На заре своего появления системы автоматической фокусировки действительно являлись таким себе фокусом-покусом. Это сейчас мы не представляем себе жизнь без автофокуса, а ведь совсем недавно все пользовались и даже не предполагали о том, что автоматика сможет чётко зацепить объект съёмки.

Впервые об автофокусе заговорили в 70-х годах прошлого века. Тогда отличилась немецкая компания Leica , которая разработала и первый автофокусный объектив, и представила в 1976 г. первую фотокамеру, оснащённую системой автоматической фокусировки. Ею стала Leica Correfot , показанная в качестве прототипа на выставке Photokina-1976 .

Но производить автофокусные системы немецкая компания не спешила и продала технологию компании Minolta , которая благодаря эффективному внедрению автофокуса в свои зеркалки к середине 1980-х гг. стремительно вырвалась в лидеры по продажам фототехники. Параллельно разработкой систем автоматической фокусировки занимались другие корпорации (Canon, Seiko, Polaroid, Pentax и т.п.) и технология вышла в массы.

Сильно вдаваться в технические подробности работы систем автоматической фокусировки мы пока не будем. Но “на пальцах” попробуем рассказать о том, как же они функционируют.

На сегодняшний день существует два основных вида автофокуса: фазовый и контрастный , а такжеих симбиоз, который называется гибридным .

Фазовый автофокус

Этот вид фокусировки во всю используется в зеркалках. В его основу положен принцип разности фаз светового потока, который поступает в объектив. Разницу определяют специальные датчики, которые размещаются в непосредственной близости от матрицы фотокамеры.

Принцип действия системы фазовой автофокусировки наглядно продемонстрирован на картинке ниже. Световой поток поступает через противоположные края объектива на основное зеркало, где разделяется на части: часть уходит к видоискателю, а ещё часть – непосредственно к дополнительному зеркалу, которое отбивает лучи на датчики фокусировки. Если световые лучи после прохождения зеркала и фокусировочной линзы сфокусируются в одной точке, значит, объект съёмки находится в фокусе. Если объектив сфокусирован ближе или дальше объекта съёмки, расстояние между лучами соответственно будет меньше или больше. В этом случае в работу включается процессор, который вычисляет направление и величину, на которую нужно сдвинуть фокусировочную линзу.

Даже невооружённым глазом прослеживается прямая зависимость работы автофокуса от светосилы объектива. И действительно, чем больше света поступает на переднюю линзу объектива, тем больше его будет отбито и тем лучше сработают датчики автоматической фокусировки. При этом всё равно, на сколько вы прикроете диафрагму – она закроется до заданного значения только в момент спуска затвора, а в процессе фокусировки диафрагма будет открыта по максимуму. Т.е. имея в своём арсенале объектив со светосилой f/1.2-1.4, можно рассчитывать на более высокую скорость и точность фокусировки. С другой стороны, это нивелируется тем, что более светосильные объективы имеют более сложную и массивную систему линз, а значит, весь этот механизм мотору сложнее ворочать. Кроме того, большая светосила подразумевает гораздо меньшую глубину резкости, в которую нужно фазовым датчикам попасть. Яркий тому пример – один из самых медленных (если не самый медленный) объектив у Canon – EF 85mm f/1.2L II USM .

На следующей иллюстрации наглядно показаны такие явления, как бэк-фокус и фронт-фокус:

• фокус ближе – бэк-фокус ;
• фокус дальше – фронт-фокус .

Сами фазовые датчики могут быть линейными (горизонтальными и вертикальными ) и крестовыми (в т.ч. двойными крестовыми ). Остановимся на них подробнее в ближайших материалах.

Контрастный автофокус

Этот метод фокусировки вовсю используется в компактах и беззеркалках. Не стесняются ставить контрастные датчики и в зеркалки – они обеспечивают наводку на резкость в режиме LiveView, когда фазовые датчики работать не могут.

В основе работы системы контрастной автофокусировки лежит принцип сравнения контраста изображения, которое поступает на матрицу фотоаппарата. Процессор фотокамеры анализирует гистограмму и смещает линзы объектива, чтобы посмотреть, насколько изменится при этом контраст. Если уровень контраста пойдёт вниз – точка фокусировки начнёт смещаться в обратную сторону. Если контраст повысится – точка фокусировки продолжит своё смещение в данную сторону, пока не удастся достичь максимального значения контраста. Т.е. процесс продолжается до тех пор, пока точка фокусировки не достигнет максимального контраста и не вернётся к точке, после которой его уровень начал снижаться. В этом случае объект съёмки и будет сфокусирован. Большое преимущество контрастной фокусировки над фазовой – в том, что с ней не бывает бэк- и фронт- фокуса.

