Az automatikus élességállítás egy adaptív rendszer, amely automatikusan egy vagy több témára fókuszálja a fényképezőgép , a film vagy a videokamera objektívjét . Az autofókusz egy érzékelőből , egy vezérlőrendszerből és egy meghajtóból áll , amely mozgatja az objektív hengerét vagy az egyes objektíveket . Számos autofókusz tekinthető elektronikus távolságmérőnek , működtető nélkül, de jelzi a fókuszálás irányát és annak befejezését. Az AF nemzetközi rövidítést általában az automatikus élességállításra használják .
Az autofókusz fogalma kisebb mértékben a vetítőeszközök élességének automatikus beállítására szolgáló rendszerekre vonatkozik . Például azokat a mechanikus nagyító mintákat , amelyeket úgy terveztek, hogy megtartsák a pontos fókuszt, amikor a vetítőfej elmozdul az alaphoz képest, nem szokták autofókusznak nevezni.
Az automatikus élességállításhoz meg kell határozni a fókuszsík és a téma közötti pontos távolságot . Ennek a paraméternek a meghatározásától függően az összes létező autofókusz rendszer két fő típusra oszlik: aktív és passzív [1] . Az aktív rendszerek a témával kölcsönhatásba lépő elemek jelenlétéről kapták nevüket, mint például az ultrahangos vagy infravörös radar [* 1] . Az ilyen eszközök lehetővé teszik annak a távolságnak a kiszámítását, amelyre a lencse fókuszál, visszhangosítás vagy háromszögelés segítségével [2] . Az ultrahangos aktív autofókusz széles körben elterjedt az egyfokozatú Polaroid eljárás ( angolul sound navigation rangeing, SONAR ) kameráiban, valamint a fogyasztói film- és videokamerákban. Az infravörös autofókuszos lokátort először 1979-ben használták a Canon AF-35M kompakt fényképezőgépében [3] .
Az aktív rendszerek nem függenek a fényviszonyoktól, és teljes sötétségben is irányozhatók a tárgyakra kontrasztos részletek nélkül. Számos hátrányuk van azonban, amelyek közül az egyik a pontos fókuszálás lehetetlensége, ha átlátszó akadály van a tárgy és a kamera között, például üveg . Az ilyen rendszerekből származó kibocsátások, amelyeket az ember nem érzékel, megijesztheti az állatokat, vagy veszélyt jelenthet a látásra. . Ezenkívül az irányított ultrahang sugárnyaláb megszerzésének nehézségei miatt nehéz egy adott tárgyra fókuszálni, gyakran a legközelebbi akadályon aktiválódik. Ezen okok miatt az aktív rendszerek használaton kívül helyezkedtek a fejlettebb passzív rendszerek megjelenésével. A passzív autofókusz a kamerába belépő fénysugarak elemzésén alapul, és nem bocsát ki semmit a környező térbe.
Az első ilyen rendszert, amely az optikai távolságmérőn áthaladó fény mérésén alapul, a Leica Camera fejlesztette ki 1970-ben. Ennek a technológiának a további fejlesztéseit főként kompakt amatőr fényképezőgépekben használták. A "Visitronic" ( eng. Visitronic ) elnevezésű, szélesebb körben használt módszer, amelyet a Honeywell fejlesztett ki egylencsés tükörreflexes kamerákhoz [4] [5] . A rendszert nem tükrös berendezésekben is használták, köztük az egyetlen autofókuszos szovjet fényképezőgépet, az " Elikon-autofókuszt " [5] [6] . A modern rendszerek a lencse által előállított kép maximális kontrasztjának mérésén , vagy egy pont képét képező fénysugár ellentétes részeinek összehasonlításán alapulnak. Ezeket a technológiákat kontraszt- és fázisérzékelő autofókusznak nevezik.
A kontrasztos autofókusz bármilyen videokamerában és digitális fényképezőgépben használható , beleértve a nem tükörképes fényképezőgépeket is. Működési elve azon alapul, hogy a kamera mikroprocesszora a mátrixon kapott kép apró részleteinek kontrasztját hasonlítja össze különböző objektívpozíciókban [2] . Ez a technológia magában foglalja a legnagyobb kontraszt keresését az objektív mindkét irányba történő mozgatásával a finom célzási pozícióból, leggyakrabban ismételten.
