Что такое pdaf и dual pixel? или как работает автофокус на смартфонах

Количество и тип точек автофокуса

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

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

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

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

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

Режим фиксации экспозиции (AE Lock)

Режим «AE Lock» предназначен для фиксации экспозиции. Блокировка экспозиции нужна чтобы «заставить» процессор сделать снимок наперекор всем алгоритмам. Это бывает очень полезно, когда в кадре большой перепад яркости между светом и тенью, а главный объект расположен в тени. В этом случае автоматическая установка экспозиции настраивается по самым ярким зонам, и нужный объект будет плохо заметен. Чтобы получить нормальный снимок нужно направить фотоаппарат на тень и включить «AE Lock». Очень яркие места будут проигнорированы, и снимок получится удачным. Часто кнопка позволяет включить блокировку автофокуса. В этом случае она обозначается «AE-L/AF-L».

Как работает автофокус

Большинство современных камер используют пассивный автофокус вместо активного. Вместо того, чтобы использовать лазер или инфракрасный луч для измерения расстояния до объекта (активная автофокусировка), в пассивной автофокусировке используются фазовое определение, датчики контраста или часто их сочетание. На смартфоне датчик изображения может работать как датчик автофокусировки. В DSLR, как правило, есть специальные датчики автофокусировки, встроенные в датчик изображения.

Хотя датчики определения фазы и контраста используют разные методы, оба они в основном полагаются на области с краями и контрастом. Камера рассчитывает, какие корректировки необходимо внести в фокус объектива, чтобы края и контрастные области были как можно более резкими. Логика такова: когда края резкие, они в фокусе. Когда дело доходит до того, как камера определяет, где находится объект в кадре, происходит ещё кое-что, но мы поговорим об этом чуть позже.

Эти системы автофокусировки в большинстве случаев отлично работают. Однако их возможности ухудшаются при слабом освещении или когда вы пытаетесь сфокусироваться на чем-то, что не имеет границ и контраста, например, на плоском голубом небе или белой стене. Как правило, камера по-прежнему работает, но в худшем случае на поиск фокуса уйдёт гораздо больше времени.

Nexus 5X

Модель изготовлена из пластмассы. Дизайн більше можно назвать простым, чем оригинальным. Передняя панель дополнена тонированным плоским защитным стеклом. LG Nexus 5X имеет сенсорный экран IPS, дополненный технологией In-Cell Touch, вместе с защитным стеклом Gorilla Glass 3. Диагональ экрана составляет 5,2 дюйма с разрешением 1920х1080. Датчик освещения автоматически регулирует яркость дисплея.

Внешняя поверхность экрана обладает специальным олеофобным покрытием, которое защищает от появления следов от пальцев. Гаджет демонстрирует высокую максимальную яркость, это значит, что с учетом антибликового свойства, изображения будут хорошо прослеживаться даже в самый солнечный день.

Насыщенность цветов отличная, цветопередача хорошая. Что касается звука, то его параметры весьма скромные, тогда как звучание в наушниках намного качественнее и приятнее. Во время телефонного разговора никаких искажений не прослеживается.

Гаджет имеет два модуля камер на 5 и 12,3 Мп. Фронтальная камера оснащена 5-мегапиксельным сенсором, без автофокуса и вспышки. Качество съемки данной камеры приемлемое, для селфи уровень достаточный. В основной камере имеется сенсор Sony IMX377 и лазерный инфракрасный дальномер для фокусировки, которая обладает сдвоенной разноцветной вспышкой, но функция стабилизации изображения здесь отсутствует.

В данной модели производитель расширил поддержку функции энергосбережения. Также присутствует система сканера отпечатков пальцев, которая здесь называется Nexus Imprint. Мощная и достаточно актуальная 6-ядерная SoC Qualcomm Snapdragon 808 обеспечивает работу аппарата. Телефон, имея такую мощную платформу, демонстрирует очень высокий уровень производительности.

Результаты тестирования воспроизведения видео показали, что устройство оснащено всеми необходимыми декодерами, способных проигрывать большинство распространенных мультимедийных файлов.

Встроенная несъемная батарея имеет 2700 мАч емкости. В целом, смартфон показывает неплохие показатели автономной работы, правда в режиме видео испытуемый телефон продержался всего 6 часов, причем задняя панель явно испытывала перегрев.

История

Между 1960 и 1973 годами Leitz (Leica) запатентовал ряд автофокусных и соответствующих сенсорных технологий. На выставке photokina Leica представила камеру Correfot, основанную на своей предыдущей разработке, а в 1978 году она представила зеркальную камеру с полностью работоспособным автофокусом.

Первой серийной автофокусной камерой была Konica C35 AF , простая модель « наведи и снимай», выпущенная в 1977 году. Polaroid SX-70 Sonar OneStep была первой автофокусной однообъективной зеркальной камерой , выпущенной в 1978 году.

