A Canon autofókusz működése

Fogalomtár
5
Az adott értékelés: nincs Átlag: 5 (3 értékelő)

A Fremiranda.com fórumában már jó ideje olvasható egy írás a Canon fényképezőgépek autofókuszának működéséről. Ennek az írásnak és más forrásoknak mint pl. a "Lens Work III��? című kiadvány, a Canon szabadalmi leírása és Chuck Westfall különböző fórumokban tett megjegyzéseinek felhasználásával megpróbáltam összeszedni azokat az információkat amelyek relevánsak lehetnek ebben a témában. Bár megpróbáltam a teljességre törekedni, ez nem jelenti azt hogy az írás teljes vagy hibátlan. Ha úgy gondolja a kedves olvasó, hogy hozzáfűzni valója van akkor azt nyugodtan tegye meg a cikk végén a megjegyzéseknél.

(Chuck Westfall a Canon USA technikai kommunikációs specialistája (bármit is jelentsen ez a beosztás) és igen aktív az internetes fórumokon, pontos és első kézből származó információkkal segíti a Canon eszközöket használó fotósokat.) – Magyarországon vagy úgy általában Európában még úgy látszik még nem nőtt fel ennyire a Canon…. –

Az AF rendszer érzékelői a tükörakna alján helyezkednek el. Az objektív által látott képet a féligáteresztő főtükör és egy segédtükör segítségével egy külön lencserendszeren és másodlagos rekeszeken keresztül "kapják��? meg az érzékelők. A két tükör által létrehozott virtuális fókuszsík elméletben meg kell hogy egyezzen az érzékelő fókuszsíkjával. (Ez persze rögtön egy lehetséges kalibrációs hibapontot is jelent, mivel a tükrök állásszögének egészen apró pontatlansága is hibás fókuszálást eredményezhet.

Minden egyes AF szenzor egy pár (azaz kettő) rövid képérzékelő elem sort (pixeleket) tartalmaz amelyek egy egységet (csoportot) alkotnak. Egy-egy ilyen egységből állnak a külső érzékelők és két egymásra merőleges egység alkotja a középső érzékelőt. Amennyiben f2.8 vagy annál nagyobb fényerejű optika van a gépen, úgy (20D esetén) a középső érzékelőben aktiválódik egy harmadik függőleges érzékelő csoport is.

Az egyes érzékelő csoportok a kép azon vonalas részleteire érzékenyek, amelyek a reájuk merőlegesen futnak. Azaz a vízszintes érzékelők (amelyek vízszintes téglalapokkal vannak jelölve a keresőben) a függőlegesen futó vonalas részletekre érzékenyek, a függőleges érzékelők pedig (amelyeket függőleges téglalapok jelölnek) a vízszintesen futókra.

Az érzékelők vakok a velük párhuzamosan futó vonalas részletekre. A középső érzékelő csoport két függőleges és egy vízszintes érzékelő csoport kombinációja, így érzékeny mind a függőlegesen, mind pedig a vízszintesen futó vonalas részletekre. Amikor a második függőleges csoport is aktiválódik (f2.8 felett) akkor a csoportok kombinált pontossága háromszorosára nő.

Az érzékelő csoportok valójában körülbelül háromszor hosszabbak, mint a keresőben látható jelölések. Ez azt a tény hivatott elfedni, hogy a mattüveg vízszintes pozícionálása jelentős hibával történik. (Ez a vízszintes pozícionálás az, amelyet jobb/bal/fel/le irányban láthatunk a keresőben, azaz NEM a fókuszsíkba történő pozícionálásról van szó.)


A Canon 10D fókusz érzékelőinek valódi méretei


Emiatt aztán az érzékelők látnak olyan részleteket is amelyek a keresőben látható jelöléseken kívül esnek, és bizony abban az esetben ha ezek a részletek jobban merőlegesek az érzékelőkre mint amelyek a jelölésen belül vannak akkor az előbbiekre fog fókuszálni az AF.

Amikor felteszünk a gépre egy objektívet (attól függetlenül, hogy ki vagy be van-e kapcsolva) a gép lekérdezni az objektív paramétereit, köztük a maximális apertúrát (legtágabb rekesz) is, amely a fókuszáláshoz szükséges egyik paraméter.

Amikor félig lenyomjuk az exponáló gombot (vagy a * gombot, ha a fókuszálás funkciót ide mozgattuk) az aktivált AF érzékelőt alkotó pixelsorok "megnézik��? az objektív által rájuk vetített képet.