Az alapelv miatt az ilyen autofókusz sebessége és pontossága alacsony. Amíg a processzor ki nem számolta a maximális kontrasztot, és nem lépte át azt, addig a motor azt a parancsot kapja, hogy még egyszer mozgassa meg az objektívet. Amikor az extrémum áthalad, egy lépést vissza kell tenni, visszahelyezve az optikát az áthaladt pontba, és a fókuszálási folyamat leáll. A legtöbb kompakt digitális fényképezőgépre jellemző késleltetés az exponáló gomb lenyomása és a tényleges kép elkészítése között, pontosan a passzív kontrasztos autofókusz „lassú” működésével magyarázható. Ezenkívül a mozgó tárgyakra fókuszálás „követés” nem lehetséges. A kontrasztos autofókusz előnyei közé tartozik az optikai út összetett beállításainak haszontalansága és az objektív rekeszértékétől való függetlenség . Ebben az esetben a processzor által lefoglalt keret bármely része kiválasztható a fókuszáláshoz. Az ilyen lehetséges zónák száma és mérete kontrasztos autofókusszal nincs korlátozva.
Első alkalommal alkalmaztak kontrasztos autofókuszt fogyasztói videokamerákban és tükörreflexes filmes fényképezőgépekben. Az analóg videokamerákban a részletes kontrasztot a vett videojel frekvenciaspektruma alapján számítják ki . Az első sorozatgyártású kamera, amely objektív kontrasztmérést alkalmaz, a Pentax ME-F volt 1981 -ben [7] [1] . Ebben az esetben a kamra alján a segédtükör alatt elhelyezett szenzor összehasonlította a nyalábosztó prizmával kapott két kép kontrasztját [8] . A későbbi Nikon F3 AF és a Canon T80 autofókusza ugyanúgy működött (a Nikonnak van egy ilyen szenzora egy pentaprizmában ) [9] [10] . Később a tükörberendezésekben ez a technológia átadta helyét a fejlettebb fázisú autofókusznak, a "Visitronic TCL"-nek ( eng. Visitronic TCL, Through Camera Lens ), amely a modern rendszerek prototípusa lett [5] [11] . Hasonló "nullakontraszt" technológiát dolgozott ki a Szovjetunióban 1963-ban M. Ya. Shulman [12] [1] . A Zenit-8 kamera tervezésénél kellett volna használni, megjelenését 1965-re tervezték, de soha nem valósították meg [13] .
A fázisérzékelős autofókuszt először egylencsés tükörreflexes kamerákban valósították meg , és klasszikus kialakításához külön optikai útvonalra van szükség, amely a fókuszérzékelőnek ad helyet. A kamera aljára van felszerelve, amelybe az áttetsző fő alatti zsanérra szerelt segédtükör segítségével jut be a fény . Ebben az esetben a fény optikai útjának hosszának az objektívtől a detektorig az irányzás és a fókuszálás során pontosan meg kell egyeznie a fényképészeti anyaghoz vagy mátrixhoz vezető út hosszával az expozíció során [14] . Ez a feltétel a fényképezőgép beállításával érhető el , amelynek pontossága határozza meg az autofókusz pontosságát [* 2] .
A detektor (az ábrán) egy , az objektív fókuszsíkjában elhelyezett 72 kondenzátorból és egy 8 érzékelőből áll, 80 és 81 CCD-tömbökkel . A fókuszálás során a lencse [16] [17] 30 kilépő pupillájának szemközti 31 és 32 területén áthaladó fény által alkotott képeket összehasonlítjuk . Ennek érdekében a 75 maszkban , amelyre a kondenzátor a lencse kilépő pupillájának valós képét építi fel , két 76 és 77 mikrolencsét helyeznek el, amelyek a 80 és 81 vonalzókon a lefényképezendő tárgy képét képezik, amelyen keresztül láthatóak. a kilépő pupilla különböző felei. A képek méretét a kondenzátor 71 keretének 70 ablaka korlátozza . Ha az objektív pontosan van fókuszálva, a tárgy képei a szomszédos CCD-vonalak középpontjában helyezkednek el. Így a processzor által különböző vonalakról vett jelek egybeesnek ("fázisban" vannak) [* 3] . Pontatlan fókuszálásnál ezek a képek a hiba irányától függően a parallaxis miatt a vonalzókon belül vagy kívül eltolódnak , és a jelek már nem esnek egybe [19] . A jelek fáziskülönbsége alapján a hajtás számára egy parancs jön létre, amely fókuszálást állít elő [14] .