Pentax ME-F , которые используются датчики фокусировки в корпусе камеры в сочетании с моторизованным объективом , стал первым автофокусировкой 35 мм SLR в 1981 году.

В 1983 году компания Nikon выпустила , свою первую камеру с автофокусом, которая была основана на концепции, аналогичной ME-F.

Minolta 7000 , выпущенный в 1985 году, был первым SLR со встроенной системой автоматической фокусировки, то есть как датчики автофокусировки и приводной двигатель были размещены в корпусе камеры, а также интегрированная авансовый фильм моталки — который должен был стать стандартной конфигурацией для зеркальных фотоаппаратов этого производителя, а также Nikon отказались от своей системы F3AF и интегрировали в корпус мотор-автофокус и датчики.

Canon решила прекратить выпуск своего байонета FD bajonett и в 1987 году перешла на полностью электронное крепление EF с моторизованными объективами.

Pentax был первым, кто ввел измерение расстояния фокусировки для зеркальных фотоаппаратов с объективами серий FA и FA * с 1991 года. Первые объективы Pentax с креплением K _{AF и} AF были представлены в 1989 году.

В 1992 году компания Nikon вернулась к использованию двигателей со встроенными объективами, выпустив линейку объективов AF-I и AF-S; сегодня их зеркальные фотокамеры начального уровня не имеют мотора фокусировки в корпусе из- за наличия мотора во всех новых разработанных AF-объективах .

Контрастный автофокус

Контрастный автофокус является самым простым видом автофокуса в современных зеркальных камерах.

Работа контрастного автофокуса

Данный тип автофокуса довольно надежен и основан на простейшем прогоне блока линз вперед-назад, а затем определении позиции, когда изображение на датчике фокусировки было наиболее контрастным (то есть, для большинства случаев, резким). Пример алгоритма работы данного метода афтофокуса показан на анимации.

Из минусов данного метода можно отметить его крайне низкую скорость. Также данный метод работает только если изображение с объектива поступает прямиком на матрицу камеры, то есть зеркало камеры поднято (обычно это происходит при включенном экране предпросмотра Live View).

Где конкретно находятся эти рычажки – показано вот на этой фотографии.

Ну, а как же узнать, каким видом привода автоматической фокусировки оснащен какой-то конкретный объектив? Всё очень просто. Посмотрите внимательнее на то, что на нем написано. Точнее, на полное название объектива, написанное на его оправе. AF или AF-S.

В качестве примера объективов с приводом типа AF-S можно привести объектив  Nikon AF-S 50mm f/1.8G Nikkor, а в качестве объектива с приводом «отверточного» типа AF — Nikon 50mm f/1.8D AF Nikkor.

Ну вот, с тем, как отключать систему автоматической фокусировки мы разобрались. Ну а как же всё-таки фокусироваться вручную? Очень просто. Для того, чтобы сфокусировать объектив, или, как говорят по-другому, навести объектив на резкость, нужно покрутить в ту или иную сторону специальное кольцо, которое на объективе и расположено. Это кольцо может находиться в разных местах, чуть ближе или чуть дальше от передней линзы. Ни в коем случае не нужно путать кольцо наводки на резкость от кольца зуммирования! С помощью зуммирования мы меняем фокусное расстояние объектива, то есть делаем уже или шире угол обзора пространства, попадающего в кадр, или, если сказать проще, приближаем или отдаляем те или иные объекты, находящиеся в кадре. 

Немного теории и истории

Объектив фокусируется не на конкретном объекте, а на определённой дистанции. Объектив, как и любой оптический прибор (например, проектор, бинокль, микроскоп, увеличительное стекло), может быть сфокусирован только на определённом расстоянии. И только объекты, находящиеся на этой дистанции, будут в кадре резкими. На некоторых объективах даже предусмотрена специальная шкала, показывающая дистанцию фокусировки в метрах. Во время фокусировки в объективе туда-сюда двигается блок линз, подобно тому, как мы двигаем обычную лупу, разглядывая мелкие предметы: лупа покажет их резкими только тогда, когда будет находиться на нужном расстоянии от них.

Nikon D810 / Nikon 85mm f/1.4D AF Nikkor

При наведении на резкость мы настраиваем объектив на определённую дистанцию фокусировки.

Nikon D810 / Nikon 85mm f/1.4D AF Nikkor

Ошибка с этим параметром грозит тем, что главный объект снимка получится нерезким.

