Принципы работы системы автофокуса.

Фокусировка – больной вопрос для большинства фотолюбителей (да и профессионалов тоже). Поверьте, или проверьте: любой фотографический форум убедит Вас, а тесты фотоаппаратов обязательно содержат раздел, посвященный исключительно работе автофокуса.

Обсуждения же автофокуса на фотографических форумах чаще всего заканчиваются взаимными обвинениями в невежестве или виртуальным хватанием за лацканы пиджака с криками «А ты кто такой?!». Подумалось мне заняться самообразованием и разобраться - на бытовом уровне, как работает автофокус в современных цифровых фотоаппаратах. Оказалось, что материалов в сети очень немного, а понятных человеку без специального образования – еще меньше. Результаты поисков и компилирование информации (спасибо ЛензРенталз!) изложены ниже.

В современных цифровых фотоаппаратах используются две системы автофокуса: контрастный автофокус и фазовый автофокус. Давайте начнем с более простой (и менее распространенной в «зеркалках») системы автофокуса: контрастного автофокуса.

Контрастный автофокус

Контрастный автофокус работает следующим образом: процессор оценивает гистограмму, получаемую с матрицы фотоаппарата, немного перемещает линзы объектива – смещая точку фокусировки, затем производит переоценку, чтобы увидеть, повысился или снизился контраст. Если контраст повысился, фотоаппарат продолжает смещать точку фокусировки в выбранном направлении, пока изображение не станет максимально контрастным. Если же контраст снизился, объективу дается указание смещать точку фокусировки в другую сторону. Процесс повторяется до достижения максимального контраста (что по существу означает продвижение точки фокусировки чуть дальше положения максимального контраста и возврат к точке, после которой контраст начал снижаться). «Сфокусированное» методом контрастного автофокуса изображение – это изображение с максимальным контрастом.

Если ваша камера показывает гистограмму в режиме Live View можно вручную фокусироваться по контрасту.

При контрастном автофокусе оценивается изображение с небольшого участка матрицы – используемого в качестве датчика и совпадающего с точкой фокусировки, выбранной фотографом. Это позволяет выбрать объект, на котором нужно сфокусироваться, и избавляет процессор фотоаппарата от необходимости оценивать контраст всего изображения – оценивается контраст только в выбранных точках автофокусировки.

Недостатки контрастного автофокуса

Основным недостатком контрастного автофокуса является его неторопливость. Многоходовый процесс «сдвиг точки фокусировки/линз объектива – оценка – сдвиг – оценка» требует времени, да и фотоаппарат может начать с перемещения точки фокусировки в неправильном направлении – потом нужно будет возвращаться. Из-за крайне невысокой скорости и невозможности следящей фокусировки, контрастный автофокус мало подходит для динамичных сюжетов. Медлительность усложняет даже съемку неподвижных объектов. Контрастный автофокус значительно более чем фазовый зависит от хорошего освещения, да и - что очевидно - требует хорошей контрастности объекта, на котором производится фокусировка.

Преимущества контрастного автофокуса

Есть у контрастного автофокуса и преимущества, благодаря которым он не только до сих пор используется в фотоаппаратах, но и увеличивает свое присутствие. Во-первых, система контрастного автофокуса проще. Она не требует дополнительных датчиков и микросхем, которые нужны для фазового автофокуса. Простота снижает стоимость и (а для многих цена важнее скорости) является основной причиной использования контрастного автофокуса в компактных цифровых фотоаппаратах. (Другая причина состоит в том, что глубина резкости у компактных фотоаппаратов изначально больше и требования к точности автофокуса существенно ниже).

Простота системы контрастного автофокуса уменьшает ее размер. Например, появившиеся недавно беззеркальные цифровые фотоаппараты со сменной оптикой стремятся к миниатюрности, а система контрастного автофокуса не требует «отводить» изображение в сторону от матрицы фотоаппарата: значит не нужны призмы, зеркала и линзы, необходимые для системы фазового автофокуса. Миниатюрность - одно из важнейших преимуществ беззеркальных фотоаппаратов со сменной оптикой - все они используют контрастный автофокус.

Второе преимущество состоит в том, что в системе контрастного автофокуса используется матрица фотоаппарата. Нет необходимости «отвода» пучка света через специальные призмы и зеркала на дополнительные датчики, которые могут быть неотюстированы по отношению к матрице фотоаппарата. При контрастной автофокусировке оценивается реальное изображение на матрице фотоаппарата, а не отдельное изображение, которое должно быть (а «должен» еще не значит, что так и есть) точно выверено на соответствие с матрицей.

Именно по этой причине контрастный автофокус обеспечивает более точную автофокусировку, чем фазовый. Подчеркну: "при использовании матрицы для контрастной фокусировки". В зеркальных фотоаппаратах Olympus и Sony для контрастного автофокуса в режиме Live View используется дополнительная, меньшая матрица, а значит - как и в любой системе, требующей юстировки - остается возможность неправильной юстировки.

В целом, система контрастного автофокуса проще, дешевле, меньше по размерам, и теоретически более точна, чем фазовый автофокус. Но она намного медленнее. Производители прилагают все усилия, чтобы ускорить контрастный автофокус, есть успехи, но в ближайшем будущем он будет оставаться более медленным.

Фазовый автофокус

Основные принципы

Систему фазового автофокуса (также известного как phase matching) предложила фирма Honeywell в 1970-х годах; впервые серийно ее использовали в фотоаппарате Minolta Maxxum 7000. Honeywell подала на Minolta иск за нарушение патентых прав и выиграла дело; так что производителям пришлось заплатить Honeywell за право использовать фазовую систему автофокуса.

Фазовый автофокус основан на принципе, согласно которому, исходящие/отраженные от точки, находящейся в фокусе, лучи будут в равной степени освещать противоположные стороны объектива («будут находиться в фазе»). Если объектив сфокусирован перед или позади этой точки, эти лучи света по-разному проходят через края объектива («находятся не в фазе»).

Большинство существующих систем фазового автофокуса используют зеркала, линзы или призмы (разделители пучка), чтобы разделить лучи, проходящие через противоположные края объектива на два луча; и вторичную систему линз, чтобы снова сфокусировать эти лучи на датчике автофокуса (как правило, CCD). Этот датчик определяет, куда падают лучи света проходящие через противоположные края объектива. Если точка находится в фокусе, лучи попадают на датчик на определенном расстоянии друг от друга. Если объектив сфокусирован ближе или дальше требуемой точки, расстояние между этими лучами будет меньше или больше. Много слов, давайте попробуем посмотреть на графическое отображение процесса - (рис. 1).

Рис. 1 Принцип работы фазового автофокуса

Сразу оговорюсь: описание и рисунок дают очень упрощенное объяснение принципа работы фазового автофокуса – для того лишь, чтобы получить представление о том, «как это работает». Физика и механика процесса, описание которых заняло бы не одну страницу, полную формул, цифр и других непонятностей, остались «за кадром».

На рисунке ясно видно, что процессор фотоаппарата в системе фазового автофокуса сразу определяет, сфокусирован объектив слишком близко или слишком далеко от объекта, так что один из недостатков контрастного автофокуса (камера не знает, в какую сторону смещать точку фокусировки) изначально отсутствует - вместо перемещения вперед и назад и определения в каком направлении лежит большая контрастность, в фазовом автофокусе процессор сразу видит, в какую сторону смещать точку фокусировки.

А дальше идет процесс. Каждый автофокусный объектив оснащен микропроцессором, сообщающим фотоаппарату о своем присутствии и состоянии, например, "Я объектив 50/1.4 и мой фокусирующий элемент находится в положении на 20% ближе, чем бесконечность" - или нечто подобное. Когда Вы нажимаете на кнопку затвора наполовину, происходит следующее:

Фотоаппарат считывает данные с датчика автофокуса, сверяется с массивом данных, содержащих сведения о свойствах автофокусных объективов этого производителя, делает некоторые расчеты и говорит объективу что-то вроде "Передвинь точку автофокуса вот настолько к бесконечности".

В объективе есть датчики и микросхемы, измеряющие либо количество тока, поданного на моторчик фокусировки, либо насколько передвинулся фокусирующий элемент. Объектив смещает фокусировочный элемент и посылает сигнал фотоаппарату "почти у цели".

Фотоаппарат перепроверяет данные с датчиков автофокуса, и отправляет сигнал объективу к более точной настройке; процесс точной фокусировки может повторяться несколько раз, пока объектив не сфокусируется «точно в цель». Если что-то идет не так, происходит печально известное "рысканье" объектива.

После фокусирования, фотоаппарат приказывает объективу зафиксировать фокус, и информирует фотографа (звуком и индикатором в видоискателе). Весь процесс занимает толику секунды. Очень быстро.

Схема фазового автофокуса

Датчик автофокуса не может находиться перед матрицей, поэтому производители используют частично прозрачные области в зеркале, пропускающие свет на вторичное зеркало, от которого он и отражается на датчик автофокуса (рис. 2).

Рис. 2 Схема фазового автофокуса

Обычно датчик автофокуса располагается под основным зеркалом (рис. 3) вместе с датчиками экспозамера. Красной стрелкой показан датчик автофокуса фотоаппарата Canon EOS 5D. Изображение взято с сайта Canon, USA

Рис. 3 Расположение датчика автофокуса

Типы датчиков фазового автофокуса

Каждый датчик способен оценить лишь небольшую часть изображения. Горизонтальные датчики точнее работают с вертикальными деталями. В большинстве изображений вертикальные детали преобладают, поэтому горизонтальных датчиков больше. Есть и вертикальные датчики, как правило, расположенные крестообразно с горизонтальными (рис. 4). Некоторые фотоаппараты оборудованы даже диагональными датчиками фазового автофокуса.

Некоторые датчики автофокуса (почти всегда располагаются в центре), с помощью различных линз и размера самого датчика, достигают большей точности автофокуса, особенно при использовании светосильных объективов. Чаще всего они включаются в работу только при использовании объективов со светосилой f/2.8 или светлее. На рисунке 4, например, показано, что при использовании объектива f/2.8 будет использоваться крестообразный датчик, а для более темных объективов будет задействован лишь один менее точный датчик автофокуса.

