Hur fungerar autofokus faktiskt?

Autofokus är en funktion av moderna kameror som är lätta att ta för givet. Men har du någonsin slutat att fråga dig själv hur det fungerar? Att fokusera en manuell lins kan vara en noggrann och frustrerande process, särskilt för amatörer - så hur gör din smartphone det så lätt?

Det visar sig att det faktiskt finns flera teknologier som används för att uppnå autofokus. Låt oss börja med att förklara vad fokus är och hur kan datorn i din telefon manipulera den för att få en skarp bild.

Hur fokus fungerar

Linsen i din smartphone-kamera 6 Anledningar till din smartphone är den bästa kameran du äger 6 Anledningar Smartphone är den bästa kameran du äger Det kan inte vara en digital SLR, men din smartphone stansar långt över sin vikt när det gäller fotografering. Nästa gång du går ut, lämna din gamla punkt och skjuta hemma. Read More har samma syfte som linsen i ögat: att ta det ljus som träffar det och projektera det på en sensor så att en bild kan spelas in.

Den exakta krökningen i linsen dikterar hur långt sensorn måste vara för att skapa en klar bild. Om du någonsin har använt ett förstoringsglas för att bränna ved på en solig dag, vet du att det måste hållas på exakt rätt avstånd för att fokusera ljuset.

Samma händer med kameror: Om avståndet är fel är bilden ute av fokus och därför suddig. Detta avstånd är känt som linsens “fokus på djupet”.

För att komplicera saker ändras vinkeln på vilken ljus träffar en lins. En smalare lins fokuserar parallella ljusstrålar från en avlägsen källa men försvinner det vinklade ljuset som kommer från perifera objekt. En mer krökt lins skulle göra motsatsen.

Videon nedan går in i en detaljerad förklaring av hur linser fungerar, om du är intresserad:

Du kan se denna effekten själv genom att hålla två tummar, en nära ditt ansikte och den andra i armlängden. Om du stänger ett öga, kommer du att upptäcka att du kan flytta ditt fokus mellan tummen. När den fjärde är klar blir den närmaste suddig och vice versa.

Vid ditt öga, Fokusförändringen görs genom att använda små muskler för att fysiskt ändra linsens form. Överkraftiga dessa muskler däckar dem, vilket är anledningen till att du får ögonsträckan från att titta på närbildsobjekt för länge.

I kameror, som använder styva plast- eller glaslinser, är hela linsen monterad på en motor, som kan ändra sitt avstånd från sensorn för att uppnå önskat fokus. Objekt som ligger på rätt brännvidd kommer att vara skarpa när objekt som är för nära eller för långt kommer att vara suddiga.

Frågan är hur känner kameran rätt avstånd för linsen?

Metoder för aktiv autofokus

Den enklaste metoden för autofokus är att använda a mekaniskt system som finner avståndet till motivet i bilden, använder sedan det för att diktera fokus.

Det tidigaste patentet, som arkiverades av Polaroid 1986, använde sonar. Det pulserade målet med ultraljud och använde ekot för att bestämma avståndet. Detta fungerar, men kan falla avoul när du skjuter genom klart, men fast ytskiktigt glas. Om du försöker ta en bild ut genom ett fönster, kommer autofokusfunktionen att upptäcka ekot från glaset och fokusera på det, vilket ger bilden bortom det en suddighet.

Fler moderna system använder ljus, specifikt infrarött ljus. De producerar en puls av IR-ljus och antingen mäter den mängd som reflekteras tillbaka eller den tid det tar för ljuset att återvända, använd sedan denna information för att bestämma avståndet. Om du tittar på telefonens kamera och ser två små dioder bredvid det är det förmodligen hur telefonen beräknar fokus.

Detta tillvägagångssätt är enkelt och tenderar att fungera ganska bra, men det har nackdelar. Vissa ytor absorberar infrarött ljus vilket kan leda till en felaktig avståndsavläsning. Utöver det kan någon IR-källa (som en öppen flamma eller ett glödande glödlampa) överväldiga det återkommande ljuset och göra autofokusen oanvändbar. Försök att undvika dessa scenarier om du vill få bra bilder med en aktiv autofokuskamera.

Så, vad är alternativet?

Metoder för passiv autofokus

Passiv autofokus kan vara mycket dyrare att implementera, så du brukar se den främst på SLR-kameror (både digital och analog). Passiv autofokus fungerar genom att utföra en matematisk analys på själva bilddata för att bestämma om den är i fokus eller inte.

Den vanligaste formen av passiv autofokus är “kontrastdetektering”, som Provera en eller flera bildremsor från mitten av bilden och mäter pixel-till-pixelkontrast, Justera linsen för att försöka hitta konfigurationen som maximerar denna kontrast.