Интересное следствие из предыдущего пункта: если в кадре есть несколько объектов, которые расположены на разных дистанциях, то просто так на всех них сфокусироваться не получится. Но есть решение: уместить все объекты в глубину резкости. О том, как с ней работать, мы писали в отдельных уроках. Отметим, что на устройствах с очень маленьким по размеру сенсором (например, на смартфонах или компактных фотоаппаратах) глубина резкости будет очень большой. Именно поэтому на такие устройства легко сделать кадр, где резким получится как передний, так и задний план. Но по этой же причине с ними практически невозможно размыть фон на снимке.

Раньше фотографы самостоятельно фокусировали объектив. Сегодня функция ручной фокусировки сохранилась практически в любой фотокамере. А в зеркальной фототехнике она присутствует всегда. Минус ручной фокусировки в том, что для точного наведения на резкость вам потребуется много времени. А если ваш объект ещё и двигается, то ручная фокусировка превращается в настоящее испытание нервов, координации и зрения фотографа. Начиная с 80-х годов прошлого столетия стали развиваться системы автоматической фокусировки. Тогда компания Nikon представила свою первую камеру, наделённую автофокусом — Nikon F3AF.

Фотоаппарат Nikon F3AF — первая автофокусная зеркальная камера от Nikon.

Nikon FM10 — единственная зеркалка Nikon без автофокуса, которую можно до сих пор купить не только на вторичном рынке, но и в официальных магазинах. И да, к тому же это плёночная фотокамера.

C тех пор фотокамеры, наделённые функцией автофокуса, вытеснили более простые модели, лишённые её. Сегодня практически не выпускают фотоаппараты без автоматической фокусировки.

Nikon D7200 — современная камера с продвинутой системой автофокуса.

Можно говорить о том, что в наши дни автофокус стал неотъемлемой частью современной фотокамеры. Системы автоматической фокусировки совершенствуются с каждым годом, становясь всё быстрее, чувствительнее и гибче в работе.

Single Shot Mode (одиночный режим фокусировки)

Одиночная фокусировка — один из самых старых режимов. В Canon он называется One Shot. В моделях Nikon – AF-S. Независимо от названия, суть работы автофокуса идентична. Режим используют для фотографии статичных объектов. Независимо от того, живые они или нет. Модели на съёмках большую часть времени «замирают», обеспечивая идеальные условия для фокусировки. Единственное правило использования режима — объект съёмки не должен слишком быстро (или много) передвигаться в кадре. Для применения режима наполовину нажмите кнопку пуска затвора (как правило, фотоаппарат подаёт сигнал и изменяет отображение в видоискателе). После этого измените композицию так, как вы считаете нужным. Например, если вам необходимо сосредоточиться на глазах модели, наведите фокус на неё а потом, поворотом камеры, разместите на левой стороне изображения. Данный режим благодаря своей простоте наиболее востребован. Он корректно работает в большинстве случаев.

Ручная фокусировка

В прошлом, когда еще не было систем автофокуса, фотографы делали это вручную. Они перемещали линзы вращая фокусировочное кольцо. На современных объективах к зеркальным фотоаппаратам кольца ручной фокусировки также есть. Помимо автофокуса, можно наводить резкость самому. Но зачем использовать ручную фокусировку, если автоматический точнее, быстрее и проще? Просто в некоторых условиях автофокус не справляется со своей задачей, например, в условиях недостаточного освещения, при макросъемке или когда есть объекты, расположенные близко и далеко от фотокамеры (например, когда фотографировать животных в зоопарке). Вот тут-то ручной фокус нас и спасает.

Как работает распознавание изображений?

Теперь несколько слов о том, как работает распознавание изображений. Первым шагом здесь является сбор и организация данных. В отличие от людей, компьютеры воспринимают изображение как векторное или растровое изображение.

Поэтому после создания конструкций, изображающих объекты и особенности изображения, компьютер анализирует их. Затем данные упорядочиваются – важная информация извлекается, а ненужная исключается. Вторым этапом процесса распознавания изображений является построение прогнозирующей модели. Алгоритм классификации должен быть тщательно обучен, иначе он не сможет выполнять свои функции. Когда все сделано и протестировано, вы можете пользоваться функцией распознавания изображений.

Контрастный автофокус

Такая фокусировка основана на работе светочувствительных элементов. Они анализируют контраст снимаемого изображения. Для фокусировки фотокамере приходится смещать линзы объектива в нужную сторону для достижения нужного контраста. Как это происходит. Процессор дает команду специальному мотору изменить расположение линз в определенном направлении. После этого техника оценивает контраст. Если он понизился, линзы перемещаются в противоположное направление. Если контраст стал выше, линзы продолжают двигаться в том же направлении, пока контраст вновь не станет уменьшаться. Тогда камера возвращает линзы на шаг назад, чтобы достичь максимального контраста. В этот момент фокусировка считается идеальной, и процесс завершается. Так как изначально автофокусу неизвестно, в какую сторону перемещаться он действует наугад, учитывая только контрастность. А значит, делает много лишних перемещений. Так процесс смещения повторяется несколько раз, зато в итоге получается наиболее контрастное изображение. Данный вид фокусировки позволяет фотоаппарату анализировать лишь небольшой участок матрицы, выбранной фотографом. Чтобы сфокусироваться не приходится изучать контраст всей снимаемой сцены.