Рис. 4 Крестообразный датчик автофокуса

В первых системах фазового автофокуса (и в некоторых современных фотоаппаратах среднего формата) был только один датчик в центре изображения. С ростом вычислительной мощности и инженерного мастерства добавлялись все новые и новые датчики. Сейчас у большинства фотоаппаратов их от семи/девяти и до 52. Можно – в зависимости от требований снимаемой сцены - выбрать один, все, или группу датчиков. Можно сообщить фотоаппарату какой датчик/датчики использовать.

Многочисленные датчики фазового автофокуса , совместно с процессором фотоаппарата, способны на замечательные вещи. Определяя, в каких датчиках движущийся объект находится в фокусе и как это изменяется – измеряя перемещение объекта и считывая показания через кратчайшие промежутки времени – фотоаппарат может предсказывать, где будет находиться движущийся объект через определенный промежуток времени. На этом основана работа следящего автофокуса.

Влияние светосилы объектива

Независимо от типа датчика, автофокус будет более точным при использовании светосильных объективов. В процессе фокусировки фотоаппарат максимально открывает объектив, закрывая диафрагму до выбранного вами значения только в момент открытия шторок. Фазовый автофокус тем точнее, чем шире угол лучей света. На приведенной схеме угол лучей, полученных от объектива f/2.8 (синие линии), будет больше, чем от объектива f/4 (красные линии), которые в свою очередь больше, чем от объектива f/5.6 (желтые линии). При использовании объектива с максимальной диафрагмой f/8, только самые точные датчики способны работать, но фокусировка будет медленной и менее точной. Именно по этой причине прекращают автофокусироваться объективы f/5.6, когда мы пытаемся использовать телеконвертер, снижающий их максимальную светосилу до f/8 или f/11.

Преимущества фазового автофокуса

Основные преимущества фазового автофокуса мы уже упомянули:

Он много быстрее контрастного - достаточно быстр для съемки движущихся объектов.

Фотоаппарат способен использовать группу датчиков для оценки движения объекта, что дает нам следящий/предикативный автофокус.

Есть и менее явные преимущества. Группы датчиков фазового автофокуса могут использоваться для "электронного ГРИП " – предварительной оценки глубины резкости. Некоторые фотоаппараты (правда, их немного) оснащены функцией автофокусной ловушки (trap autofocus) – они делают снимок в момент, когда что-то попадает в активную точку фокусировки. Если датчики обнаруживают движение в статической сцене, они могут сообщить о недопустимом шевелении фотоаппарата. Но – основное - скорость и следящий автофокус

Недостатки фазового автофокуса

Во-первых, система фазового автофокуса требует физической юстировки . Путь света к матрице фотоаппарата должен быть согласован с путем света к датчику автофокуса так, чтобы предмет, находящийся в фокусе на датчике автофокусировки был в фокусе и на матрице. Каждый объектив должен содержать микросхему, обеспечивающую обратную связь с фотоаппаратом и сообщающую ему информацию о точном положении фокусирующего элемента, о том, на какое расстояние элемент перемещается при подаче определенного тока на моторчик автофокуса. Все это должно быть точно согласовано и выверено таким образом, чтобы объектив смещал точку фокусировки именно туда, куда ему указал фотоаппарат, а фотоаппарат знал точное положение этой точки. Малейшая несогласованность приводит к неточной фокусировке.

Во-вторых, система требует программной настройки . Каждый фотоаппарат и объектив программируются производителем, в память вносится большое количество данных. Благодаря этим данным обеспечивается согласованная работа фотоаппарата и объектива, а точность автофокуса иногда может быть улучшена путем обновления прошивок. Такие обновления часто выпускаются вслед за появлением новых объективов.

Производители скрывают алгоритмы работы своих систем фазового автофокуса. Сторонние производители объективов вынуждены экспериментальным путем считывать и декодировать сигналы, которыми обмениваются фотоаппарат и объектив и на основе этих данных разрабатывать свои микропроцессоры и свои алгоритмы. Из-за этого точность автофокуса при использовании объективов сторонних производителей может быть ниже. Изменение алгоритмов производителями фотоаппаратов приводит к тому, что автофокус на объективах сторонних производителей отказывается работать (их нужно перепрограммировать, как недавно произошло с Sigma AF 120-300/2.8 и Nikon D3X).

Как уже упоминалось, светосила объектива влияет на точность фазового автофокуса. Светосильные объективы способны фокусироваться в более сложных условиях. Обычно зависимость от светосилы не вызывает проблем, потому что у темных объективов большая глубина резкости. Однако, есть значения максимальной светосилы (как правило, f/5.6 или f/8), когда фазовый автофокус просто отказывается работать. (Помните, речь идет о максимальной светосиле объектива - фотоаппарат автоматически полностью открывает диафрагму объектива в процессе фокусировки, поэтому установленное значение не оказывает влияние на автофокус, если максимальная диафрагма объектива соответствует возможностям фотоаппарата).

Поскольку свет попадает на датчики автофокуса только когда зеркало опущено, они перестают работать в момент снимка, и не начинают работать до того, пока зеркало не вернется в исходное положение. Именно поэтому фазовый автофокус не работает в режиме Live View, а следящий автофокус может ошибаться при серийной съемке.

Есть и другие проблемки, которые мы не замечаем. Линейные поляризационные фильтры мешают фазовому автофокусу. Линейных поляриков сейчас осталось немного, но бывает, что купив его «по-дешевке» владелец потом удивляется неточности автофокуса. Фазовый автофокус может просто «сдуться» на некоторых сюжетах (типа шахматной доски или решетки), а контрастный легко справляется с ними.

Live View:

Я выделил режим Live View, потому что именно он заставляет производителей работать над усовершенствованием контрастного автофокуса и над созданием гибридных систем. Как уже упоминалось, контрастный автофокус обладает определенными преимуществами, а преодоление его ограничений будет на пользу всем фотографирующим.

Olympus и Sony уже создали системы, которые разделяют пучок света, отправляя часть в видоискатель, а часть – на дополнительный датчик изображения. Такая система позволяет пользоваться фазовым автофокусом даже в режиме Live View. Но и риск неточной фокусировки возрастает, ведь используется не матрица, а вспомогательный датчик.

Canon описал систему, которая использует фазовый автофокус на начальном этапе, а затем тонко подстраивает фокусировку при помощи контрастного автофокуса.

Nikon кажется, подал заявку на патентование принципа, когда определенные пиксели матрицы фотоаппарата будут использоваться в качестве датчиков фазового автофокуса. Это – по-моему – будет просто революцией.

FujiFilm уже выпустил линейку компактных цифровых фотоаппаратов с гибридной системой автофокуса.

Поживем, увидим. Но очевидно, что впервые за последние годы изменения систем автофокуса могут быть революционным, а не эволюционными. Что – согласитесь – таит для фотолюбителей много интересного и захватывающего.

#5

Статья очень полезная! Спасибо!

#6

И еще раз огромное спасибо за добрые слова и отзывы! Очень рад, если материал показался полезным и интересным.

#7

#8

А вопрос можно?
Чувствителен ли датчик к спектральному составу света, и как это влияет на точность фокусировки?
Спасибо.

#9

написано в заголовке "ПРОСТО об автофокусе", где ж тут блин просто? конечно написано доступно, но оооочень сложным языком, ни грамма упрощения

Текст статьи обновлён: 13.12.2018

Многие современные зеркальные фотоаппараты оборудованы такими продвинутыми системами автоматической фокусировки, что часто бывает трудно понять, как ими пользоваться. Не важно снимаем ли мы камерой начального уровня или профессиональным аппаратом, чтобы снимки получались резкими, нужно постараться разобраться, как пользоваться различными режимами автофокуса. Неправильная фокусировка, смазанное изображение могут разрушить положительное впечатление от снимка, а исправить этот недостаток в процессе последующей обработки в графическом редакторе невозможно. Некоторые фотографы переводят свои фото в чёрно-белую форму, чтобы скрыть проблемы с фокусом. Если мы научимся, как фокусироваться правильно, нам не потребуется прибегать к такого рода хитростям, мы получим намного лучший результат, который понравится нашим зрителям. Чёткое изображение – вот что сегодня хотят видеть люди, разглядывая наши снимки. Кто-то может возразить, что иногда нечеткая картинка выглядит «креативно», но тут нужно понимать: одно дело, когда мы размазываем фото с определенной целью, а другое – когда мы испортили снимок, потому что плохо понимаем работу системы фокусирования нашей камеры. Как только мы поймем, как работает автофокус зеркалки, мы можем сами решить, когда и в какой степени изображение будет нерезки

Фото 1. Уроки для начинающих. Чтобы получить качественную фотографию, нужно не только выбрать правильную выдержку, режим автофокуса, но и уметь быстро вращать зумом… Камера Nikon D610. Телеобъектив Nikkor 70-300. Настройки: ИСО 1000, ФР-98мм, f/5.0, В=1/2500 секунды

В сегодняшнем бесплатном уроке фотографии мы рассмотрим основные вопросы, касающиеся режимов автофокуса у зеркальных камер. Поскольку работа автоматического фокуса прямо зависит от того, какой тип фотоаппарата и его модели мы используем, то мы, конечно, не будем детально расписывать абсолютно все AF режимы, а разберем парочку-другую примеров для наглядности. Поскольку у меня самого сейчас полнокадровый фотоаппарат Nikon D610, а раньше была кропнутая камера Nikon D5100, то больший упор будет делаться на работу зеркалок данного производителя. Ну и, прошу извинить уж совсем начинающих фотолюбителей за то, что в фотоуроке будет использоваться специфическая лексика, более понятная для продвинутых фотографов.

1. Как работает система автофокуса зеркальных фотоаппаратов

Одно из приятных отличий современных фотокамер от их пленочных собратьев, выпускаемых лет пятнадцать назад, это то, что сейчас нам не обязательно вручную настраивать фокус. Цифровая фотография намного более дружелюбна к фотолюбителю по данному аспекту, поскольку, в отличие от пленочной, мы сразу же видим результат и можем легко изменить настройки, переснять фотографию, не задумываясь о стоимости пленки и фотобумаги. За последние десять лет системы автофокуса стали работать значительно лучше и даже зеркалки начального уровня могут похвастаться хорошим комплексом автоматической фокусировки. Что же, как работает такая система в современных зеркальных фотоаппаратах? Давайте начнем с самых основ.