Az optikai rendszer az AF érzékelőben pontosan úgy működik, mint a prizmapáros (spit prizm, törőék) mattüveg a régi manuális fókuszú fényképezőgépekben. Ha a fókusz nem pontos akkor a prizmapár által mutatott két képrészlet egymáshoz képest eltolódik. Ezt a két képrészletet "figyelik��? az érzékelőt alkotó pixelsorok. A kép akkor éles, ha a két pixelsor azonos képet lát. Amennyiben a két látott kép nem egyezik akkor a különbözőség irányából és mértékéből lehet következtetni, hogy merre és mennyi kell fókuszálni. Részletes leírás a rendszer optikai hátteréről a http://doug.kerr.home.att.net/pumpkin/Split_Prism.pdf dokumentumban olvasható

Az érzékelők adatai alapján gép megállapítja az érzékelő sorokra eső képek különbségének mértékét és irányát, majd ez alapján "első ránézésre��? a gép processzora kiszámolja a távolságot és az irányt amerre az objektív fókuszát mozgatni kell, hogy ez a különbség megszűnjön. Ez után a gép kiadja a megfelelő parancsokat az objektívnek, hogy fókuszáljon az adott távolságra és irányba, majd az AF folyamat befejeződik. Ebben az esetben nem "vadászik��? az AF a legjobb fókuszra, és nem nézi meg ismét a képet miután az objektív fókuszált. (Ez a rendszer "nyitott hurkos��?).

(A fentiekből következi, hogy az objektív mindig pontosan tudja, hogy éppen hol áll a fókusza, és ezt jelenti a gépnek, a gép csak annyit ad meg, hogy előre x mm vagy hátra x mm)

Ha az objektív aktuális fókusz állásában a kép annyira életlen, hogy az érzékelő nem tud fáziskülönbséget megállapítani, akkor a gép a fókuszáló mechanizmust először teljesen előre majd hátra mozgatja, hogy detektálható különbséget érzékeljen. Ha nem talál értékelhető fáziskülönbséget a mozgatás során, akkor az AF megáll.

Ugyan a fényképezőgép AF rendszere nem "néz rá��? másodszor a képre a fókuszálás után, de az objektív elvégez egy önellenőrzést, hogy biztos legyen abban, hogy a kamera által kiadott irányban és megadott távolságot mozgott. Ez a "második ránézés��? hivatott korrigálni az objektív mechanizmusának játékát, csúszását és gyakran ezt vesszük észre amikor a viszonylag hosszú első mozgás után még egy kicsit "korrigál��? az AF.

Amikor a gép processzora kiszámolja, hogy merre és mennyit kell mozgatni az objektívet akkor ezt f2.8-nál kisebb legnagyobb apertúrájú objektívek esetén az objektív "élességi tartományával��? megegyező toleranciával teszi. (f2.8 vagy nagyobb maximális rekesznyílású objektívek esetén ez a tolerancia az élességi tartomány egyharmada.) Az élességi tartomány az a távolságtartomány, amelyen belül egy pont képe a gyártó által megadott életlenedési körnél (Circle of Confusion vagy CoC) kisebb átmérőjű foltként kerül az érzékelőre. A Canon által meghatározott CoC 24x36 mm formátumra 0.035mm az APS-C formátumra (1.6x crop faktor) pedig 0.02mm. A CoC meghatározásának alapja, hogy egy 15cm x 23cm-es nagyításnak 25cm-ről nézve élesnek kell látszania. Semmilyen garancia nincs arra, hogy az ennél nagyobb méretű, normál pontosságú AF-al készül képek ugyanebből a távolságból nézve élesnek fognak látszani.
"Nagy pontosságú��? fókusz módban (f2.8-felett) egy 28cm x 35.5cm-es kép még élesnek látszik 25cm távolságból nézve.

Nagyon fontos, hogy ezt a működési elvet megértsük,hiszen még ha nagy pontosságú módban is használjuk az autofókuszt, és a képet eredeti felbontásban 100%-os nagyításban nézzük a monitoron, nem számíthatunk arra, hogy az aktuális fókuszsík egybeesik azzal ahova fókuszálni szerettünk volna. A rendszer úgy lett tervezve, hogy a végső kinyomtatott, kinagyított normál méretű kép normál körülmények között "élesnek látszódjék��?.

Az élességi tartomány fogalmát ne keverjük össze a mélységélességgel. Az élességi tartomány az objektív apertúrájának csökkenésével arányosan nő (ugyanúgy, mint a mélységélesség a tárgysíkon), azonban (A Canon szerint) nem változik a fókusztávolság és a gyújtótávolság változásával mint ahogy a mélységélesség. Emiatt kérdezi le a fényképezőgép az objektívtől a maximális apertúrát; ebből számítja ki az élességi tartományt, azaz az AF rendszer által alkalmazott toleranciát, nem pedig a beállított aktuális rekeszből. A élességi tartomány részletes, illusztrált leírását az alábbi dokumentumban olvashatjuk ( http://doug.kerr.home.att.net/pumpkin/AF_accuracy.pdf )

A fentiek alapján az AF rendszer az adott tolerancia határon belül (élességi tartomány, vagy annak egyharmada) véletlenszerűen bárhová állíthatja a fókuszt, és nem szükségszerűen mindig ugyanoda. Ráadásul a keresőben látható jelzéseken kívül is találhat olyan részletet, amely erősebb a jelzésen belül lévőnél és akkor arra fog fókuszt állítani. (Általános hiba a vonalzó tesztek során).