Для просмотра наведите курсор мыши в правый верхний угол и покрутите ползунок вперёд/назад (визуализация – http://graphics.stanford.edu/courses/cs178/applets/autofocusCD.html)

Гибридный автофокус

На сегодняшний день данный вид систем автоматической фокусировки становится всё популярнее. И не зря – он объединяет в себе преимущества обеих систем и нивелирует их недостатки.

Работает он примерно следующим образом: фазовые датчики, которые расположены непосредственно на матрице фотокамеры, обеспечивают первичную наводку на резкость. В дальнейшем подключаются контрастные датчики, которые корректируют разность контраста изображения и окончательно фокусируют камеру на объекте съёмки.

Пожалуй, одно из главных преимуществ гибридных систем автоматической фокусировки – отсутствие бэк- и фронт-фокуса. Это объясняется тем, что наводка на резкость происходит непосредственно на матрице фотоаппарата. Ещё один немаловажный плюс – компактные размеры гибридной системы автофокуса и отсутствие необходимости юстировки сего механизма. Но есть и ложка дёгтя – по скорости работы в следящем режиме гибридный автофокус всё ещё не дотягивает до фазового.

Если хотите более подробно узнать о работе систем автоматической фокусировки (с формулами и расчётами), отписывайтесь в комментариях. Если наберётся достаточное количество желающих, мы обязательно напишем отдельный материал на эту тему.

Две стороны медали

Камера Nikon D5200. Высочайшая точность 39-точечной системы АФ с девятью крестообразными датчиками обеспечивает исключительную резкость изображений благодаря четкой фокусировке на выбранном объекте.

В современных камерах сейчас, как правило, используются так называемые пассивные принципы работы автофокуса - фазовый и контрастный. К слову сказать, существуют еще и активные - ультразвуковой и инфракрасный, но их применяют очень мало (в камерах с моментальными снимками и для некоторых компактов).

Фазовый автофокус

Фазовый автофокус традиционно используется в зеркальных фотокамерах (иногда в компактных), тогда как контрастный изначально применяют в незеркальных моделях. В обоих случаях для удачного наведения фокуса главную роль играет контрастность фокусной точки.

Главную функцию в обеспечении работы фазового автофокуса выполняют специальные датчики. Их число варьируется в зависимости от модели фотоаппарата, например, в Nikon D3200 их одиннадцать, тогда как в Nikon D800 - пятьдесят один. С помощью специальных зеркал датчики ловят световые потоки и распределяют их на светочувствительные сенсоры. Датчики фиксируют расстояние между потоками, и если оно соответствует определенному стандартному параметру - наводка точная, если расстояние больше или меньше - нужно фокусироваться еще раз. Таким образом, при наведении объектива камера изначально определяет, верно ли наведен фокус, если нет, то в каком направлении его нужно изменить для достижения наилучшего результата. Скорость фокусировки у фазовой системы высокая и главным образом зависит от расторопности мотора объектива.

Nikon Advanced Multi-CAM 3500FX - наиболее продвинутый модуль автофокусировки на данный момент. 51 датчик, 15 из которых - повышенной точности. Он дает возможность индивидуального выбора и конфигурации настроек зоны покрытия в 9, 21 и 51 точку.

Количество сенсорных датчиков ограничено, они покрывают лишь некоторую часть кадра. Наиболее распространены два типа датчиков - вертикальные и горизонтальные. Совмещая оба варианта, получаем наибольшую точность фокусировки. Последний подход достаточно дорог и технически сложен, так что количество таких датчиков обычно не столь велико, как вертикальных. Также существует нюанс с подбором объектива. И здесь модели с более высокой светосилой (например, f/2.8) предпочтительнее. Высокая светосила позволяет увеличить точность фокусировки, тогда как использование объективов с более низкой светосилой, наоборот, снижает ее скорость фокусировки и порой приводит к тому, что объектив начинает издавать характерные звуки, которые в профессиональном жаргоне часто именуют "рысканьем".