1.1 Активный vs пассивный автофокус

Существует два типа системы автофокуса (АФ): активный и пассивный. Активный автофокус “Active AF” функционирует, посылая инфракрасный луч на наш объект и улавливая его отражение (принцип «эхолота»). Камера делает расчеты и понимает на каком расстоянии от нее находится объект, подает сигнал объективу, насколько отрегулировать фокус. Приятное преимущество активной системы фокусировки – это то, что она может работать в условиях очень слабого освещения, при котором нормальный (пассивный) автофокус даст сбой. Недостаток “Active AF” – данный режим может применяться только в стационарных условиях, для съемки неподвижных субъектов и работает только на небольших расстояниях: до 5-6 метров. Если мы фотографируем с использованием вспышки Nikon или Canon, у которой есть функция сопровождения автофокуса “AF Assist”, она будет работать в режиме активного автоматического фокуса.

Пассивная система автофокуса “Passive AF” основана на совершенно отличном принципе: она не посылает ИК-луч и не улавливает его отражение, чтобы понять, какое расстояние между камерой и объектом фокусировки. Вместо этого используются специальные датчики внутри камеры для определения контраста части света, проходящего через объектив (называют «фазовый метод»), или же сама матрица фотоаппарата служит таким сенсором, определяющим контраст изображения (называют «контрастный метод»).

Что имеется ввиду под «определением контраста»? Не вдаваясь в дебри терминологии, это – определение резкости на определенном участке изображения. Если он нерезкий, то система автофокуса подстраивает объектив до тех пор, пока не будет достигнута резкость/контрастность.

Вот почему система пассивного автофокуса нуждается в достаточном количестве контраста в кадре для нормального функционирования. Когда объектив начинает «рыскать» по однородной поверхности (например, по белой стене или по каким-то поверхностям с плавным переходом тонов), это происходит от того, что камере нужны объекты с краями (контраст), отделяющимися от фона, чтобы понять, как подстроить фокус.

К слову говоря, если на передней панели нашей зеркалки есть лампа вспомогательной подсветки АФ, это еще не означает, что фотоаппарат работает в режиме активной фокусировки: всё, что лампочка делает – это освещает наш объект, как фонарик, т.е. фотоаппарат функционирует в режиме “ Passive AF ”.

Многие цифровые камеры, такие как мыльницы, видеокамеры и тому подобное, чаще всего используют «контрастный метод АФ», чтобы навестись на резкость. В тоже время, большинство современных зеркалок могут оснащаться обеими системами для коррекции фокусировки: фазового и контрастного автофокуса.

Поскольку «контрастный метод» требует, чтобы свет попадал на матрицу, у зеркальной камеры в момент определения фокуса зеркало должно находиться в поднятом положении, что означает, что контрастный автофокус в зеркалке может быть осуществлен только в режиме “Live View”.

Фазовый метод отлично подходит для наведения резкости по движущимся объектам, а контрастный – по неподвижным. Контрастный автофокус часто работает лучше фазового АФ, особенно, в условиях низкой освещенности. Преимущество контрастной фокусировки в том, что для настройки резкости достаточно использовать любую часть изображения (включая ту, что находится на самом краю) на матрице, а при фазовой фокусировке требуется использование одной или нескольких точек фокусировки зеркалки. Недостаток контрастного метода на сегодняшний день – он относительно медленный.

Многие профессионалы уверены, что в обозримом будущем производители фотоаппаратов смогут решить эту задачу, поскольку скорость автофокуса при съемке видео становится все более значимой для зеркалок и некоторые беззеркалки (в частности, стандарта Micro Four Thirds, 4/3) уже оснащаются быстрым контрастным АФ. Современные беззеркалки высшей ценовой категории имеют две системы автофокуса: быстрый фазовый для работы при хорошем свете и медленный контрастный для условий низкой освещенности. Некоторые производители, вообще, умудрились встроить пиксели фазовых датчиков непосредственно в матрицу фотоаппарата, что, в сравнении с традиционной фазовой системой автофокуса зеркалок, очень заметно повысило точность работы системы.

Если всё, что описано ранее, звучит запутанно, не стоит слишком расстраиваться: техническая информация, представленная выше, предназначена для общего понимания, как работает автофокус в фотоаппарате. Просто нужно помнить, что ошибки фокусировки в камере случаются из-за недостатка света, проходящего через объектив и типа режима фокусировки, который мы выбрали (как поясняется ниже).

1.2 Точки фокусировки

Точки фокусирования – небольшие пустые прямоугольники или кружки, которые мы можем обнаружить в видоискателе нашего фотоаппарата. Производители часто дифференцируют камеры любительского и профессионального уровня, встраивая в них различные системы автоматической фокусировки. Зеркалки начального уровня обычно имеют минимальное количество точек фокусировки, позволяющее наводиться на резкость, а продвинутые зеркальные фотоаппараты оснащаются комплексной, широко конфигурируемой системой АФ с большим количеством фокусирующихся точек. Они являются частью «фазового метода АФ», так что каждая точка может использоваться датчиком АФ камеры для определения контраста.

Точки фокусировки намеренно располагаются в определенной части кадра, а их число отличается не только у разных производителей, но и у различных моделей фотоаппаратов. Вот пример двух разных типов автофокуса с отличающимся количеством точек фокусировки и их расположением.

Как видим, у зеркалки Никон Д5100 имеется 11 точек, в то время, как у Никон Д810 их 51 штука – большая разница в количестве датчиков. Имеет ли значение число точек фокусировки? Безусловно – да! И дело не только в том, что нам легче компоновать конкретный снимок, фокусируясь на конкретном участке изображения, но и потому, что система АФ может эффективнее следить за объектом в кадре (необычайно удобно при съемке спортивных соревнований и диких животных). Хотя, нужно иметь ввиду, что значение имеет не только количество точек фокусировки в нашем фотоаппарате, но и их тип.

1.3 Типы точек в системе АФ зеркалок

Давайте поговорим о различных типах точек автоматической фокусировки в зеркалках. Как указано выше, число точек – не единственный важный параметр системы автофокуса. Тип точек тоже имеет критическое значение для достижения точности. Существует три типа точек фокусировки: вертикальные, горизонтальные и крестовые . Вертикальные и горизонтальные работают в одном направлении, т.е. это – линейные датчики. Крестовые точки замеряют контраст в двух направлениях, что делает их более точными в работе. Поэтому, чем больше в нашей зеркалке крестовых датчиков, тем точнее работает система АФ.

Вот почему, когда анонсируется выпуск новой модели зеркального фотоаппарата, в обзоре мы можем прочитать что-то типа: «Количество точек фокусировки – X, из них Y – крестового типа». Производитель гордо подчеркивает количество точек, особенно наличие крестовых, если их больше в новом фотоаппарате. Вот, к примеру, в списке основных отличий Nikon D7200 и Nikon D7100 от более ранней модели Nikon D7000, указывалось, что в них 51 точка фокусировки, в том числе 15 – крестовых, а у старушки – 39 точек, перекрестных – 9 штук.

Когда мы покупаем новый зеркальный фотоаппарат, который планируем использовать для съемки спортивных событий или для фотоохоты, нужно обращать пристальное внимание на оба этих параметра.

1.4 Другие факторы, влияющие на эффективность работы системы автофокуса фотоаппарата

Как мы можем видеть, оба фактора, и количество точек фокусировки, и их тип, имеют важное значение. Хотя, не только они влияют на работу автоматической фокусировки. Качество и количество света – еще один параметр, очень сильно определяющий работу автофокуса. Каждый фотограф, наверное, замечал, что камера отлично фокусируется при съемке в яркий солнечный день на улице, а как зайдем в тускло освещенное помещение, объектив начинает «рыскать». Почему так происходит? Потому что, при низкой освещенности объекта съемки, фотоаппарату намного сложнее замерить перепады контраста сцены. Вспоминаем, что пассивный автофокус полностью зависит от света, проходящего через объектив, и если качество освещения плохое, то и автоматическая фокусировка работает неудовлетворительно.

Говоря о качестве света, нельзя забывать и об особенностях объектива, о том, что максимально открытая диафрагма тоже имеет влияние на АФ. Если мы снимаем старым стеклом, в котором появилась плесень, грязь, слишком много пыли или есть проблемы с фронт- и бэкфокусом, то и автоматическая фокусировка, конечно, будет работать не очень точно.

Вот почему профессиональные объективы при диафрагме f/2.8 позволяют фокусироваться намного быстрее, чем любительские линзы при f/5.6. Апертура f/2.8 – самая подходящая для скоростной фокусировки: отверстие не слишком широкое, не слишком узкое. К слову, обычно объективы на диафрагме 1.4 фокусируются медленнее, чем при f/2.8, поскольку требуется больше ротаций стеклянных элементов внутри конструкции, чтобы правильно навестись на резкость .

Точность фокусировки имеет важное значение при таких открытых диафрагмах, поскольку ГРИП очень мала. В идеале, апертура должна быть между f/2.0 и f/2.8 для того, чтобы система автоматической фокусировки функционировала лучше всего.

Меньшие отверстия, как например, f/5.6, приведут к тому, что через объектив пройдет меньше света и системе автофокуса будет уже сложнее работать. По этой причине открытые диафрагмы (за исключением f/1.4) предпочтительней, чем зажатые.

Нужно еще добавить, что все современные цифровые фотоаппараты фокусируются при открытой диафрагме, так что, независимо от того, какое диафрагменное число мы выбрали (например, f/22), диафрагма изменяется только в момент съемки .