A modern fényképészeti berendezésekben leggyakrabban több ilyen detektort használnak egyszerre, amelyek mindegyike értékeli a keret különböző részeinek fókuszát, lehetővé téve, hogy ne csak a közepére fókuszáljon. A helyzettől függően ezek közül az érzékelők közül valamelyiket bekapcsoljuk, vagy több egyidejűleg működő mérési eredményt hasonlítunk össze. A fázisérzékeléses autofókusz maximális teljesítményt nyújt, mivel a kontrasztos autofókusszal ellentétben nem igényli az élesség összehasonlítását a különböző objektívpozíciók esetén, és mozgásának mértéke és iránya azonnal ismert. Ennek eredményeként a fókuszálás a keret egyetlen mozdulatával befejezhető [* 4] . A fókuszpontosság közvetlenül függ a kilépő pupilla összehasonlított 31. és 32. zónái közötti távolságtól (alaptól). Ennek a következménye a fázisérzékelő autofókusz működőképességének elvesztése az objektív kis relatív rekeszértéke mellett , amikor a kiértékelő zónák a kilépő pupillán kívül vagy az objektív alacsony rekesznyílása miatt túl keskenyek, vagy relatíve lecsökkentik. zárt nyílás [16] . Ezért az ilyen típusú autofókuszt a fényképészeti berendezésekben ugró rekesznyílással együtt kell használni , amely csak a fényképezéskor közelít a munkaértékhez.
A modern kamerák felszerelhetők duplikált autofókusz detektorokkal, amelyek különböző objektív rekeszértékekkel működnek . Ugyanakkor azok, amelyeket a maximális lyukra terveztek (általában f / 2,8 vagy több), a legnagyobb pontossággal és sebességgel rendelkeznek a becsült zónák közötti megnövekedett bázis miatt [14] [19] . Az úgynevezett kereszt alakú autofókusz-érzékelő két detektorból áll, amelyek CCD-vonalai egymásra merőlegesen helyezkednek el. Ez a kialakítás ugyanolyan hatékonysá teszi a rendszert a különböző irányú kontúrokkal rendelkező objektumok fókuszálására [20] . A kereszt alakú detektorokat gyakran különböző maximális fényerőre tervezték vízszintes és függőleges érzékelőkhöz, sokoldalúságot biztosítva [2] . Mindkét érzékelő nagy rekesznyílású optikával működik, és kis rekesznyílású objektívek használatakor az egyik, leggyakrabban vízszintes tájolású, működőképes marad. A legfejlettebb professzionális kamerák kettős kereszt alakú érzékelőkkel vannak felszerelve, amelyek egymáshoz képest 45°-os szöget zárnak be [20] . A Canon EOS-1D X Mark II fényképezőgép 2016. február 1-jén bejelentett érzékelőjének mind a 61 pontja működőképes marad alacsony rekesznyílás mellett f /8 -ig [21] .
Az autofókusz rendszerek fejlesztése során kísérletek történtek az aktív és a passzív módszerek egy eszközben történő kombinálására. Számos modern kompakt fényképezőgép és videokamera kombinálja az aktív infravörös autofókuszt a passzív kontrasztaránnyal [2] . Az ilyen kamerák az elülső falon elhelyezett sugárzóval vannak felszerelve, és automatikusan bekapcsolnak, ha hiányzik a világítás, ha alacsony a kontrasztos autofókusz hatékonysága. Ugyanakkor a testen vagy az objektív mögött elhelyezett fotodetektor a visszavert fény alapján meghatározza a tárgy hozzávetőleges távolságát, felgyorsítva vagy kicserélve a passzív rendszer munkáját.