Рассмотрим систему автофокуса на примере Nikon D800. Она насчитывает 51 датчик, из которых 15 - крестообразные. Они расположены вертикально по центру в три ряда. Все 15 действуют с объективами с максимальной диафрагмой не более f/5.6. При диафрагмах f/5.6 - f/8.0 их становится девять, а при значении f/8.0 - всего один крестообразный (центральный) и десять обычных. Схема расположения датчиков аналогична системе автофокуса Nikon D4.

Отметим, что число активных вертикальных датчиков также варьируется в зависимости от диафрагмы объектива, чем "темнее" объектив, тем их меньше. Без автофокуса можно остаться, используя телеконвертеры, например, Nikon TC-20E III с коэффициентом увеличения 2.0х. Если взять объектив с диафрагмой f/5.6, актуальное значение параметра при использовании упомянутого телеконвертера уменьшится на два полных стопа и составит f/11. В этом случае уже придется наводить фокус вручную.

Контрастный автофокус

А что же контрастный автофокус? В последние годы он получил большую популярность в незеркальных цифровых фотокамерах. Суть работы довольно проста: система считывает картинку с матрицы, анализируя степень контрастности точки фокуса, далее принимает решение о корректировки фокуса объектива, для поиска оптимального значения. Процесс повторяется до тех пор, пока система не найдет наилучшее значение контрастности. Все это занимает время, усложняет ситуацию тот факт, что автофокус в начале процесса может ошибочно пойти вперед или назад, это отнимет еще немного времени. Думаем, многим доводилось наблюдать, как камера фокусируется в одном крайнем положении, потом в другом и только после этого начинает "опознавать" объект съемки. Есть и другой момент - пока камера считывает информацию с сенсора, проходит некоторое время. В итоге можно наблюдать ситуацию - кнопку спуска нажали, кадр делается с некоторой задержкой, и момент упущен. Но нет худа без добра: простая рабочая схема (сенсор и объектив) делает ее дешевле и много компактнее, кроме того этот подход обеспечивает более точную работу автофокуса.

Система Nikon 1 совмещает в себе фазовую и контрастную систему автофокуса, что обеспечивает высокую скорость и точность фокусировки везде и всегда.

Отвлечемся от DSLR-камер и вспомним о том, что инженеры Nikon сумели совместить оба подхода в линейке Nikon 1. В камерах серии J и V используется гибридная система автофокуса: в хороших условиях съемки задействуется фазовый подход, при ограниченном освещении - контрастный. Это позволило реализовать полноценную систему следящего автофокуса и существенно ускорить сам процесс.

Бывают случаи, когда ни один из подходов не поможет, возможности сфокусироваться из-за минимального освещения и/или низкого уровня контрастности нет. На такие случаи жизни камеры снабжаются системой активного автофокуса, а именно подсветкой. Она существенно снижает скорость процесса фокусировки, зато позволяет сделать успешный снимок.

Система автоматической фокусировки камеры настраивает объектив, чтобы сфокусироваться на объекте и может обеспечить разницу между чётким снимком и упущенной возможностью. Несмотря на кажущуюся очевидность задачи «чёткость в точке фокусировки», скрытая работа, необходимая для фокусировки, к сожалению, далеко не так проста. Данная глава призвана повысить качество ваших снимков, обеспечив понимание принципов работы автофокуса и тем самым позволив вам извлечь максимум из его возможностей и избежать его недостатков.

Примечание: автофокус (AF) работает либо с использованием сенсоров контраста в камере (пассивный AF ), либо посылая сигнал для подсветки или оценки расстояния до объекта (активный AF ). Пассивный AF может осуществляться методами контрастного или фазового детектора, но оба метода для достижения точного автофокуса опираются на контраст; вследствие этого с точки зрения данной главы они считаются качественно идентичными. Если не указано обратное, данная глава рассматривает пассивный автофокус. Мы рассмотрим также метод вспомогательного луча активного AF ближе к концу.

Концепция: сенсоры автофокуса

Сенсор(ы) автофокуса камеры расположены в различных частях поля зрения изображения и являются целой системой, стоящей за достижением чёткого фокуса. Каждый сенсор измеряет относительный фокус по изменениям контраста в соответствующей области изображения, и максимальный контраст считается соответствующим максимальной резкости.