Наконец, общее качество и запас прочности системы автоматической фокусировки имеют высочайшее значение. Например, топовая профессиональная зеркалка Canon 1D Mark III, разработанная для съемки спортивных соревнований и фотоохоты, после выпуска в серию подпортила себе репутацию из-за проблем с автофокусом. И прошла целая вечность, пока компания Кенон выпустила прошивку, чтобы устранить эти недостатки, раздражавшие профессиональных фотографов. Многие из них перешли на фотоаппараты Nikon именно из-за проблем с фокусировкой. Камера оснащалась всеми режимами автофокуса, но он неверно работал при определенных условиях.

Если мы хотим получить лучшую систему автоматической фокусировки в современных цифровых зеркальных камерах, особенно, для съемки спорта и диких животных, следуют выбирать из Nikon или Canon (хотя и другие производители быстро подтягиваются к лидерам рынка).

2. Режимы автоматической фокусировки цифровых зеркалок

В наши дни большинство цифровых зеркальных фотоаппаратов имеет возможность снимать в различных режимах неведения на фокус в зависимости от конкретной ситуации.

Одно дело, когда мы фотографируем портрет спокойно сидящего человека, а другое – когда снимаем бегущего спортсмена или летящего ястреба. Когда мы снимаем неподвижный объект, наводимся на фокус один раз и делаем фото. Но в случае, если объект находится в непрерывном движении, нам нужно, чтобы фотоаппарат автоматически отрегулировал фокусировку в тот момент, когда мы снимаем кадр. Хорошая новость – наша камера имеет встроенную функцию для эффективной работы в такой ситуации. Давайте рассмотрим каждый из режимов фокусировки более подробно.

2.1 Режим покадровой следящей фокусировки

Покадровая следящая фокусировка в фотоаппаратах Никон обозначается “AF-S”, в камерах Кэнон данный тип называется “One-shot AF”. И она представляет собой простой способ непосредственного наведения объектива на фокус. Мы выбираем точку фокусирования, а камера замеряет контраст просто по одной точке.

Если мы нажимаем кнопку спуска затвора или назначенную кнопку АФ (если в нашей модели такое назначение возможно) наполовину, фотоаппарат наводится на резкость, но, если объект перемещается, то не происходит перенастройки фокуса, даже если мы продолжаем держать кнопку спуска затвора нажатой наполовину. То есть, фокус остается «заблокированным».

Обычно в режиме покадровой следящей АФ, чтобы сработал спуск затвора, нужно чтобы сначала камера навелась на фокус. Поэтому, если сфокусироваться не удалось, или объект съемки передвинулся, нажатие спуска ни к чему не приведет (из-за ошибки фокуса). В некоторых моделях фотоаппаратов есть возможность изменить реакцию камеры на отсутствие фокусировки (например, у Nikon D810 мы можем установить настройку “AF-S Priority Selection” в меню пользовательских настроек «Спуск», что позволит нам сделать кадр, даже, если фотоаппарат не сфокусировался).

Нужно помнить о некоторых особенностях режима AF-S: если мы установили внешнюю вспышку, у которой есть красный луч подсветки АФ (AF-Assist), для ее работы потребуется перевести камеру в режим AF-S, чтобы она работала. Тоже справедливо для встроенной в переднюю панель фотоаппарата лампы вспомогательной подсветки автоматического фокуса: она работает только в режиме AF-S.

2.2 Режим непрерывной следящей автофокусировки (AI Servo Focus Mode)

Другой способ фокусирования, доступный в современных зеркальных фотоаппаратах, называется у Nikon «непрерывная следящая АФ или AF-C» и “AI Servo AF” у компании Canon. Он применяется для отслеживания движущихся субъектов, и совершенно необходим при фотографировании спортивных состязаний, диких животных и прочих нестационарных объектов. Принцип работы данного режима основан на анализе движений объектов и предугадывании, где он окажется в следующее мгновение, и установки фокуса в эту точку.

Преимущество данного режима состоит в том, что фокусировка автоматически перенастраивается, если фотограф или объект съемки движется. Всё, что нужно – это продолжать держать кнопку спуска (или назначенную для АФ клавишу, если есть возможность назначения) в полунажатом состоянии. Система автофокуса будет автоматически следить за субъектом. В сравнении с покадровой следящей фокусировкой AF-S, режим непрерывного фокусирования AF-C, обычно, имеет большое количество настроек (особенно в самых дорогих зеркалках) и может выполнять сложные задачи, такие, как слежение за объектами по одной или нескольким точкам фокусировки.

2.3 Гибридный режим покадровой и следящей фокусировки

В некоторых фотокамерах также есть другой режим, называемый «Автоматическая следящая АФ» “AF-A” у Nikon или “AI Focus AF” у камер Canon. Она представляет собой некий гибрид, автоматически переключающийся между покадровой и непрерывной фокусировкой. Если фотоаппарат определяет, что объект съемки неподвижен, она переключается в режим AF-S, а если объект движется – переходит в AF-C.

В дешевых зеркалках режим AF-A включается по умолчанию и работает достаточно прилично во многих ситуациях. Многие профессиональные камеры не имеют режима «Автоматическая следящая АФ», поскольку его разрабатывали для новичков.

2.4 Постоянная следящая фокусировка

Режим постоянной следящей фокусировки, обозначаемый у Nikon буквами “AF-F” был введен компанией для новых моделей Никон Д3100 и Д7000. Предназначается он, преимущественно, для съемки в Live View формате. В данном режиме камера следит за объектом съемки и автоматически подстраивает фокус во время съемки видео. Хоть, название звучит красиво, в жизни этот режим работает не очень хорошо, когда снимаются быстро движущиеся объекты. Инженерам Nikon Corporation еще предстоит много работать, чтобы довести режим “AF-F” до ума. Если вы не снимаете видео на зеркалку, то не стоит включать данный режим.

Многие профессиональные фотографы в уроках фотографии для новичков отмечают, что большую часть времени у них включен режим непрерывной следящей фокусировки AF-C и лишь, когда камера не может навестись на резкость в условиях плохого освещения, они переключаются в AF-S.

2.5 Смена режимов фокусировки

Если вы не знаете, как сменить режим автоматической фокусировки на вашем фотоаппарате, лучше прочитайте инструкцию к нему, так как у разных моделей это происходит по-разному. Например, у камер начального уровня Nikon D5300 или Nikon D5200 нужно нажать кнопку «Info» и джойстиком выбрать режим фокуса. А у дорогих зеркалок есть специальная кнопка на передней панели, при помощи которой можно быстро переключиться между разными режимами. Вот, например, как менять режим АФ у камеры Nikon D610: нажимаем кнопку режима AF и одновременно крутим колесико управления.

На вспомогательном экране появилась буква «C», значит камера работает в режиме непрерывной следящей фокусировки AF-C, переключились на «S» — включился покадровый фокус. Нажали «M» — перешли на ручное управление фокусированием камеры.

3. Режимы зоны автоматической фокусировки

Чтобы запутать начинающих фотографов еще больше, многие зеркальные фотоаппараты имеют в своем меню пункты, называющиеся как-нибудь типа “Режим зоны АФ”, которые позволяют фотолюбителю выбрать несколько опций, как будет работать фокусировка в режимах AF-S, AF-C, AF-A и AF-F.

У зеркалок начального уровня, типа Nikon D3100 или Nikon D5200 настройки можно поменять через меню, а у продвинутых камер, как например у Nikon D300s, Nikon D700, Nikon D3s или Nikon D3x они меняются специальным селектором на задней панели (у зеркальных фотоаппаратов Никон Д810 и Никон Д4С нельзя переназначить управление данным параметром на другие кнопки). Давайте посмотрим, что дает нам выбор зоны автоматической фокусировки.

3.1 Одноточечная зона наведения на фокус

Когда мы выбираем режим «Одноточечная АФ» в камере Никон или “Manual AF Point” в Кенон, мы используем только одну точку для фокусировки через видоискатель, чтобы навестись на резкость. То есть, когда мы джойстиком переключаемся с одной точки на другую, камера замеряет контраст только в данном конкретном участке изображения, используя при этом вертикальные или крестовые датчики (в зависимости от того, какой мы выбрали). Многие профессиональные фотографы советуют использовать режим наведения на фокус по одной точке при съемках пейзажа, архитектуры и других неподвижных объектов.

3.2 Режим динамической зоны фокусировки

В режиме «Динамическая АФ» у Nikon или “AF Point Expansion” у камер Canon мы выбираем одну точку фокусировки, а камера сначала настраивает фокус по ней. Далее, как только фокус настроился, если объект движется, фотоаппарат задействует окружающие точки, чтобы следить за ним и держит фокус на объекте съемки. Мы ожидаем, что она будет следить за движением субъекта и сохранять его в зоне резкости, при этом фотоаппарат будет держать его близко к изначально выбранной точке фокусировки. Если камера выбирает окружающие/другие точки – это не будет видно в видоискателе, но будет заметно на готовой фотографии.

Режим динамической АФ отлично работает при съемке быстро движущихся объектов, например, птиц, поскольку нам нелегко держать в фокусе птичку во время полета. Продвинутые зеркалки, например, Nikon D7100, Nikon D7200 или Nikon D800, позволяют выбрать количество точек, окружающих основную: 9, 21 или 51 штуку.

Таким образом, когда мы хотим следить за небольшим участком в кадре, выбираем 9 точек, а если нужно отслеживать движение по всему полю кадра, назначаем 51 точку.

В последнее время многие модели зеркалок от Nikon имеют еще режим «3D слежение» — когда мы назначаем точку, а камера затем сама решает, сколько вспомогательных ей нужно, чтобы отследить изменение положения объекта в кадре. Преимущество режима «3D слежения» в том, что фотоаппарат использует встроенную систему распознавания образов, автоматически считывая цвета и следуя самостоятельно за субъектом, а вы просто компонуете снимок во время движения субъекта.

Например, мы фотографируем белую цаплю, расхаживающую между черных птиц. Система 3 D слежения автоматически сфокусируется на белой птице и будет за ней следить, даже, если птичка двигается или камера перемещается, позволяя нам скомпоновать снимок .