Detta fungerar eftersom oskarpa bildregioner i sig har mindre kontrast, och eftersom den här metoden inte förväxlas av IR-ljuskällor eller materialytor är den mer robust än aktiv autofokus. På ett sätt är detta det mest exakta sättet att döma fokus eftersom det direkt mäter bildens skärpa.

Det är faktiskt så effektivt att det även kan fokusera genom en lins som ändrar kamerans brännegenskaper - ett scenario där alla andra inställningar misslyckas. På nackdelen kan kontrastdetekteringen ta ett tag för att hitta ett bra fokus (eftersom det måste testa många möjligheter) och det kan ha problem med scener som saknar hög kontrast (som i fotografering med lågt ljus En upplysande guide till lågljusfotografi En Lysande guide till fotografering med låg ljus Om fotografering handlar om att fånga ljus, hur tar man foton när ljuset är knappt? Läs mer).

En annan metod för passiv autofokus kallas “fasdetektering”, som använder två mikrolinser för att fånga prover av inkommande ljus och projicera dem på två sensorer. Genom att analysera skillnaden mellan dessa bilder kan kameran mycket exakt bestämma hur parallellt ljusstrålarna kommer in i kameran och använd denna information för att uppnå rätt fokus.

Det här är ett väldigt snabbt sätt att bestämma optisk fokusering, men det är dyrt på grund av behovet av extra linser, speglar och sensorer, så du får se det mer i avancerade ställen än på DSLR-kameror på avancerad nivå. För nya fotografer De bästa DSLR: erna för nya fotografer Om du vill ta fotografikunskap till nästa nivå, eller om du känner någon annan som gör det, är det inte bättre än att komma in i DSLR-kamerans värld. Läs mer . Inte bara det, men det kan vara mindre noggrant än kontrastdetektering, speciellt för komplicerade ämnen som har komponenter på flera djup.

Mer nyligen har vi börjat se “hybrid” passiva autofokussystem uppskattas, vilket använd fasdetektering för att hoppa till ett bra fokus, använd sedan kontrastdetektering för att göra små förbättringar för bästa möjliga fokus. På många sätt erbjuder dessa kameror bäst av båda världar (hastighet och noggrannhet) men de är för tillfället mycket dyr. Förhoppningsvis kommer kostnaderna att minska under de närmaste åren.

Autofokus och dig

Det här är de fyra huvudsakliga metoderna för autofokus som används gemensamt idag. I framtiden kan vi se “ljusfältkameror Lytro Light Field Camera: Snap Happy eller Photo Gimmick? Lytro Light Field Camera: Snap Happy eller Photo Gimmick? Beskriven av en anställd som "den första stora förändringen i fotografering sedan fotografering har uppfunnits" är Lytro Light Field-kameran verkligen en revolutionerande enhet. Kameran skakar upp saker genom att ersätta mycket av den tunga ... Läs mer ” bli mer populär, vilket tar bilder på alla möjliga sätt och väljer den bästa. Fram till dess måste vi arbeta kring begränsningarna av tillgänglig teknik.

Så hur får du bra bilder 5 sätt att undvika oskärpa med en smartphone-kamera 5 sätt att undvika oskärpa med en smarttelefonkamera Jag tror att det är säkert att anta att de flesta tar sina kamerakameror för givet, trots de språng som gjorts i pocketable-bild- tar teknik. Tyvärr producerar mycket av tiden våra smartphones alltför suddiga ... Läs mer av en autofokus kamera?

• Det viktigaste är att håll kameran stadigt och se till att fokuset har helt konvergerat. Det går dubbelt om du använder ett kontrast- eller intervallbaserat autofokussystem som kan behöva några sekunder för att hitta rätt fokus.
• Du måste också se till att Ditt ämne ligger på rätt autofokuspunkt, vanligtvis i sökarens centrum men inte alltid. Det här är något som nästan alla autofokussystem beror på.
• Slutligen behöver du var medveten om tekniken du använder och se till att din scen är en bra match för den. Försök inte direkt fokusera på en ljus IR-ljuskälla med ett aktivt system. Om du använder ett kontrastbaserat system, undvik att ta foton som är en enda färg (som en tom vägg) och undvika att ta bilder på natten.

Bortsett från det behöver du ganska mycket inte tänka på det. På ett sätt är det sånt.

Är du fotograf? Har du några tips att dela för att hantera autofokus? Vad är din favorit kamera? Låt mig veta i kommentarerna!

Bildkrediter: “Samsung Galaxy S5“, “SLR“, “DSLR“, av Wikimedia

Utforska mer om: Kameralins, DSLR, Fotografi, Smartphone Photography.