Изменение фокусировки:		Размытие	Полуфокус	Резкость
	400%	Гистограмма сенсора

Основы контраста изображений описаны в главе о гистограммах изображений .
Примечание: многие компактные цифровые камеры в качестве сенсора контраста используют собственно сенсор изображения (используя метод, называемый контрастным AF) и необязательно оборудованы несколькими дискретными сенсорами автофокуса (которые чаще встречаются при использовании фазового AF). Диаграмма вверху иллюстрирует контрастный метод AF; метод фазового детектора отличается от него, но тоже основывается на контрасте как критерии автофокуса.

Процесс фокусировки в общих чертах работает следующим образом:

1. Процессор автофокуса (AFP) незначительно изменяет дистанцию фокусировки.
2. AFP считывает сенсор AF и оценивает, как и насколько изменился фокус.
3. Используя информацию из предыдущего шага, AFP настраивает объектив на новую дистанцию фокусировки
4. AFP последовательно повторяет предыдущие шаги, пока не будет достигнут удовлетворительный фокус.

Весь процесс обычно занимает доли секунды. В сложных случаях камера может не достичь удовлетворительного фокуса и начнёт повторять вышеописанный процесс, что означает отказ автофокуса. Это ужасный случай «охоты за фокусом», когда камера постоянно гоняет фокус вперёд-назад, не достигая фокусировки. Однако, это не значит, что фокусировка на выбранном предмете невозможна. Следующий раздел рассматривает случаи и причины отказа автофокуса.

Факторы, влияющие на автофокус

Предмет съёмки может иметь огромное влияние на степень успешности автофокуса, зачастую даже большее, чем разница между моделями камер, объективов или параметров фокусировки. Три наиболее важных фактора, влияющих на автофокус, - это степень освещённости, контрастность предмета и движение камеры или предмета .

Пример, иллюстрирующий качество различных точек фокуса, показан слева; наведите курсор на изображение, чтобы увидеть преимущества и недостатки каждой из точек фокуса.

Заметьте, что все эти факторы взаимосвязаны; другими словами, автофокус достижим даже на слабо освещённом предмете, если он имеет при этом высокий контраст, и наоборот. Это имеет важные последствия для вашего выбора точки автофокуса: выбор точки фокуса, которая находится на чёткой границе или выраженной текстуре, поможет достичь лучшего автофокуса , при прочих равных условиях.

Пример слева выгодно отличается тем, что точки наилучшего автофокуса совпадают с положением предмета. Следующий пример более проблематичен, поскольку автофокус лучше работает на фоне, чем на предмете. Наведите курсор на изображение внизу, чтобы отметить области хорошей и плохой работы автофокуса.

На снимке справа, если сфокусироваться на быстродвижущихся источниках света за предметом, сам предмет может оказаться вне фокуса, если глубина резкости невелика (как обычно и бывает при съёмке в условиях низкой освещённости наподобие показанных).

Иначе, фокусировка на внешней подсветке предмета, возможно, была бы наилучшим подходом, за вычетом того, что эта подсветка быстро меняет расположение и интенсивность в зависимости от положения движущихся источников света.

Если сфокусировать камеру на внешней подсветке не удаётся, менее контрастной (но более статичной и достаточно хорошо освещённой) точкой фокуса могут быть выбраны ноги модели или листья на земле на одинаковом расстоянии с моделью.

Однако, вышеописанный выбор затрудняется тем, что его зачастую нужно сделать в течение долей секунды. Дополнительные специфические техники автофокусировки для неподвижных и движущихся объектов будут рассмотрены в соответствующих разделах ближе к концу этой главы.

Количество и тип точек автофокуса

Устойчивость и гибкость автофокуса в первую очередь являются результатом числа, положения и типа точек автофокуса, которые доступны в данной модели камеры. Зеркальные камеры высшего класса имеют 45 точек автофокуса и более, тогда как другие камеры могут иметь даже всего лишь одну центральную точку. Два примера расположения сенсоров автофокуса показаны ниже:

На примерах слева и справа приведены камеры Canon 1D MkII и Canon 50D/500D, соответственно.
Для этих камер автофокус невозможен для диафрагм, меньших чем f/8.0 и f/5.6.

Примечание: «вертикальным» сенсор называется только потому, что обнаруживает контраст
вдоль вертикальной линии. Ирония в том, что такой сенсор, как следствие,
наилучшим образом обнаруживает горизонтальные линии.