Если сравнить режимы «Динамическая АФ» и «3D Слежение», то в первом случае будет использоваться определенное количество точек, а во втором – все имеющиеся, чтоб следить за объектом съемки. При этом «Динамическая АФ» задействует определенные «зоны», активируя только окружающие точки фокусировки (столько, сколько мы выбрали в настройках). Например, мы выбрали 9 точек, слежение будет работать до тех пор, пока объект находится в зоне 9-ти точек фокуса, окружающих основную. Если субъект покинет этот участок, камера сфокусироваться не сможет. А вот в режиме 3D слежения фотоаппарат продолжит наблюдать за объектом (заново выбранные точки отобразятся в видоискателе), даже если он значительно отдалится от изначально выбранной точки.

Профессионалы используют режим динамической автофокусировки во время фотоохоты на птиц и диких животных, задействуя небольшое количество точек: 9 или 21 штуку. По поводу 3D слежения существуют разные мнения, поскольку оно не такое быстрое, как при, например, 9 точках динамического АФ.

3.3 Режим автоматического выбора зоны фокусировки

У фотоаппаратов Nikon он обозначается, как «Автоматический выбор зоны АФ», у Canon — “Automatic AF Point Selection” и представляет собой метод «наведи и снимай» фокусировки. Камера автоматически выбирает, на чем фокусироваться. Это – сложная система, способная распознавать цвет кожи человека в кадре и автоматически фокусироваться на нем. Если в кадре несколько персон, фокус будет выбран на ближней к фотоаппарату. Если людей в кадре нет, тогда, обычно, камера фокусируется на ближнем или дальнем объекте. Если мы выбрали режимы AF-S и «Автоматический выбор зоны АФ», в видоискателе на секунду отобразится задействованная точка фокусировки, позволяя нам подтвердить зону, на которой сфокусировалась камера.

Тоже самое возможно и у фотоаппаратов Canon, но у них такой режим называется “Automatic AF point selection in One-Shot AF mode”. Трудно сказать, зачем нужен данный режим, ведь профессионалы любят контролировать все параметры съемки, вместо того, чтобы позволить камере делать это за них.

3.4 Режим групповой зоны фокусировки

У последних моделей зеркальных камер Никон, таких как Nikon D810 и Nikon D4S, появился новый режим выбора зоны фокусировки “Групповая АФ”. В отличие от «Одноточечная АФ», задействуется не одна, а пять точек фокусировки для слежения за объектами. Такой режим лучше подходит для задания начальной точки фокусирования и слежения за объектами в сравнении с «Одноточечная АФ» или «Динамическая АФ», особенно, когда речь идет о фотоохоте на мелких птиц, которые постоянно порхают с ветки на ветку и бывает трудно поймать их в фокус и следить за ними. В таких случаях “Групповая АФ” может сильно помочь фотографу и выдать лучшие результаты, чем «Динамическая АФ», поскольку она более точная и дает стабильность от снимка к снимку.

Как работает режим групповой зоны фокусировки? Мы видим в видоискателе 4 точки фокусирования, пятая, в центре, скрыта. Мы можем перемещать группу, нажимая джойстик на задней панели фотоаппарата (в идеале мы хотим оставаться в центре, потому что точка фокусировки посередине кадра – крестовая, более точная). Когда мы навелись на объект, все пять точек активируются одновременно для начальной фокусировки с приоритетом по ближайшему субъекту.

В этом отличие от «Динамическая АФ» с 9-ю точками, у которой приоритет – по выбранной центральной точке. Если по центральной сфокусироваться не удалось (низкий контраст), фотоаппарат попробует остальные 8 штук. Изначально камера всегда ориентируется на центральную точку, а только затем переходит на другие 8 штук.

В свою очередь “Групповая АФ” задействует все 5 точек одновременно и старается навестись на фокус по ближайшему субъекту, не давая преимуществ любой из 5-ти точек.

Режим групповой зоны фокусировки “Групповая АФ” особенно удобен при съемке птиц, диких животных и некомандных видов спорта. В примере со снимком выше, с велосипедистами, если наша цель поймать в фокус переднего спортсмена, лучше подойдет «Групповая АФ», поскольку в этом режиме камера будет следить за ближним к ней спортсменом.

Другой хороший пример: птица сидит немного сверху над фотографом так, что фон за ней почти не виден. В режиме «Динамическая АФ», не важно куда вы нацелились, фотоаппарат сначала попробует поймать фокус. Если мы навели объектив прямо на птицу, камера сфокусируется на ней. Если мы случайно прицелились на задний план, камера сфокусируется на нем.

Поэтому съемка мелких птиц может быть слегка затруднена, особенно в кустах, или, если ветки, на которых они сидят, постоянно шатаются. Выбор начальной точки фокусировки очень важен, и чем быстрее мы ее выберем, тем выше шансы поймать птицу в фокус и следить за ней, особенно, если она внезапно решит улететь. Как указано выше, режиме “Групповая АФ” нет преимуществ ни у одной точки фокусировки, все 5 штук активируются одновременно. В этом случае, поскольку птичка сидит ближе, чем фон, как только группа из 5 точек окажется к ней близко, камера всегда сфокусируется на птице, а не на фоне. Как только мы выбрали фокус, камера в режиме «Групповая АФ» будет следить за субъектом, но снова, только если одна из 5 точек будет рядом с субъектом. Если объект съемки движется быстро, и мы не успеваем повернуть камеру в том же направлении, фокус будет потерян, также, как это случилось бы в режиме «Динамическая АФ» с 9-ю точками.

Некоторые фотографы говорят, что режим «Групповая АФ» позволяет поймать фокус довольно шустро, но никто особо не замерял, быстрее ли он, чем динамическая фокусировка с 9-ю точками. Возможно, последняя в некоторых ситуациях окажется более быстрой.

Другой важный факт, на который следует обратить внимание, это то, что, когда мы включаем режим группового автофокуса при покадровой фокусировке AF — S , камера включает функцию распознавания лиц и старается навести резкость по глазам ближайшего к ней человека, выделяющегося из группы. Например, если мы фотографируем кого-то, стоящего между ветвей дерева и листвы, фотоаппарат всегда будет стараться поймать фокус на лице портретируемого, вместо того, чтобы сфокусироваться на листьях .

К сожалению, распознавание лиц возможно только в AF-S режиме, поэтому, если мы фотографируем группу быстро движущихся спортсменов и нам нужно, чтобы камера заблокировала фокус и следила за лицами субъектов (а не фокусировалась на ближайших объектах), нам лучше использовать режим «Динамическая АФ» у Nikon или “AF Point Expansion” у камер Canon.

Вот схематичное сравнение каждого из режимов автоматической фокусировки для фотоаппаратов Nikon.

Если изображения рассматриваем по часовой стрелке: режим «Одноточечная АФ», Автоматический выбор зоны АФ (9, 21 и 51), «3D слежение» и «Групповая АФ».

3.5 Другие режимы выбора зоны фокусировки

Последние модели зеркалок имеют новые режимы выбора зоны, например: “Приоритет автоматической фокусировки по лицу”, “Широкая зона АФ”, “Нормальная зона АФ” и “АФ слежение за субъектом”. Эти режимы применяются при съемке видео на зеркальный фотоаппарат. Скорее всего, данные функции будут встраиваться во всю модельную линейку зеркалок Nikon, способных снимать видео. Не будем обсуждать данные режимы детально, поскольку их функционирование в разных камерах немного отличается и, возможно, будет изменено в будущем.

У компании Canon тоже есть свои режимы выбора зоны автофокуса, например, “Spot AF”, при котором мы можем точно подстроить фокус внутри точки фокусировки. Такой режим является узкоспециальным, его можно встретить, например, у фотоаппаратов Canon EOS 7D.

3.6 В каких случаях выбирать тот или иной тип автоматической фокусировки

Почему нам нужно знать, как и когда использовать различные режимы выбора зоны автофокуса? Потому что каждый из них может комбинироваться с режимом фокусировки! Чтобы лучше понять это, давайте составим таблицу с примерами (для зеркальных фотоаппаратов Nikon).

Режим выбора зоны АФ	Режимы фокусировки Nikon
Одноточечная АФ	Фотоаппарат наводится на фокус только один раз и только по выбранной точке фокусировки.	Камера наводится на резкость по одной выбранной точке, когда объект движется – фокус перенастраивается.	Зеркалка определяет подвижен ли объект съемки или неподвижен и автоматически решает, какой из режимов использовать: AF-S или AF-C. В любом случае, применяется только одна точка.
Динамическая АФ	Отключен, просто работает, как одноточечная автоматическая фокусировка.	Мы выбираем начальную точку фокусировки и, как только камера навелась на объект, включаются окружающие точки, чтобы отслеживать его движение. В меню камеры можно выбрать количество вспомогательных точек.	Как в предыдущем случае, но по группе точек.
	Как и в предыдущем случае	Вместо того, чтобы использовать конкретное число точек фокусировки, задействуются все возможные и применяется распознавание цвета для слежения за субъектом. Фотограф указывает начальную точку, а камера следит за субъектом по всему полю кадра автоматически, позволяя ему перекомпоновать снимок без потери фокуса на субъекте.	Аналогично предыдущему
	Фотоаппарат активирует 5 точек фокусировки и наводится по ближайшему объекту. Если он определил, что в кадре есть человек, фокусироваться будет по нему.	Фотокамера автоматически фокусируется на ближайшем субъекте и следит за ним в кадре до тех пор, пока он находится близко к 5 точкам. Распознавание лиц не работает.	Не доступно.
Автоматический выбор зоны АФ	Камера сама выбирает точку в зависимости от того, что находится в кадре.	Камера сама устанавливает точку на движущемся объекте и следит за ним.	Аналогично предыдущим случаям.

Примечание к таблице пояснения режимов выбора зоны фокусировок выше: в различных моделях могут отсутствовать те или иные опции.

3.7 Смена режимов выбора зоны фокусировки

Чтобы понять, как изменить режим выбора зоны фокусировки именно на вашей камеры, лучше почитать инструкцию. У зеркалок начального уровня типа Nikon D3100 или Nikon D3300, нужно войти в раздел “Меню режима съемки”, а продвинутые камеры имеют переключатель на задней панели. Вот, например, как выглядит вспомогательный дисплей у зеркальных фотоаппаратов Никон Д600, и Д610.