A másodlagos megvilágítás gyakran nem része az aktív autofókusznak, így hatékonyabb fázisrendszert biztosít. A külső rendszervakukba épített infravörös megvilágító ezen elv szerint működik . A fényképezőgép autofókuszával egyidejűleg (a követési mód kivételével) a háttérvilágítás további megvilágítást hoz létre a témán, teljes sötétségben is biztosítva a rendszer működését. Egyes fényképezőgépek a beépített vakut speciális „stroboszkópos” módban használják erre a célra (például „ Pentax *ist Ds ” esetén). Egyes AF-segédrendszerek egy nagy kontrasztú "rácsot" vetítenek a témára, amely a passzív rendszer iránymutatójaként szolgál. Ilyen megvilágító eszközt használnak például a Pentax Z1p és a Sony DSC F828 kamerák. Egyes modern kamerás telefon modellek kis teljesítményű félvezető lézert használnak infravörös megvilágítóként , amely több fókuszpontot hoz létre gyenge fényviszonyok mellett. [22] [23] A kontrasztos autofókusszal és a viszonylag rövid látótávolságú objektív nagy mélységélességével kombinálva ez a megoldás a tükörreflexes fényképezőgépek fázisérzékelős autofókuszának szintjére hozhatja a teljesítményt. Például az LG G3 okostelefon úgynevezett lézeres autofókusza 0,276 másodperc alatt teljes élességállításra képes. Azonban a lézer korlátozott teljesítménye, amely garantálja a többi ember szemének biztonságát, biztosítja, hogy az aktív autofókusz elem csak kis távolságokon működjön, és passzív támogatás nélkül nem alkalmazható a teljes tartományban. [22] [23]
A hibrid autofókusz modern fejlesztései a fázis- és kontraszttechnológiák kombinációján alapulnak, ami lehetővé teszi mindkét módszer előnyeinek kihasználását. Az ilyen megoldások leginkább a tükör nélküli kamerák esetében alkalmazhatók, amelyek szerkezetileg nem alkalmasak a klasszikus fázisú autofókuszra. Az ilyen kamerák legújabb modelljei lehetővé teszik a fázisdetektorok közvetlenül a Super-CCD mátrixba történő beépítését ( Eng. Cuper CCD EXR, Fujifilm Hybrid Focus ) [24] . Jelenleg a Fujifilm FinePix, a Nikon 1, a Samsung NX300 sorozat tükör nélküli fényképezőgépei, valamint a Canon EOS 650D és a Canon EOS 70D [25] tükörreflexes fényképezőgépei működnek ezzel a technológiával . A mátrixba épített fázisérzékelők a kis kiolvasási alap miatt kevésbé hatékonyak, mint a klasszikusok, így kevésbé hatékonyak, mint a tükörreflexes fényképezőgépek autofókusza, és kontrasztmódszerrel együtt használatosak. A fázisautomatikus élességállítással felszerelt tükörberendezéseknél a kontraszt Élő nézet módban használatos, ha a fő rendszer nem működik a megemelt tükör miatt.
A 2016 augusztusában bemutatott Canon EOS 5D Mark IV a legújabb „kettős pixeles” CMOS-érzékelővel van felszerelve, amely először hozza közelebb az Élő nézet automatikus élességállítási teljesítményét a klasszikus fázisfókuszhoz [26] . Ezenkívül egy ilyen mátrixeszköz kis tartományon belül lehetővé teszi a fókusz korrigálását a kész képeken [27] [28] .
A korai autofókusz rendszerek léptetőmotorokat használtak a fényképezőgép vázában az objektív hengerének mozgatására . Ez a kialakítás fix objektíves fényképezőgépekhez és kamerákhoz alkalmas. Az első, tükörreflexes fényképezőgépekhez tervezett cserélhető objektívek autofókusz-érzékelőket, elemes processzort és élességállító meghajtót tartalmaztak a perem peremén. Közülük a legelsőnek az AF - Nikkor 4,5 / 80-at tartják, amelyet 1971-ben fejlesztettek ki, de soha nem bocsátottak tömeggyártásba [9] [12] [29] [30] . Hasonló kialakítású volt a Canon New FD 35-70/4 AF zoom is , melynek dagályában az angol rendszer autofókusz-érzékelője kapott helyet. Szilárdtest-háromszögelés, SST és fókuszmeghajtó [11] [31] . Az ilyen objektívek működhetnének a hagyományos fényképezőgépekkel, de az élességállításuk rendkívül lassú és pontatlan volt.