Для цифровых зеркальных камер количество и точность точек автофокуса может также меняться в зависимости от максимальной диафрагмы используемого объектива, как показано выше. Это важный фактор при выборе объектива: даже если вы не планируете использовать максимальную диафрагму объектива, она тем не менее может помочь камере достичь более высокой точности автофокуса . Далее, поскольку центральный сенсор автофокуса практически всегда наиболее точен, для предметов вне центра зачастую лучше всего сперва использовать этот сенсор для наведения на фокус (перед изменением композиции).

Несколько сенсоров AF могут работать одновременно для повышения надёжности или по отдельности для повышения своеобразия, в зависимости от выбранных параметров настройки камеры. У некоторых камер есть также «АвтоГРИП», вариант для групповых фотографий, который обеспечивает попадание всех точек кластера фокусировки в приемлемую степень фокуса.

Режимы AF: следящий (AI SERVO) или разовый (ONE SHOT)

Наиболее широко поддерживаемым режимом фокусировки камеры является разовый, который наилучшим образом подходит для статичных изображений. Этот режим подвержен ошибкам фокусировки для быстродвижущихся объектов, поскольку не рассчитан на движение, вдобавок он может затруднить отслеживание движущихся объектов видоискателем. Разовая фокусировка требует достижения фокуса, прежде чем снимок может быть сделан.

Многие камеры поддерживают также режим автофокуса, который непрерывно адаптирует дистанцию фокусировки для движущихся объектов. Камеры Canon называют этот режим «AI Servo», а камеры Nikon - «непрерывной» фокусировкой. Следящий режим работает на основе предположения о местоположении объекта в следующий момент времени на основании расчёта скорости движения объекта по данным предыдущих фокусировок. Камера затем фокусируется на предугаданную дистанцию с опережением для учёта скорости спуска (задержки между нажатием спуска и началом экспозиции). Это существенно повышает вероятность правильной фокусировки на движущихся объектах.

Примеры максимальных скоростей слежения показаны для различных камер Canon ниже:

Значения справедливы для идеальных контраста и освещённости при использовании объектива
Canon 300 мм f/2.8 IS L.

Вышеприведенный график можно использовать для приближённого подсчёта возможностей других камер. Действительные предельные скорости слежения зависят также от того, насколько неравномерно движение объекта, контраста и освещённости объекта, типа объектива и количества сенсоров автофокуса, используемых для слежения. Имейте также в виду, что использование следящего фокуса может значительно сократить время жизни батареи вашей камеры, так что применяйте его только при необходимости.

Вспомогательный луч автофокуса

Многие камеры комплектуются вспомогательным лучом AF, видимым или инфракрасным, который применяется в методе активного автофокуса. Это может быть очень полезно в ситуациях, когда объект недостаточно освещён или недостаточно контрастен для автофокуса, хотя использование вспомогательного луча имеет также и свои недостатки, поскольку автофокус в этом случае работает намного медленнее.

В большинстве компактных камер используется встроенный источник инфракрасного света для работы AF, тогда как цифровые зеркальные камеры часто используют встроенную или внешнюю вспышку для подсветки объекта. При использовании вспомогательной вспышки достичь автофокуса может быть затруднительно, если предмет заметно смещается между вспышками. Поэтому использование вспомогательной подсветки рекомендуется только для неподвижных объектов.

На практике: съёмка движения

Автофокус практически всегда будет лучше всего работать при съёмке движения в следящем (AI servo) или непрерывном режиме. Эффективность фокусировки может значительно повыситься при условии, что объективу не нужно осуществлять поиск в большом диапазоне дистанций фокусировки.

Пожалуй, наиболее универсальный способ этого добиться - это предварительно сфокусировать камеру на области, в которой вы ожидаете появления движущегося объекта . На примере с велосипедистом предфокус может быть осуществлён по обочине дороги, поскольку велосипедист наверняка появится поблизости от неё.

На некоторых объективах для зеркальных камер присутствует переключатель минимальной дистанции фокусировки, установка его на предельно возможную дистанцию (ближе которой предмет ни в коем случае не окажется) также повысит эффективность.

Учтите, однако, что в режиме непрерывного автофокуса снимки могут быть сделаны, даже если точная фокусировка ещё не достигнута.

На практике: портреты и другие статичные снимки

Статичные снимки лучше всего снимать в режиме разового фокуса, который гарантирует, что точный фокус был получен до начала экспозиции. Обычные требования к точке фокусировки касательно контраста и освещённости применимы и здесь, но требуется ещё и незначительная подвижность предмета съёмки.