Нажимаем кнопку AF у основания байонета, и не отпуская ее, вращаем переднее и заднее колеса управления.

4. Сценарии автофокуса и примеры

Что ж, мы узнали много технической информации о том, что собой представляет каждый из режимов автоматического фокуса и выбора зоны АФ. Давайте пройдемся еще по сценариям и рассмотрим примеры, чтобы хорошо понять и усвоить данные, представленные ранее. Настройки камер, описанные ниже, взяты для камер Никон.

4.1 Сценарий №1 – Съемка спортивных соревнований на улице

Какой режим автофокуса и тип замера зоны АФ мы выберем, фотографируя, например, футбол? Давайте начнем с выбора правильного режима фокусировки. Очевидно, что режим покадровой следящей фокусировки AF-S не подойдет, так как нам нужно, чтобы камера фокусировалась постоянно, до тех пор, пока полунажата кнопка спуска затвора (ну или ту, кнопку, что мы назначили для AF). Поэтому мы должны использовать либо AF-C, либо AF-A режим. Профессионалы хотят полностью контролировать процесс съемки, поэтому переключаются в режим непрерывной следящей автоматической фокусировки AF-C в такой ситуации.

А что по поводу выбора зоны АФ? Должны мы включать режим «Одноточечная АФ», «Динамическая АФ», «Групповая АФ» или «3D Слежение»? Профессиональные фотографы при съемке спортивных соревнований, как футбол, баскетбол или хоккей на улице, будут включать 3D слежение, позволяя камере наблюдать за спортсменами, пока человек компонует кадр. Если вдруг окажется, что 3D-слежение работает некорректно, ошибается часто, тогда можно переключиться на «Динамическая АФ» с достаточно большим количеством точек фокусировки, особенно, если мы стоим близко к месту действия. Режим «Групповая АФ» будет хорошо работать только, если мы стоим очень близко к объектам съемки. Вот набор настроек режимов фокусировки для описываемых случаев:

1. Способ автоматической фокусировки : AF-C
2. Режим замера зоны АФ : 3D-Слежение, Динамическая или Групповая АФ
3. Пользовательские настройки => Динамическая АФ : 21 или 51 точка
4. Пользовательские настройки => Выбор приоритета для AF-C : приоритет фокусировки

4.2 Сценарий №2 – Съемка людей на улице

Когда мы фотографируем людей, позирующих нам на природе в солнечный день, любой из режимов фокусировки должен работать хорошо. Если мы выбрали AF-S, камера сфокусируется один раз, как только мы полунажали «Спуск», так что просто нужно быть уверенным, что наш объект не двинулся после наведения на фокус. По умолчанию, фотоаппарат не позволит снять фото в режиме покадровой следящей фокусировки AF-S, если фокус не наведен.

Если же, мы снимаем в режиме непрерывной следящей фокусировки AF-C, то должны просто убедиться перед нажатием кнопки, что фокус навелся правильно. Также, для съемки портретов хорошо подходит AF-A.

Что касается выбора зоны замера АФ, то удобнее снимать при «Одноточечная АФ», поскольку объект съемки неподвижен.

1. Режим автофокуса : AF-S, AF-C или AF-A
2. Зона замера АФ : одноточечная
3. Пользовательские настройки => Выбор приоритета для AF-S : приоритет фокусировки
4. Пользовательские настройки => Выбор приоритета для AF-C : приоритет спуска

Наверное, не стоит и упоминать, что мы всегда должны фокусироваться по ближайшему глазу нашей фотомодели, особенно, если она располагается близко к нам.

4.3 Сценарий №3 – Съемка портретов в помещении

Снимать людей внутри здания при плохом освещении может быть несколько затруднительно. Если в комнате темно, можно переключиться в режим покадровой следящей фокусировки AF-S, чтобы лампа вспомогательной подсветки помогла нам, если потребуется. Если у нас есть внешняя вспышка, режим AF-S позволит включить красный луч для подстройки фокуса.

В режиме AF-C воспользоваться данной функцией не получится. И автоматический фокус AF-A тоже должен справиться в данной ситуации, но профессиональные фотографы предпочтут включить AF-S.

Что касается замера зоны АФ, то удобнее использовать центральную точку фокусировки для большей точности в условиях плохого освещения.

1. Режим автофокуса : AF-S
2. Замер : Одноточечная АФ
3. Пользовательские настройки => Выбор приоритета для AF-S : приоритет фокусировки

4.4 Сценарий №4 – фотографируем птиц на лету

Съемка птиц – чрезвычайно трудный жанр фотографии, поскольку нам сложно предугадать их поведение и часто они летают очень быстро. Как отмечалось выше, при фотоохоте лучше выбрать режим «Непрерывная следящая АФ» (AF-C), а зону фокуса – либо «Групповая АФ», либо «Динамическая АФ» с 9-ю или 21-й (хотелось бы фотографировать при 21 точке, но обычно 9 штук – быстрее). Профессиональные фотографы говорят, что пробовали использовать 51 точку фокусировки и 3D-слежение, но эти режимы более медленные и менее точные, чем в случае использования меньшего количества точек.

Один из фотографов говорил мне, что в 99% случаев фокусируется на птицах по центральной точке, меняя ее только, когда птички сидят высоко на какой-нибудь ветке. Еще раз: центральная точка фокусировка в большинстве случае дает лучший результат. Если мы снимаем мелких птиц и нет времени для того, чтобы задать начальную точку фокусировки, можно попробовать режим «Групповая АФ» (если доступна на вашей камере).

1. Режим автофокуса : AF-C
2. Замер зоны АФ : Динамическая или Групповая АФ
3. Пользовательские настройки => Динамическая АФ : 9 или 21 точка
4. Пользовательские настройки => Выбор приоритета для AF-C : приоритет спуска

4.5 Сценарий №5 – Съемка пейзажей и архитектуры

Для таких видов съемки подходят все режимы фокусировки, но удобней, все же, пользоваться AF-S, поскольку у нас нет объектов, за которыми нужно следить.

В условиях плохого освещения у нас не получится воспользоваться функцией вспомогательной подсветки АФ, поскольку расстояния очень большие. В таком случае можно установить фотоаппарат на штатив и перевестись в Live View, чтобы контрастным методом сфокусироваться на ярком объекте нашей сцены. Если и это не помогает, остается одно: выключить автоматическую фокусировку и навестись на резкость вручную.

При съемке пейзажа или архитектурных объектов нужно быть внимательней к тому, на чём сфокусировалась наша камера и помнить, что особое значение принимает необходимость четкого понимания, что такое глубина резко изображаемого пространства (ГРИП) и гиперфокального расстояния.

По поводу замера зоны автофокуса можно сказать одно: определенно нам нужен режим «Одноточечная АФ» чтобы сфокусироваться точно на конкретной точке нашего кадра.

1. Режим автофокуса : AF-S
2. Способ выбора зоны автофокуса : одноточечная АФ
3. Пользовательские настройки => Выбор приоритета для AF-S : приоритет фокусировки

4.6 Сценарий №6 – Съемка крупных животных

На фотосафари, при съемке крупных животных профессионалы предпочитают использовать режим непрерывной следящей фокусировки AF-C и способ замера зоны автофокуса «Динамическая АФ» или «3D слежение», оба они работают отлично. Животные, обычно, не такие юркие, как птицы (хотя иногда они могут двигаться даже быстрее), поэтому если мы снимаем не быстрые события, лучше использовать режим «Динамическая АФ» с большим количеством точек фокусировки или применить 3D слежение.

1. Режим автоматической фокусировки : AF-C
2. Выбор зоны АФ : динамическое фокусирование или 3D слежение
3. Пользовательские настройки => Динамическая АФ : максимальное количество точек или 3D
4. Пользовательские настройки => Выбор приоритета для AF-C : приоритет спуска

Будем надеяться, что перечисленные выше сценарии облегчат понимание, когда и как выбирать тот или иной режим фокусировки и замера зоны фокуса. Теперь пришло время вернуться к таблице, представленной выше и проверить, хорошо ли мы всё поняли.

4.7 Сценарий №7 – Фотографируем небольшие группы

Новички часто спрашивают, в каком режиме фокусироваться, когда мы снимаем группу из нескольких человек. Прежде, чем говорить о режиме автофокуса, нужно обсудить некоторые важные вещи. Если мы используем объектив со стандартным фокусным расстоянием или телевик при открытой диафрагме, нужно помнить о расстоянии до объекта съемки. Когда мы стоим близко к нашей группе и снимаем при апертуре f/1.4-f/2.8, то может случиться так, что в фокусе окажется всего пара человек, а остальные – размыты, если только они не стоят в одной плоскости. Решений здесь два: либо зажать диафрагму до f/5.6 или f/8, либо отойти подальше, чтобы увеличить ГРИП. Или можно использовать оба этих совета.

Если мы хотим размыть фон и снимать при большой апертуре, мы можем только поставить всех в ряд, строго параллельно фотоаппарату. Представим, как необходимо было бы стоять людям, если бы они прижались затылком к плоской стене – вот как должны располагаться наши модели.

Что касается режимов фокусировки, то в дневное время все они будут работать хорошо, но удобнее применять одноточечную фокусировку.

1. Режимы автофокуса : AF-S, AF-C или AF-A
2. Способ замера : одноточечная АФ
3. Пользовательские настройки => Выбор приоритета для AF-S : приоритет фокусировки
4. Пользовательские настройки => Выбор приоритета для AF-C : приоритет спуска

Примечание: Как можно заметить, во всех режимах выбор приоритета для “AF-S” и “AF-C” установлен на “приоритет фокуса” и “спуск”, соответственно. И вот почему. Выставляя режим покадровой следящей фокусировки AF-S и “приоритет фокусировки”, мы говорим фотоаппарату, чтобы он не позволял сделать снимок, если он не смог навестись на резкость. Профессиональные фотографы не слишком часто пользуются режимом AF-S, но когда они его включают, то хотят, чтобы кадр был резким.

