leica je leta 1963 prijavila prvi patent za avtomatsko merjenje oddaljenosti. Tehnologija je bazirala na faznem sistemu. Napredne tehnike se skoraj vedno začnejo uporabljati v vojski. Najprej so ga izkoriščali topničarji na vojaških ladjah. Leta 1976 ga je Leica kot prva predstavila v delujoči kameri. Minolta je leta 1985 s kamero Dynax 7000 fazni sistem prva dala na trg. Sistem se v polnem imenu podaja kot "Through The Lens Secondary Image Registration Phase Detection Autofocus", ker gre odbita svetloba od motiva preko leč na drugo zrcalo in drug medij (tipalo) kot se potem izriše slike.

Danes je fazni sistem tehnološko izreden, zahteven za izdelavo, vgradnjo in obenem hiter ter natančen. V najvišji izvedbi zadovolji tudi najbolj zahtevne športne ter reporterske fotografe. Diode, ki so na posebnem tipalu ne razpoznavajo kontrasta, ampak se preko njih v procesor usmeri ojačan električni signal slike iz dveh smeri. Zato fazni AF dobro deluje tudi v slabši svetlobi. Ko sta signala izenačena je slika izostrena. Prednost faznega načina je tudi v tem, da sistem za ostrenje ve v katero smer in celo za koliko mora obrniti leče. S tem je zagotovljena višja hitrost izostritve. Slabost faznega AF sistema je, da sta enota za merjenje in tipalo na drugem koncu. Tako mora biti kalibracija in vstavitev senzorja izredno natančna. Prav tako lahko odstopa prenos v samem objektivu. To težavo poznamo kot "front/back" fokus. V sodobnih kamerah lahko za vsak objektiv posebej naredimo kalibracijo glede na AF tipalo. In še to. Najhitrejši, natančen in delujoč AF v zelo slabi svetlobi je samo v PRO kamerah. Seveda je ta najvišja odličnost pogojena še z dobro svetlobo kot tudi s svetlobno močjo objektiva.

Svetlobni žarki preko zrcala in dodatnih leč padajo na dva ločena tipala. Če žarka nista na enaki oddaljenosti sistem izračuna odklon in preko procesorja pošlje podatke enoti za ostrenje v objektivu. Sprva je bil sistem z eno ali tremi točkami ostrenja enostaven. Danes, ko je točk vse več in so vse bolj oddaljene od optične osi objektiva je fazni sistem postal zelo zapleten, natančen in občutljiv na napake. Več v članku o fokusnih točkah in načinu ostrenja.

Fazno AF tipalo je v zadnjih izvedbah tehnološko zelo zahtevna naprava. V majhni škatlici so vgrajene leče, zaslonke in tipala. V višji razred kamer gremo tehnološko bolj napredna je merilna naprava. V hobi kamerah ima AF tipalo križne in samo horizontalne točke, ki delujejo bolj v centralnem delu optične osi, ki jo poda objektiv pri svetlobni moči f/5,6. Napredni sistemi imajo več križnih točk v širšem polju, profesionalni pa tudi diagonalna tipala, ki omogočajo merjenje v širšem polju, katerega dobimo ob uporabi objektivov s svetlobno močjo f/2.8 in več.

 

Kot za druge fotografu odlične pripomočke, tudi za sodoben avtomatski sistem ostrenja velja. AF ni vsemogočen sistem, ki nam lahko vedno pomaga, kaj šele, da sam od sebe odlično deluje v vseh pogojih. Ker sta kontrastni in fazni sistem pasivna, mora imeti motiv nekaj različnih tonskih vrednosti, da se lahko izvrši ostritev. Najbrž ste že neuspešno poizkušali izostriti nebo, mogoče belo ali drugo tonsko enakomerno površino. Tudi, ko je malo svetlobe, je vse težja in počasnejša izostritev sama.

Prve AF kamere so imele samo eno ostritveno točko. Danes jih imamo na voljo več. Odvisno od razreda kamere je točk več, razporejene so po širši površini in več točk je bolj občutljivih. Kontrastni fokus meri oddaljenost z istim tipalom kot zajema končno sliko. Ta način AF ima lahko točke razporejene po celotni površini tipala.

Fazni fokus v kamerah DSLR ima samostojno tipalo. Ker je ločeno od tipala za zajem slike mora biti izdelano in vpeto v kamero zelo natančno. Širina polja za merjenje, število točk in njihova občutljivost je odvisna od razreda kamere, oziroma njene cene. Fazni fokus je kompleksen in odvisno od svetlobne moči objektiva tudi deluje.

Več o AF, točkah ostrenja in kako ostriti v naslednjih člankih.

 

Zaključek

AF začetki segajo že v 60-ta leta. Za napredne fotografe je leta 1985 Minolta dala na trg malo revolucijo. Kamera Minolta 7000 je že imela AF sistem, ki je deloval preko samostojnega notranjega tipala. Sam sem ob branju prvih člankov malo dvomil v AF. Spraševal sem se, kako bo kamera vedela kje želim ostriti. Po lastnem preizkusu sem bil navdušen. Seveda, za PRO delo sistem še ni bil tisto pravo, za hobi fotografijo je AF že postal pomemben pripomoček za lažje in bolj natančno ostrenje.

Danes pri hitrem načinu fotografiranja brez AF ne gre več. Za odličnost delovanja so v vseh teh letih dodelali fazni AF, v natančen in hiter, vendar ze napake zelo občutljivi sistem. Za lažje kadriranje so nam dodali široko polje točk, katere lahko sami izbiramo. Sistem je tudi vse bolj svetlobno občutljiv in dobro deluje v zelo slabi svetlobi, posledično slabemu kontrastu motiva.
AF zna slediti premikajočemu motivu v zaporednem fotografiranju. Toda vedno si želimo še več in prav to je gonilo razvoja, da inženirji ne zaspijo. Če pomislim na prve kamere z AF, ki so prišle na trg v 80-tih in sedanje, je natančnost in hitrost AF sistema neverjetno napredovala. Zanimivo je, da smo ostali brez Canon očesnega AF sistema. V analogni kameri EOS 50e in EOS 3 sem ga uporabljal in je odlično deloval.

Torej! Čakamo tisto kar smo že uporabljali in seveda, še višjo hitrost, natančnost in predvsem nižjo ceno sistema AF, ki pripomore k visoki ceni kamer iz višjih razredov.

 
Avtor: Matjaž Intihar

 

Komentarji

 
  • Deli z drugimi:
  • www.facebook.com