Для портретов наилучшей точкой фокусировки является глаз, поскольку это стандарт и поскольку он обеспечивает хороший контраст. Несмотря на то, что центральный сенсор автофокуса обычно наиболее чувствителен, наиболее точная фокусировка для нецентральных объектов достигается использованием нецентральных точек фокусировки. Если использовать центральную точку фокусировки для фиксации фокуса (и далее изменять композицию), дистанция фокусировки всегда будет несколько меньше действительной, и эта ошибка нарастает с приближением объекта. Точная фокусировка особенно важна для портретов, поскольку они обычно имеют малую глубину резкости .

Поскольку наиболее общеупотребимые сенсоры автофокуса являются вертикальными, может быть уместно побеспокоиться о том, какой контраст преобладает в точке фокусировки, вертикальный или горизонтальный. В условиях малой освещённости порой автофокуса можно достичь, только повернув камеру на 90° на время фокусировки.

На примере слева ступеньки состоят преимущественно из горизонтальных линий. Если фокусироваться на дальней из передних ступенек (в расчёте на получение гиперфокального расстояния), чтобы избежать отказа автофокуса, можно на время фокусировки сориентировать камеру в ландшафтное положение. После фокусировки можно при желании повернуть камеру в портретное положение.

Заметьте, что эта глава рассматривает, как фокусироваться, а не на чём фокусироваться. За дальнейшей информацией по данному вопросу изучите главы о глубине резкости и гиперфокальном расстоянии .

Эволюция мобильного автофокуса:
от контрастного до Dual Pixel

При съёмке на смартфон очень важно, чтобы фотографии получались чёткими. Для этого объект съёмки должен оказаться в фокусе до того, как вы нажмёте на кнопку «Сделать фото». В последнее время целый ряд производителей работает над улучшением технологий автоматической фокусировки, и сегодня мы рассмотрим, чем они отличаются друг от друга.

При выборе камерофона многие уделяют внимание количеству мегапикселей – мол, у кого их больше, тот и круче. Однако зачастую важнее и полезнее взглянуть на другие факторы, которые оказывают не менее серьёзное влияние на качество фотографий. Среди них – тип автофокуса камеры. В эту область сейчас активно устремились Apple, Samsung, LG и другие производители, причём многим действительно удалось значительно продвинуться вперёд.

Что такое автофокус, и почему он нам нужен?

Система автоматической фокусировки настраивает объектив таким образом, чтобы сфокусироваться непосредственно на объекте съёмки, обеспечивая тем самым разницу между чётким снимком и упущенной возможностью.

Упрощённо принцип работы камеры состоит в том, что лучи света отражаются от фотографируемых объектов и затем попадают на сенсор, который преобразует поток фотонов в поток электронов. После этого ток переводится в набор битов, данные обрабатываются и записываются в память камеры. Особой популярностью у производителей смартфонов сейчас пользуются CMOS-сенсоры, которые преобразуют заряд в напряжение прямо в пикселе, обеспечивая впоследствии прямой доступ к содержимому произвольного пикселя.

В теории всё работает так: линзы фокусируют свет на сенсоре, сенсор затем создаёт цифровую фотографию. В реальности же всё происходит не так просто. Угол входящих лучей света зависит от дистанции, на которой находится фотографируемый объект. На диаграмме слева продемонстрированы линзы, фокусирующие световые лучи на голубом объекте: зелёный и красный объекты оказываются не в фокусе и будут размыты на финальном снимке. Если мы хотим сфокусироваться на зелёном или красном объектах, необходимо изменить дистанцию между линзами и сенсором.

На заре камерофоностроения большинство устройств имели фиксированный фокус. В современных же смартфонах предусмотрена возможность регулировать расстояние между линзами и сенсором. Поэтому вы получаете качественные детализированные снимки. Сейчас для реализации автофокуса в смартфонах в основном используют три метода: контрастный, фазовый и лазерный.

Контрастный автофокус

Контрастный автофокус относится к пассивному типу автофокусов. До сих пор это решение применяется в большинстве смартфонов – во многом потому, что оно одно из самых простых. При помощи сенсора происходит замер количества света на объекте, после этого он же перемещает линзу в зависимости от контраста. Если контраст максимальный, то и объект съёмки находится в фокусе.

Вообще, контрастный автофокус вполне неплохо справляется со своей задачей и обладает весомым преимуществом – он довольно прост и не требует какого-то сложного «железа».