Для режима непрерывной следящей автоматической фокусировки AF-C «приоритет спуска» работает отлично в большинстве ситуаций: фотоаппарат максимально точно подстраивает фокус, но не допускает слишком долгих задержек затвора, позволяя фотографу снимать тогда, когда он хочет. Нет смысла задумываться для режима AF-C над тем, какой приоритет выставить: спуск или фокус. В «приоритет спуска» камера не беспокоится хороший фокус или плохой (зачем тогда нужен автофокус?), а в «приоритете фокуса» она не позволит сделать хороший снимок до тех пор, пока фокус не заблокирован. Если нам нужно, чтобы фокусировка была такой точной, мы переключаемся в AF — S тогда. Просто устанавливаем данный параметр, как показано в примерах выше и забываем о них навсегда .

5. Советы, как улучшить работу автофокуса при плохом освещении

Как отмечалось ранее, при хороших, солнечных условиях съемки, камеры отлично справляются с автоматической фокусировкой. Но, когда фотографы начинают снимать при плохом освещении, они сталкиваются с множеством проблем, особенно, если фотографируют в помещении. Вот некоторые советы, как сделать работу системы автоматического фокуса лучше, если света недостаточно:

1. Используем центральную точку фокусировки . Не важно сколько у нашего фотоаппарата точек фокусировки 9 или 51, мы, все равно, фокусируемся по центральной, а не по крайним, если снимаем при плохом свете, поскольку она работает более точно. Обычно в центре установлен крестовый датчик, работающий лучше, чем любые другие точки в нашей фотокамере.

Но что тогда делать с кадрированием и композицией, если мы должны фокусироваться по центральной точке? Выход видится в том, чтобы переназначить функцию автофокуса с кнопки «спуск затвора» на камере, на другую, расположенную на задней панели фотоаппарата. Тогда можно будет сфокусироваться на объекте съемки и перекомпоновать кадр. Большинство зеркальных камер, в том числе и начального уровня для новичков, позволяют сделать это. У профессиональных зеркалок есть кнопка (обычно называется “AF-On”), которую можно включить через меню, выбрав “AF-ON Only” в настройках активации автофокуса. Но мы должны быть внимательными после того, как перекомпоновали кадр, особенно, когда фотографируем с малой ГРИП на открытой диафрагме. Когда мы навелись на резкость, а затем передвинули фотоаппарат, наверняка, фокус сместится, и нужно быть внимательным, чтобы сохранить наш объект съемки резким.

2. Включаем функцию вспомогательной подсветки автофокуса на камере или на внешней вспышке . Всегда, когда приходится снимать при плохом освещении, данная функция помогает фотографам. Чтобы активировать ее, нужно убедиться, что вспомогательная подсветка АФ включена в меню и выбран режим фокусировки «Покадровая следящая фокусировка» — AF-S.

3. Выбираем контрастные объекты и грани . Вместо того, чтобы пытаться навести фокус на плоской одноцветной поверхности, ищем «контрастные» объекты, выделяющиеся от заднего плана.

4. Добавляем немного света или включаем лампы . Звучит просто, но, если мы имеем проблемы с фокусировкой, что может быть проще, чем добавить немного больше света или включить больше лампочек в комнате? Один профессиональный фотограф рассказал, как ему пришлось снимать танцы на вечеринке. Света было так мало, что пришлось освещать моделей фонариком, чтобы сфокусироваться. Потом он подошел к организатору и попросил включить общее освещение в зале – все проблемы решились сами собой, а он смог снять отличные фотографии.

5. Следим за скоростью затвора . Мы можем думать, что у нас проблемы с фокусировкой, но не нужно забывать и про то, что выдержка должна быть достаточной для съемки с рук. Подробно о правиле определения времени экспозиции по формуле В=1/(2*ФР) рассказано в отдельном фотоуроке по настройкам зеркалок.

6. Используем штатив . Используя трипод, мы можем добиться более точной фокусировки при плохом свете, не беспокоясь о движении камеры.

7. Воспользуемся функцией контрастной фокусировкой в режиме Live View . Когда мы установили камеру на штатив, можно попробовать сфокусироваться в режиме Live View, при котором, как мы помним, можно задействовать более точный метод наведения на резкость по контрасту объектов в кадре. Многие профессиональные фотографы отмечают, что всегда, когда им приходится фотографировать со штатива, они стараются воспользоваться контрастной фокусировкой, поскольку она дает лучшие результаты. Да и, вообще, в режиме Live View фокусироваться удобней, поскольку на экране камеры изображение крупнее, чем в видоискателе.

8. Полезная вещь – яркий фонарик . Если в нашей модели фотоаппарата нет встроенной лампы подсветки автофокуса, используем яркий фонарик и просим кого-нибудь посветить на наш объект съемки, чтобы попробовать навестись на фокус. Как только резкость поймана, переключаемся в режим ручной фокусировки и выключаем фонарь, фотографируем «при автоспуске». Мне встречались советы профессионалов, использовать для наведения на фокус лазерной указки при съемке ночных пейзажей (не забываем, что, если попасть в глаз человеку или животному, можно сжечь сетчатку).

9. Используем ручную фокусировку . Такой совет не соответствует названию статьи, но мы должны уметь настраиваться вручную на фокус и не бояться делать этого. Иногда ручная фокусировка получится даже быстрее, чем в автоматическом режиме. Многие пейзажи, макроснимки и архитектурные фотографии сняты при ручной фокусировке.

Фото 13. Еще один пейзаж, снятый при ручной фокусировке. ХДР из трех кадров. Фотоаппарат Никон Д610. Объектив — Самъянг 14/2,8. Штатив Sirui T-2204X.

P.S. Дорогие друзья, коллеги и гости сайта! Если вы считаете, что статья может быть полезна другим фотографам, буду благодарен, если поделитесь ссылочкой на нее в соцсетях, на профильных форумах, опубликуете у себя в блоге. Только прошу ставить активную ссылку на источник! Жена потратила целый день, чтобы начертить все эти рамки на фотографиях… Нельзя же, чтобы ее труд был напрасным. Спасибо! Удачных, резких фотографий вам.

Статьи и Лайфхаки

Фазовый автофокус в современном смартфоне, или, как его называют в англоязычных спецификациях, PDAF, является наиболее актуальной системой фокусировки.

Несмотря на имеющиеся недостатки, он обеспечивает наилучшее качество снимков в большинстве случаев. Рассмотрим поближе, как работает эта технология.

Устройство и принцип действия

Согласно законам оптики, лучи, отраженные от точки, освещают противоположные участки объектива в одинаковой степени. Если точка находится не в фокусе, то данные лучи, как говорят, «расходятся по фазе».

Величина этого расхождения позволяет процессору камеры оценить, насколько сместить линзы, чтобы сфокусировать оптическую систему на объекте.

Технически это выглядит следующим образом. В фотосенсор камеры встраиваются специальные датчики, на которые и направляются лучи из разных участков объектива.

Система корректирует положение линз до тех пор, пока световые пучки не будут сведены в точку.

В фотоаппаратах может использоваться до нескольких десятков таких датчиков, в смартфонах их несколько меньше.

Достоинства фазового автофокуса

Основным преимуществом данного типа фокусировки перед более простым и дешевым контрастным является скорость работы. Это позволяет избежать смазывания при съемке движущихся объектов или дрожании камеры.

Важно и то, что следящий автофокус, сопровождающий объекты по всему полю кадра, работает существенно лучше. Это достигается за счет использования не одного, а целой группы датчиков.

Недостатки

1. Основным минусом является высокая сложность подобной системы. Все элементы аппаратной части должны быть очень точно согласованы, в противном случае не получится требуемой точности.

   Не менее важно и программное обеспечение, требующее достаточного количества системных ресурсов.

2. Другая проблема – зависимость точности работы системы от светосилы объектива и условий освещения.

   Обычно датчики покрывают не всю поверхность кадра, а располагаются ближе к центру, в результате чего возможна недостаточная точность фокусирования на периферии снимка.

Альтернатива

В недорогих моделях гаджетов обычно используется более простой автофокус – контрастный. Он не требует отдельных датчиков, в качестве которых используется сама матрица камеры.

Электроника оценивает контрастность отдельных деталей и последовательно подстраивает фокус.

Главный минус – очень медленная скорость работы таких систем: в самом тяжелом случае фокусировка может занимать до 2-3 секунд. Это приводит к смазыванию объектов на снимках.

Недавняя новинка – , использующий тот же принцип, что и оптические дальномеры.

Он не зависит от освещенности, работает еще быстрее, чем фазовый, но действует на очень коротком расстоянии. Поэтому при съемке объектов, удаленных более чем на 3-4 м система переключается на использование других типов фокусировки.

В заключение

Наличие фазового автофокуса еще недавно было признаком флагманской модели, однако в последние годы он часто появляется и в девайсах среднего ценового сегмента.

А специализированные программные алгоритмы с использованием искусственного интеллекта, появившиеся в последнее время, дополнительно повышают качество его работы.

Но, хотя в смартфонах используются более простые технические решения, чем в зеркальных фотоаппаратах, они всё же недостаточно дешевы, чтобы вытеснить другие виды фокусировки.

Первые десятилетия фотографии камеры были большими и представляли собой простую, но громоздкую конструкцию в виде «гармошки», соединяющей объектив и кассетную часть с фотопластинкой. Перед съемкой на место фотопластинки вставлялось матовое стекло (фокусировочный экран), и фотограф вручную двигал объектив (обычно однолинзовый) для фокусировки изображения, накрывшись темным покрывалом для повышения яркости и контраста. Процесс этот был небыстрый, но и спешить особо было некуда: светочувствительность фотопластинок в то время была низкой, выдержка составляла минуты, так что снимали в основном статичные сцены — пейзажи, натюрморты и портреты людей, которым приходилось для этого сидеть неподвижно.