Az objektív mögötti szenzorok fejlesztése és a fáziselv megjelenése arra kényszerítette a tervezőket, hogy az összes autofókuszt a fényképezőgép vázában helyezzék el. Ebben az esetben a meghajtó forgását a bajonettbe szerelt, levehető tengelykapcsolóval ellátott sebességváltó közvetítette az objektívre . Tipikus példa erre az úgynevezett "csavarhúzós autofókusz" Nikon , melynek tengelykapcsoló felét lapos résszel látták el [32] .
Ez az elv tökéletlennek bizonyult, mivel a kamerába épített motor teljesítménye nem volt elegendő a nehéz, hosszú fókuszú optikához [33] . Az 1980-as évek közepére elavult , az objektívbe épített meghajtóval rendelkező autofókuszrendszereket viszonylag összetett sebességváltóval szerelték fel , amely jelentős tehetetlenségi nyomatékkal és csökkentett sebességgel rendelkezett. A megoldást a Canon technológiája jelentette , amely speciálisan tervezett gyűrű alakú piezoelektromos motorokat épített az összes cserélhető objektív keretébe [17] .
Ez a típusú meghajtó, amelyet először 1987 -ben használtak a Canon EOS 650 fényképezőgép objektívjeiben , kiküszöbölte a fogaskerekeket azáltal, hogy az állórészt és a forgórészt közvetlenül a keret gyűrűihez csatlakoztatta [5] . Ezenkívül a motor teljesítménye és sebessége az adott lencse jellemzőihez igazodik, növelve a sebességet. Az ilyen meghajtó másik előnye a korábbi típusokhoz képest a zajtalanság. A következő évtizedben a legtöbb kameragyártó felhagyott a kameraházba épített motorokkal, és a gyűrűs motorok helyett. Az objektívbe épített fogaskerék-meghajtók (például a Canon AFD motorok) ma már csak a költségvetés amatőr osztályú optikában maradnak.
A gyűrűs motoros objektíveket kifejlesztő Canon az "USM" ( eng. Ultra Sonic Motor ) nevet adta a technológiának [* 5] . A szabadalmi korlátozások miatt más gyártóknak nincs joga ugyanazon kereskedelmi név használatára, ezért fejlesztéseikhez más elnevezést rendeltek. A Nikon az "SWM" ( angol Silent Wave Motor ), a Pentax - "SDM" ( angol Super-sonic Direct-drive Motor ), a Samsung - "SSA" ( angol Super Sonic Actuator ), a Sony / Minolta - " SSM " ( Eng. Super Sonic Motor ), Tamron - "USD" ( Eng. Ultrasonic Drive ) és Sigma - "HSM" ( Eng. Hyper Sonic Motor ). A 2007-es PMA kiállításon az Olympus számos objektívet mutatott be új "SWD" ( Supersonic Wave Drive ) ultrahangos motorral . Mindezek a megnevezések csak kereskedelmi nevek, amelyek kisebb eltérésekkel ugyanazt a technológiát írják le.
1996-ban a tervező, Masaru Yamamoto egy eredeti autofókusz rendszert épített be a Contax AX kamerába, amely nem igényli az objektív vagy alkatrészeinek mozgatását [35] . Ehelyett a fókuszálást úgy hajtották végre, hogy a filmcsatornát a filmmel eltolta az objektív optikai tengelye mentén. Ez a kialakítás lehetővé teszi bármely objektív automatikus fókuszálását [36] . Az elvet a mozgó alkatrészek bonyolultsága és nagy tehetetlenségi nyomatéka miatt nem fejlesztették tovább.