Mi a tanulság ezekből? Nos az, hogy nem az számít, hogy a monitoron teljes nagyításban éles-e a kép, hanem az hogy a végeredmény, amit produkálunk, legyen az akár nyomat vagy webre szánt jpg, élesnek látszódjék. Ha igazán pontos élességet szeretnénk, akkor kénytelenek leszünk kézzel élességet állítani, de az sem árt, ha tisztába jövünk a gépünk AF rendszerének működésével és korlátaival.

Az egyetlen kérdés, ami felmerül bennem ezután, hogy mi a csudáért kell ezeket az információkat összevadászni és kigolyózni, próbálgatással meghatározni, miért nem érhető el mindez egy egyszerű technikai leírásként, egyenesen a gyártótól?

Források, további olvasnivalók

http://www.fredmiranda.com/forum/topic2/228079/0#1877222
Canon "Lens Work III"
Canon szabadalma az autofókusz rendszerére # 6,603,929 (http://www.pat2pdf.org/ )
Getting the most from EOS DSLRs http://www.photoworkshop.com/canon/EOS_Digital.pdf
Canon Professional Services FAQ www.cps.canon-europe.com/faq/index.do

Hozzászólások

Rollei
2005, október 19 - 10:18
Rollei képe

Igen elgondolkodtató ez a cikk. Egyrészt azon tűnődök, hogy ilyesmiket mért nem lehet olvasni a Nikon Kft. honlapján is magyarul, másrészt pedig azon morfondírozok, hogy mennyiben állhat ez a Nikon gépek autofókusz rendszerére. Azt már magam is észre vettem, hogy néhány közeli témánál majdem lehetetlen normálisan élességet állítani, mert még akkor is valahova a háttérre áll be az élesség, ha a közeli téma teljesen kitölti az bejelölt AF mezőt.

Ha jól értelmeztem a cikket, akkor a Canonnál az AF rendszerben található tükrök pozicionálási hibái miatt ténylegesen nagyobb a mért terület, mint a keresőben látható jelölés. De nem ismerem a Nikon gépek (Cpx 8400) AF rendszerének felépítését, és azt sem tudom, hogy az elektronikus (nem tükörreflexes) keresőknél is előfordulhat-e ez a tulajdonság. Ezért ha van valakinek ismerete ezzel kapcsolatban, szívesen elolvasnám.

Konkrét példaként: Legutóbb egy szép nagy gombát szerettem volna lencsevégre kapni. A gomba félig kinyílt fején, világos alapon sötét foszlányok voltak, illetve a közeli téma teljesen kitöltötte a használt AF mezőt, tehát minden adott volt a megfelelő élességállításhoz. A gép a megszokott tökölés után meg is találta az élességet, de azt csak kép letöltése után láttam meg, hogy a gomba feje enyhén életlen lett, viszont a kb 10-15 cm-el hátrébb lévő, kicsivel jobban megvilágított levelek tökéletesen élesek. Szóval  - számomra teljesen érthetetlen módon -  kb. 15 cm-rel hátrébb tette a gép az élességet, mint kellett volna. Erre akkor nem találtam magyarázatot, most is csak arra tudok következtetni, hogy a tényleges mérési felület itt is nagyobb lehet, mint a jelölt AF mező.   

dp

Sefi
2005, október 19 - 11:36
Sefi képe

Az Af jelölések nem a tükrök, hanem a mattüveg pozícionálási hibája miatt nagyobb mint ahogy az jelölve van. Ha a tükrök nem pontosak akkor az egész AF pontossága vacak lesz.

Nem tükörreflexes gépeknél is lehet ilyen probléma, amennyiben a fázis különbségen alapuló AF rendszert használják, azonban ott gyakrabban használják a kontraszt érzékelésen alapulót, mivel azt egyszerűbb megvalósítani, hiszen a kép már egyébként is az érzékelőn van és nincs előtte a zár.