Но есть у него и несколько недостатков. В частности, контрастный автофокус работает медленнее остальных – обычно ему требуется около секунды, чтобы сфокусироваться на объекте. За это время вы можете передумать делать снимок, или, допустим, если вы хотели запечатлеть быстро движущийся объект, момент будет упущен. Это происходит из-за того, что львиную долю времени занимает процесс «сдвиг точки фокусировки/линз объектива – оценка контрастности – сдвиг – оценка контрастности». Кроме того, у контрастного автофокуса отсутствует возможность следящей фокусировки, да и в условиях плохого освещения он вряд ли вас впечатлит. Поэтому данный тип автофокусов на сегодняшний день используется преимущественно в бюджетных смартфонах, таких как Lenovo A536 , ASUS Zenfone Go и других.

Фазовый автофокус: быстрая и продвинутая альтернатива

Одним из первопроходцев здесь была компания Samsung, которая позаимствовала технологию у цифровых зеркальных фотокамер и оснастила фазовым автофокусом свой смартфон Galaxy S5. Суть в том, что в данном случае применяются специальные датчики – они ловят проходящий световой поток от разных точек изображения, используя линзы и зеркала. Внутри датчика происходит деление света на две части, каждая из которых попадает на сверхчувствительный сенсор. Расстояние между потоками света измеряется датчиком, после чего он сам определяет, насколько нужно сдвинуть линзу для точной фокусировки. Так, например, Samsung Galaxy S5 требуется всего 0,3 секунды, чтобы сфокусироваться на объекте.

Первое и главное преимущество фазового автофокуса – он намного быстрее контрастного, это просто must have для съёмки движущихся объектов. Кроме того, камера может оценивать движение объекта при помощи датчиков, отсюда получаем возможность следящего автофокуса.

Но есть и минусы. Фазовый автофокус, как и контрастный, не очень хорошо справляется со своими задачами в условиях недостаточного освещения. Также для него необходимо более мощное «железо», поэтому он, как правило, доступен в смартфонах верхнего сегмента. Среди них, например, Huawei Honor 7 , Sony Xperia M5 и Samsung Galaxy Note 5 .

Одни производители пошли дальше и решили использовать в смартфонах лазерный автофокус (об этом чуть позже), другие же активно занялись совершенствованием технологии фазового автофокуса. Так, например, Apple в своём iPhone 6s и iPhone 6s Plus использует так называемые «фокусные пиксели»: суть в том, что технология задействует часть пикселей в качестве фазового сенсора, и съёмка на смартфоны от Apple получается действительно быстрой.

А вот технология Dual Pixel, которую компания Samsung применяет в своих смартфонах Galaxy S7 и Galaxy S7 Edge , действительно отличается от стандартной фазовой фокусировки. Она хоть и является разновидностью фазового автофокуса, но всё же имеет некоторые отличия и тонкости. В смартфонах фазовый автофокус несколько ограничен в возможностях – чтобы присвоить каждому пикселю фокусный сенсор, нужно сильно его уменьшить, отсюда получим шумы и нечёткость фотографий. Обычно датчиками оснащают около 10% светочувствительных точек, некоторые производители, впрочем, не выходят и за рамки 5%.

В Dual Pixel же каждый пиксель оснащён отдельным датчиком из-за увеличения размеров пикселей. Процессор обрабатывает показания каждого пикселя, но делает это настолько быстро, что автофокусировка всё равно занимает десятые доли секунды. В Samsung говорят, что технология Dual Pixel подобна фокусировке при помощи человеческого глаза, но это скорее метафора. Тем не менее надо признать инновационность данного подхода к фазовому автофокусу. Сейчас это настоящий эксклюзив для Galaxy S7 и Galaxy S7 Edge .

Лазерный автофокус: самый активный

Как и фазовый, лазерный автофокус относится к активному типу автофокусов. Этим направлением долгое время занималась компания LG, которая сперва реализовала лазерный автофокус в своём смартфоне G3. В основе работы технологии лежит принцип лазерного дальномера: лазерный излучатель освещает объект, а сенсор замеряет время поступления отражённого лазерного луча, определяя расстояние до объекта.

Одно из главных преимуществ такого автофокуса – время. Как говорят в LG, весь процесс автофокусировки при помощи лазера занимает 0,276 секунды. Значительно быстрее контрастного автофокуса и немного шустрее, чем фазовый.