Ручная работа

К началу XX века чувствительность фотоматериалов увеличилась, формат уменьшился, камеры стали намного компактнее и удобнее, но сфокусировать объектив по изображению на маленьком фокусировочном экране стало сложно даже с помощью лупы. Эту проблему можно было решить несколькими путями. Во‑первых, сфокусировать объектив на гиперфокальном расстоянии, так, чтобы большая часть объектов в кадре изображалась резко. Во‑вторых, разметить шкалу расстояний на объективе и наводить резкость, выставляя нужные значения «на глаз». И, в-третьих, можно было применить принципиально новое решение, оснастив камеры устройством для измерения дистанции — дальномером. Этот несложный оптический прибор состоял из светоделительной призмы и поворотного зеркала, разнесенных на определенное расстояние (база). Фотограф, глядя в окошко дальномера, поворачивал зеркало до тех пор, пока изображения не совмещались. С помощью триангуляции, исходя из угла поворота и базы, можно было найти расстояние до объекта съемки и выставить эту дистанцию на объективе (вручную). Такими устройствами камеры начали оснащать с начала XX века, а в 1916 году в модели 3A Autographic Kodak Special конструкторы впервые механически объединили измерение расстояния с одновременной фокусировкой объектива. Настоящую популярность это приспособление получило благодаря компании Leica, которая начала снабжать свои камеры дальномерами начиная с модели Leica I (1925), — собственно, такие камеры и стали называться дальномерными.

Убрать раздвоение

В 1976 году на выставке Photokina компания Leica представила фотокамеру с системой Correfot (которую она разрабатывала с 1960 года) — первой системой автофокусировки в мире. По одной из легенд, несмотря на интерес публики, компания отказалась от ее выпуска, «потому что клиенты уже знают, как правильно фокусировать объектив». На самом деле система была просто слишком прожорлива (комплекта из шести батареек хватало менее чем на час съемок) и в целом «сырая». Поэтому первой серийной автофокусной камерой стала в 1977 году Konica C 35 AF, оснащенная системой Visitronic компании Honeywell. Система эта базировалась на классическом дальномере и триангуляции, только два изображения сводил вместе не сам фотограф, а электромеханическая автоматика, сравнивая сигналы с двух ПЗС-матриц.

Компания Canon пошла немного другим путем, решив обойтись без сложной электромеханики. В Canon AF35M (1977) появился активный автофокус, представлявший собой оптоэлектронную версию классического дальномера: светодиод излучал инфракрасный импульс, а расстояние определялось по углу его отражения от объекта, измеренного с помощью ПЗС-датчика. В следующей модели, Canon AF35ML (1981), уже использовалась пассивная автофокусировка, основанная на «твердотельной триангуляции»: никаких движущихся частей, а «сведение» изображений осуществлялось электронным способом — по разности сигналов на двух ПЗС-матрицах.

В первых дальномерных камерах фотограф совмещал изображения, считывал расстояние и выставлял полученное значение на фокусировочной шкале объектива. В камере 3A Autographic Kodak Special эти процедуры были объединены в одну.

Сдвиг по фазе

Первой автофокусной зеркальной камерой стала Minolta Maxxum 7000 (1985). В этой модели использовалась система фазовой автофокусировки (AF) через объектив (Through The Lens — TTL), которая широко применяется и сейчас. Принцип ее работы основан на том, что лучи, проходящие через две половины объектива, отражаются зеркалом и фокусируются в двух разных точках на датчике АФ — двух ПЗС-линейках. Расстояние между этими точками для идеальной фокусировки точно известно, и если измеренная дистанция между пиками не совпадает с этим значением, система управления начинает двигать объектив в нужном направлении до тех пор, пока пики не окажутся на нужных местах. В реальной жизни, конечно, все намного сложнее — изображение представляет собой не точку, может быть расположено не на оптической оси и т. п. Эти проблемы решаются введением различных масок и дополнительных конденсорных линз, но принцип тот же.

Автоматические дальномеры и настоящая АФ Konica C35 AF была оснащена электромеханическим дальномером с двумя ПЗС-датчиками. Сигналы с датчиков сравнивались, их совпадение означало точную фокусировку.

Фазовый автофокус очень быстрый (система сразу знает, в каком направлении нужно двигать объектив, и благодаря этому даже может отслеживать движение объекта в кадре), не требует большой вычислительной мощности и не имеет движущихся частей. Основной недостаток этой системы — ее неуверенная работа при низком освещении, а также то, что она работает только при опущенном зеркале: в момент съемки зеркало поднимается, и весь свет через объектив попадает на пленку или матрицу, а не на датчик АF. А значит, эта система не годится для тех случаев, когда кадр визируется по ЖК-экрану (LiveView), то есть для большинства компактных цифровых камер и смартфонов.

А первая настоящая АФ появилась в камере Minolta Maxxum 7000. Это была полноценная система фазовой автофокусировки через объектив (TTL) — предок всех современных фазовых систем АФ.

По образу и подобию

Для цифровых камер, которые с начала 2000-х заменили пленочные, пришлось придумывать новый принцип автофокусировки. Ну, не совсем новый. Как человек наводит объектив вручную? Крутит кольцо фокусировки, пока наблюдаемая картинка не станет резкой, то есть максимально контрастной. Контрастный автофокус работает точно так же: двигает объектив, добиваясь максимальной контрастности картинки на светочувствительной матрице.

Такая система работает с основной матрицей и не требует сложных оптических схем и дополнительных датчиков. Но, в отличие от фазовой автофокусировки, она не может определить заранее, в какую сторону следует двигать объектив, и начинает это делать в случайном направлении — точно так, как это делал бы человек. Поэтому скорость фокусировки иногда оставляет желать лучшего — особенно в условиях недостаточного освещения или при съемке малоконтрастных объектов, когда система просто не может «рассмотреть» резкие детали (в точности как человек). Тем не менее долгое время для компактных цифровых камер и особенно смартфонов альтернатив контрастной автофокусировке просто не существовало.

Камера Canon EOS 70D стала первой моделью, оснащенной системой типа Dual Pixel CMOS AF. В отличие от гибридной системы АФ, которая использует специальные выделенные фотодиоды на общей КМОП-матрице, АФ с «двойными пикселями» и для фокусировки, и для фотосъемки задействует все фотодиоды матрицы.

Гибридный подход

В 2010 году компания Fujifilm выпустила камеру FinePix F300EXR с новой, гибридной системой автофокусировки. На матрице камеры, помимо обычных светочувствительных фотодиодов (пикселей), были равномерно разбросаны два типа специализированных — «правые» и «левые», то есть воспринимающие свет только от правой или левой части объектива (другая часть закрыта непрозрачной маской). Система АF сравнивала изображение на субматрицах, образованных «левыми» и «правыми» пикселями. Точное совпадение этих двух изображений говорит о точной фокусировке, а смещение показывает, насколько и в какую сторону следует сместить объектив. Похоже на фазовую АF, не так ли? Почти, но не совсем: разрешающая способность субматриц существенно меньше, чем всей матрицы, и при очень малых отклонениях от точной фокусировки система неспособна увидеть разницу, так что на финальном этапе используется фокусировка по контрасту.

Ничего лишнего

Гибридный автофокус выгодно сочетает достоинства фазовой и контрастной систем АF, однако имеет и недостатки. Для улучшения работы АФ нужно увеличить количество пикселей, которые «работают» только на 50%, а это приводит к уменьшению общей светочувствительности матрицы. Но разработчики матриц придумали остроумный способ обойти это ограничение.

В 2013 году в камере Canon EOS 70D была впервые опробована система Dual Pixel CMOS AF. А в 2016 году на рынке появился первый смартфон с камерой, оснащенной системой Dual Pixel, — флагман Samsung Galaxy S7.

Существует способ сделать так, чтобы «всё было резко» вовсе без автофокусировки. В эпоху пленочных камер дешевые модели обычно снабжались простым объективом с фиксированной фокусировкой (focus-free) на гиперфокальном расстоянии. Такой объектив позволяет более-менее резко изображать все объекты, находящиеся на расстоянии от половины гиперфокального (обычно 0,5−1 м) до бесконечности. Подобными же объективами снабжались и дешевые цифровые камеры, и первые смартфоны с камерами. Однако этот принцип применим только для дешевых широкоугольных объективов с большим минимальным значением диафрагмы. Другой случай — это использование пленоптической камеры, или «камеры светового поля». Она фиксирует не только распределение освещенности в фокальной плоскости, но и направление пришедших лучей (световое поле). Такое изображение можно позднее «перефокусировать» любым нужным образом (в любой плоскости). Идея подобных камер была выдвинута в 1908 году, а несколько лет назад компания Lytro решила производить цифровые версии, хотя особого распространения они пока не получили.

Каждый пиксель матрицы Dual Pixel состоит из двух отдельных фотодиодов — «правого» и «левого». Таким образом, при автофокусировке вся матрица делится на две субматрицы, «правую» и «левую», с таким же разрешением, как и основная матрица. Сравнение сигналов с двух половинок обеспечивает точность выше, чем у гибридных, а скорость гораздо выше, чем у контрастных систем АF (скажем, в Samsung Galaxy S7 время фокусировки составляет менее 0,2 с). Поскольку Dual Pixel является фазовой системой АF, она позволяет отслеживать движение объекта в кадре. А в момент съемки обе субматрицы работают как единое целое, не происходит никакого падения светочувствительности, что важно для смартфонов с их небольшими матрицами. Поэтому такая система на сегодняшний день представляет собой вершину эволюции систем АF. Конечно, до тех пор, пока инженеры опять не придумают что-нибудь новое.

Сонары, радары и лидары

Отдельную ветку на эволюционном древе автофокусировки занимают внешние (относительно оптической системы камеры) дальномеры с прямым измерением расстояния. Одной из первых фотокамер с системой автофокусировки стала модель Polaroid SX-70 Sonar OneStep (1978), оснащенная, как понятно из ее названия, дальномером на основе ультразвукового сонара. Архаика? Вовсе нет, сонарные дальномеры для камер существуют и сейчас. Их выпускает, например, компания RedRockMicro — правда, не для автоматической, а для дистанционной ручной фокусировки профессиональных камер. Более новый принцип определения расстояния, лазерная локация, сейчас активно используется не только в строительной и военной технике, но и в некоторых смартфонах (LG G3) — в дополнение к обычной системе контрастной автофокусировки. В патентах Sony упоминается радарная автофокусировка, но серийных образцов подобного типа на рынке не представлено.

Редакция благодарит Markus Kohlpayntner за помощь в подготовке статьи.

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.