Homo Faber
2005, október 21 - 22:27
Homo Faber képe

http://www.nikon.co.jp/main/eng/portfolio/about/technology/nikon_technology/caf/
A "phase detection system" itt azt jelenti, hogy a rendszer a vonaérzékelők által detektált vonalak távolságát méri, abból meghatározva a lencsék helyzetét és egy referencia távolság értékhez viszonyítva dönti el, hogy melyik irányba, mennyivel szükséges mozgatni az optikát.
A fázis detekció, ebbe az értelemben nem a fényre vonatkozik (nem értem a "fény fáziseltérése" fogalmát ebben a kérdéskörben), inkább az objektív pillanatnyi helyzetének meghatározását jelenti, a fókuszáláshoz rendelkezésére álló mozgás pályán.
hf

Rollei
2005, október 26 - 10:28
Rollei képe

Köszi, átnézem.

dp

Ahmet
2005, október 25 - 08:05
Ahmet képe
Hát, erről a fókuszpont méret problámáról már korábban is olvastam, de ennek a cikknek a hatására ki is próbáltam. EOS 30, és EOS 350D volt a vizsgálati alany, és arra jutottam, hogy a jelölt kereten kívül lévő célpontot nem találta meg az AF. (fehér lap, fekete pötty, illetve kereszt, mindkettővel kipróbáltam) Ha a kereszt egy része belógott a zónába, akkor már talált fókuszt, ha nem, akkor nem, mindegy hol, és melyik fókuszpont volt a kiválasztott. Egy dolog viszont nyilvánvalóvá vált: Ahol a 30-as csak nehezen talált élességet (szobában sima lámpafénynél, viszonylag sötétben) a középső ponttal, ott a 350D a szélsőkkel is gyorsan és könnyen. Ugyanebben a szituációban a 30-as a szélsőkkel sehogy sem talált élességet. Továbbá az is bebizonyosodott (ahogy várható volt), hogy a különböző fókuszpontoknak nem mindegy, hogy vízszintes, vagy függőleges vonalat látnak. (Ez alól kivétel a középső, kereszt alakú szenzor)
Sztrogoff
2006, november 26 - 01:26
Sztrogoff képe
Az csak a furcsa, hogy a belinkelt Canon patent nem ezt mondja. Hanem a következőt: 2 külön AF metódus van. Az első a kétképes. Ez külön cmos vagy ccd érzékelőkkel működik (a pentaprizma egyik síkján nem visszavert,hanem áteresztett fénnyel). Ebből a kamera kiszámolja a fókuszáláshoz szükséges objektív motor állást, és oda is mozgatja. Ez a gyors de elnagyolt reagálás. Ez szabályozás, de nem a képre nézvén, hanem a kijelölt motortengely szögre nézvén. Ezután jön a fókuszpontok által jelölt területen a "fő" kép alkotó CMOS szenzoron a kijelölt sorok/oszlopok jelzése alapján végzett szintén VISSZACSATOLÁSOS folyamat. Egy lépést léptet, majd megnézi, hogy növekedett-e a kontraszt. Majd még egyet. Egészen addig, míg azt nem érzékeli, hogy túllépett a jó bulin, ekkor visszalép egyet.
Sefi
2006, november 27 - 12:14
Sefi képe

Jó lenne ha lenne kontraszt detektálás a DSLR gépeknél, de sajnos nem ez a helyzet. Ugyanis DSLR gépeknél ott az a fránya tükör ami fókuszálás közben eltakarja a képalkotó szenzort, másik pedig nincs amin kontrasztot lehetne nézni. Emiatt aztán nincs hol nézni a kontrasztot. A szabadalomban egy elméleti rendszer van leírva, de ilyen gépet még nem gyártott a Canon. A megvalósítás az ami a cikkben szerepel. Kontraszt figyelés a kompaktoknál van, viszont ott nincs fázis detektálás.

Sztrogoff
2006, november 27 - 23:03
Sztrogoff képe
...hogy miért raktad oda, a linkócik közé? Elvégre ez az AF nem az az AF. De annyi előnye van, hogy csak forduljon hozzám mindenki, akit érdekel, milyen lesz egyszer a Canon AF. :) Egyébként a patent DSLR gépre szól. Legfeljebb nem a most szokásosokra, hanem olyanra, amiben nincs zár. (Klasszikus krimik hősei azt mondanák a szabadalmi szöveg alapján, hogy ezek szerint Canon tudja, hogy a meglévő nem jó, elvégre majdnem így fogalmaz: így lehetne ötvözni a gyorsaságot a pontossággal.)
Sefi
2006, november 27 - 23:58
Sefi képe

Csak egy dolog miatt, mivel a fázis eltéréses módszert jól leírja és azt sem árt tudni, hogy mi forog a canon fejében. Annyiban azonban igazad van, hogy egy kicsit félrevezető lehet. Hamarosan felkerül a letöltésekhez az EOS650 szervízkönyve amiben van egy érthető és részletes leírás az AF-ről.

handras
2007, január 11 - 19:07
handras képe
Most már értjük, a Camera Kft hozzáállását a back és front fókusz ügyekben.

Hozzászólás-megjelenítési lehetőségek

A választott hozzászólás-megjelenítési mód a „Beállítások mentése” gombbal rögzíthető.
A webhelyet a Drupal - egy nyílt tartalomkezelő rendszer - működteti