Az autofókusz fő módja, amely bármely rendszeréhez elérhető, a single- frame ( angolul one-shot, single szervo mód ) [37] . Ebben a módban az automatikus élességállítás egyszer villan, és arra a témára fókuszál, amely megfelel az érzékelő pozíciójának a képen. A legtöbb fényképezőgépben az exponáló gomb félig történő lenyomása után működik az autofókusz, azonban egyes modellek beállítási menüjében ehhez más gomb is rendelhető. Az automatikus élességállítás aktiválása és a fókusz elérése után az autofókusz motorja le van tiltva, és leállítja a további műveleteket, amíg el nem engedi a zárat vagy a [38] gombot . A fókusz rögzítését és blokkolását a kijelzőn megjelenő jelzés jelzi , amelyet hangjelzés is megismétel. Ha a tárgy kikerül az élességi zónából, az eljárást meg kell ismételni. Mozgó objektumok felvétele kontrasztos autofókuszhoz nehéz, de a fogyasztói videokamerákban a követési mód a passzív autofókusszal egyidejűleg jelent meg. A videótechnológiában folyamatosan működik, és a legfontosabbnak tartják.
A fázisérzékelő autofókusszal felszerelt kamerákban fejlettebb követési mód algoritmust használnak , mivel az ilyen típusú érzékelők lehetővé teszik a téma sebességének és mozgási irányának kiszámítását [33] . Ezt a technológiát proaktív ("prediktív") autofókusznak nevezik, és előre fókuszálja az objektívet a téma számított helyzetének megfelelő távolságra, figyelembe véve a zárkésleltetést [38] . Ebben az üzemmódban a keresőn keresztül látható kép életlennek tűnhet, mert csak akkor készül el, ha a zár ki van engedve és a tükör fel van emelve. Ebben az esetben a zárolás a képkockánkénti módtól eltérően soha nem működik, és a fókuszálás folyamatosan történik, követve az objektumok összes mozgását és a keretezés változásait. Ezért a jelzés és a hangjelzés nem működik ezekben az üzemmódokban [38] . A technológiát minden modern, fázisautofókuszos fényképezőgép támogatja, de a különböző gyártók másként hívják: Canon - AI Servo , Nikon - Continuous szervo AF . Az amatőr fotósok körében nagyobb az igény az élességállítási mód kiválasztására szolgáló automatikus módra, amikor a mikroprocesszor önállóan dönt a legmegfelelőbb módszer beépítéséről: képkockánként vagy követés [37] . Ez utóbbi akkor kapcsol be, ha a detektor érzékeli a téma mozgását. A legtöbb modern professzionális és félprofesszionális fényképezőgépben a képkockánkénti vagy követési módok kiválasztása valamilyen módon összekapcsolódik a fókuszpont (specifikus érzékelő) kiválasztásának módjával a kereten belül és az automatikus expozícióvezérlési módokkal .
Egyes esetekben, amikor a fő álló objektum nem esik egybe az érzékelő helyzetével a keretben, szükség van az automatikus élességállítás rögzítésére ( angol. AF-lock ). Az exponáló gomb lenyomása és a fókuszálás befejezése után automatikusan kockánkénti üzemmódban aktiválódik. Ezt követően a keret a tervnek megfelelően újrakomponálható és lőhető. Ebben az esetben a fő tárgy élesnek bizonyul, annak ellenére, hogy a felvétel idején az érzékelő más tárgyakon vagy a háttéren található. Követés módban a blokkolást a kamera külön gombja aktiválja. A professzionális modellekben ehhez külön AF-stop gomb található, amely a cserélhető objektívek, általában teleobjektívek keretén található . Egy ilyen gomb leállítja az élességállítást, így elkerülhető a hiba abban az esetben, ha a keretben közelebbről tárgyak hirtelen jelennek meg, vagy ha egy fontos téma elmozdulása miatt váratlanul a háttérre fókuszálnak [33] .
Egy másik technológia – az autofókusz csapda ( angolul focus trap ) – lehetővé teszi az automatikus felvételkészítést, amikor egy mozgó tárgy fókuszba kerül [39] . Ez a mód a legtöbb professzionális és fogyasztói minőségű DSLR-en elérhető megfelelő beállításokkal. Amíg az exponálógombot lenyomva tartja, a zár kiold, amikor az autofókusz-érzékelő megerősíti, hogy átlépte a fókuszmezőt.