Фазовый автофокус

Такой вид фокусировки работает по следующему принципу:

1. Потоки света из всех областей изображения, выбранной зоны автофокуса, направляются в объектив фотоаппарата, а затем на матрицу – светочувствительный сенсор фотоаппарата. Здесь находится датчик или датчики, которые оценивают, равномерность света;
2. Если количество света одинаково, фотокамера принимает решение, что расстояние до объектов съемки правильное. Если характеристики световых потоков отличаются, датчик передает эту информацию процессору и объектив изменяет фокусировку. Все эти сложные процессы в фотоаппарате происходят за доли секунды.

Как правило, датчики распределяются равномерно по всей картинке, входящей в кадр, и могут охватить резкостью объект в любой его точке. Если несколько объектов находятся на одинаковом расстоянии от объектива, все они могут попасть в зону резкости.

Для фазовой фокусировки важен момент, когда фотограф наполовину нажимает кнопку спуска затвора перед полным нажатием. Именно в этот момент в фотоаппарате происходят все вычисления, а объекты, попавшие в фокус, высвечиваются на дисплее в рамках или помечаются точками (в зависимости от модели и настроек фотоаппарата). Это происходит именно благодаря действию фазовых датчиков.

Сравнение активных и пассивных систем

Активные системы обычно не фокусируются через окна, так как звуковые волны и инфракрасный свет отражаются стеклом. С пассивными системами это, как правило, не проблема, если только окно не запачкано. Точность активных систем автофокусировки часто значительно ниже, чем у пассивных.

Активные системы также могут не сфокусировать объект, находящийся очень близко к камере (например, макросъемка ).

Пассивные системы могут не сфокусироваться при низком контрасте, особенно на больших одноцветных поверхностях (стены, голубое небо и т. Д.) Или в условиях низкой освещенности. Пассивные системы зависят от определенной степени освещения объекта (естественного или иного), в то время как активные системы могут правильно фокусироваться даже в полной темноте, когда это необходимо. Некоторые камеры и внешние вспышки имеют специальный режим низкой освещенности (обычно оранжевый / красный свет), который можно активировать во время работы автофокуса, чтобы позволить камере сфокусироваться.

Точки фокусировки

Количество фокусировочных точек в современных фотоаппаратах может достигать полусотни и даже больше. Изобилие точек фокусировки это, конечно, приятно, и порою полезно, но даже если ваша камера имеет небольшое по современным меркам число точек (девять или одинадцать), вам всё равно хватит их с головой.

При съёмке неподвижных объектов я использую только одну единственную точку, чаще всего – центральную. Одна точка позволяет мне точнейшим образом сфокусироваться на нужном мне объекте или даже на отдельной его детали, а затем, заблокировав фокус, перекомпоновать кадр так, как мне того хочется.

Автоматический выбор точек фокусировки весьма удобен, когда вы спешите, но следует помнить, что камера обычно старается сфокусироваться на ближайшем к ней объекте или же на области с наибольшим контрастом, а это далеко не всегда то, чего вы хотите. Автофокус не может знать, какой из объектов является наиболее важным и требующим безусловной резкости, а какой второстепенен, и, следовательно, может остаться не в фокусе, а потому не ленитесь самостоятельно выбрать фокусировочную точку, в случае, если автоматика камеры с этим не справляется.

Я использую автовыбор фокусировочной точки только в следующих ситуациях:

• Объект движется очень быстро, и у меня попросту нет времени выбирать точки – камера сделает это куда проворнее. Это справедливо и тогда, когда движется сам фотограф, находясь, к примеру, на борту моторной лодки.
• Единственный объект съёмки хорошо выделяется на сравнительно монотонном фоне, как, например, птица, летящая по небу, и у автофокуса нет шансов навестись на что-нибудь постороннее.
• Все элементы снимаемой сцены находятся на одинаково большом удалении от фотоаппарата, как, например, при съёмке с высокой горы, и разницей между расстоянием до отдельных объектов можно пренебречь.
• Съёмка текстур, когда снимаемая поверхность размещается в фокальной плоскости, т.е. строго перпендикулярно оптической оси объектива.
• Фотоаппарат передаётся в руки человека, не имеющего понятия об автофокусе.

Во всех остальных случаях я пользуюсь единственной фокусировочной точкой.

Следует также помнить, что форма фокусировочных точек в видоискателе фотоаппарата лишь приблизительно обозначает истинные форму и габариты датчиков автофокуса.