Очевидный плюс лазерного автофокуса – он невероятно быстрый и хорошо справляется со своими задачами в условиях недостаточного освещения. Но работает он только на определённой дистанции – самый лучший эффект достигается, если расстояние от смартфона до объекта составляет менее 0,6 метра. А после пяти метров – привет, контрастный автофокус.

В 1970 фирма Leica совершила небольшую революцию в технологии производства фототехники, придумав систему автоматической фокусировки объектива на объект съёмки. За прошедшие годы мы настолько привыкли к этому изобретению, что считаем его само собой разумеющимся и недоумеваем, не найдя его в гаджете. На сегодняшний день распространение получили две системы — контрастная , основанная на измерении контраста изображения и фазовая , сравнивающая противофазные части пучка, формирующего точку. А совсем недавно, буквально на наших глазах, появилась новая система автофокуса — гибридная , объединяющая скорость фазового автофокуса с точностью контрастного (как заявляет рекламный слоган Samsung).

Контрастный автофокус.

Принцип действия основан на вычислении микропроцессором наибольшего контраста между деталями изображения на матрице. Далее программа заставляет двигаться линзы объектива вперед-назад до тех пор, пока не будет найден максимум контраста (максимум разницы яркостей). Примерно также мы и фокусируемся вручную.

Минусы данной системы — низкая скорость, невозможность следящей фокусировки, невысокая точность. Ведь блоку линз придётся сначала пройти через точку максимума, а затем вернуться назад, и, возможно, повторить действие.

Плюсы — дешевизна, отсутствие сложных деталей и необходимости настройки оптической системы, независимость от светосилы объектива, возможность применения в любой системе: в компактных камерах, беззеркалках и видеокамерах.

Фазовый автофокус.

Думаю, что не буду приводить здесь очень сложную механическую и оптическую схему фазового автофокуса, отослав интересующихся в интернетные глубины (вот, например, хорошее начало). Отмечу лишь, что система фазового автофокуса требует наличия особых датчиков, вычисляющих разность фаз светового потока, разделённого специальными зеркалами. Первые аппараты имели лишь один такой датчик — горизонтальный, дальнейший прогресс сделал его крестовым (фактически объединяющим два датчика — горизонтальный и вертикальный), затем высокоточным, потом количество датчиков стало увеличиваться.

Двойной крестообразный датчик

Нынешние зеркалки даже начального уровня могут похвастаться 9-11 крестовыми датчиками, а в профессиональных моделях их число доходит до 60.

Главным минусом системы фазового автофокуса является его сложность, необходимость точной юстировки и настройки, в том числе программной, а следовательно — цена.

Плюсы — максимальное быстродействие, так как величина и направление перемещения объектива известны сразу. Благодаря многочисленным датчикам и мощному процессору — возможность слежения за объектом съёмки и даже предсказание его перемещения в кадре.

Гибридный автофокус.

С недавних пор во многих зеркальных камерах появился интересный режим съёмки — LiveView, позволяющий делать снимки или проводить видеосъёмку, наблюдая картинку на мониторе в режиме реального времени. Зеркало при этом поднято, поэтому автофокус может быть использован только контрастный. Возможен также смешанный режим автофокуса — при полунажатии на кнопку спуска включается фазовый режим, а после фокусировки камера вновь переключается в режим LiveView. Понятно, что подобные компромиссы заставляют конструкторов придумывать более интересные решения.

В некоторых современных аппаратах — как зеркальных (например, Canon 650D, Canon 70D), так и беззеркальных (Nikon 1, Samsung NX300) инженерам удалось совместить «фазовую» систему фокусировки с «контрастной» - датчики определения фазы встроили прямо в матрицу .

Такая «псевдо»фазовая система работает менее точно и быстро, чем настоящая, и на этом, видимо её минусы заканчиваются, и начинаются плюсы. Относительная «простота» конструкции — нет необходимости в сложных оптических и механических схемах. Вся работа ложится на плечи матрицы и процессора, а его мощность растёт все мы знаем с какой скоростью, поэтому цена этого решения будет только снижаться..

Одним из неочевидных плюсов гибридного автофокуса является отсутствие фронт- и бэкфокуса объектива, так как наводка на резкость происходит непосредственно на матрице.

Более того — очень похоже на то, что на развитие именно гибридного способа фокусировки будут брошены основные силы инженеров в ближайшие 10-15 лет, а может, и меньше. Если прогноз верен, то фактически это означает отказ от зеркального аппарата как от класса.