U prethodnom članku obrađivali smo princip rada Phase Detection autofokusa, koji je najkorišteniji sustav u DSLR kamerama. U ovom članku ćemo objasniti drugi sustav pasivnog autofokusa – Contrast Detection (CD).
Contrast detection AF sustav
CD se koristi u kompaktnim fotoaparatima te u kamerama mobitela koje imaju pokretnu leću. On se također koristi u DSLR kamerama, ali samo kada su u Live View modu (kada je zrcalo podignuto i svjetlo ne dopire do Phase Detection sustava autofokusa), jer se tada glavni senzor koristi za izoštravanje i proces je nešto drugačiji od Phase Detecta.
Kuda putuje svjetlo?
Konstrukcija Contrast Detection sustava je mnogo jednostavnija od Phase Detectiona – nema zrcala, mikroleća ni CCD senzora. Svjetlo kroz leću objektiva ide direktno na senzor, bez preusmjeravanja na neko drugo mjesto. Isto kao i kod PD-a, analizira se više AF točaka istovremeno i ti rezultati se kombiniraju kako bi se dobila oštra, fokusirana slika. Za razliku od PD-a, contrast detection nema ograničenja u broju i poziciji tih AF točaka.
Proces izoštravanja
Animacija: Stanford Computer Graphics Laboratory
Kada svjetlo uđe kroz objektiv na senzor, mjeri se osvjetljenje pojedinih AF točaka na senzoru i njenih susjednih piksela. Rezultat mjerenja se vidi na krivulji kontrasta (prikazana na animaciji desno). Ako je kontrast nizak (što je karakteristično za mutno područje) krivulja je samo blago zakrivljena.
Pomicanjem leće naprijed ili natrag, senzor ponovo očitava piksele i stvara novu krivulju. Ako je ona oštrija i viša, znači da je sada točka mjerenja više u fokusu od prethodne, pa sustav nastavlja pomicati leću u tom smjeru. Budući da se visina krivulje ne može uzeti kao referenca je li nešto u fokusu ili ne, jer objekt može biti bilo koje boje (pa samim tim i objektima u fokusu krivulja može biti drukčije visine), sustav iz te vrijednosti ne zna je li objekt fokusiran.
Isto tako, svjetlo može dolaziti sa objekta (površine) koja ima fini i nekontrasni gradijent boja – kao što je nebo ili ljudska koža, pa visina krivulje tada ni ne može biti velika čak ni kada je točka u fokusu. Stoga se u analizu uzimaju u obzir i vrijednosti okolnih piksela, a kao referenca za oštrinu se uzima zakrivljenost, odnosno pad krivulje. Ako je pad krivulje oštriji, to znači da su okolni pikseli dosta tamniji i da je točka vjerojatno u fokusu. Pomicanjem leće naprijed-natrag pronalazi se mjesto u kojem će krivulja imati najveći pad (lokalni maksimum) i to se uzima kao položaj točnog fokusa, odnosno oštrine.
U praksi se primjenjuju i mnogi drugi algoritmi za odlučivanje o tome je li mjerena točka u fokusu ili ne, ali takvi detalji nisu tema ovog članka, a i većina algoritama koji se u današnjim komercijalnim kamerama koriste, proizvođači drže u tajnosti.
Na gornjoj animaciji se pomicanjem klizača položaja leće jasno može vidjeti da je objekt (novčić na maloj slici sa strane) u fokusu onda kada se konvergirajuće zrake koje su prošle kroz leću sijeku točno na površini senzora, odnosno kada je leća u određenom položaju u odnosu na senzor. Zadatak autofokusnog sustava je da, pomoću Contrast Detect algoritama, odredi gdje se nalazi taj položaj.
Prednosti i nedostaci Contrast Detection AF sustava
Opisani proces traženja lokalnog maksimuma kao reference je li točka fokusirana ili ne ima prednosti i mana. Prednost je ta da sustav u obzir uzima samo jednu točku i njene susjedne piksele (a ne cijeli senzor), pa samim tim zahtijeva jako malo izračuna i trajanje baterije je duže. Nedostatak je sporost. Contrast Detection zahtijeva neprestano snimanje slika koje koristi za izračun jer iz jednog mjerenja ne može znati je li nešto u fokusu ili ne, pa se čitav proces se bazira na metodi pokušaja i pogreške.
Također, AF sustav ne može znati za koliko mora pomaknuti leću, čak niti mora li leću pomaknuti naprijed ili nazad, za razliku od Phase Detection autofokusa koji odmah pri prvom očitanju zna u kojem smjeru i za koliko pomaknuti leću. Stoga Contrast Detection sustav mora prvo napraviti jednu sliku, analizirati je, pomaknuti leću, slikati drugu sliku i ponovo je analizirati da vidi kreće li se leća uopće u pravom smjeru. Ako da, nastavlja slikavati i podešavati u tom smjeru, ako ne, onda kreće u drugom smjeru, itd…
Ovakvo ‘pogađanje’ fokusa traje i zato je Contrast Detection AF sustav spor, pogotovo u uvjetima lošeg svjetla. Iz istog razloga neke DSLR kamere niti ne nude AF mogućnost u Live View modu (jer se za LV koristi Contrast Detection) ili, ako ga nude, on radi sporo.
Ima li napretka?
Kao odgovor na problematiku sporosti CD sustava, Canon je u svojoj kameri EOS 70D po prvi puta predstavio Dual Pixel AF sustav – svojevrstan hibrid Phase i Constrast Detection sustava. Taj sustav koristi parove fotodioda u pikselima na način da na svaku od njih kroz mikroleću, pod različitim kutem upada svjetlo (Phase Detection princip) i pomoću izračuna pomaka između te dvije zrake svjetla određuju je li nešto u fokusu ili ne. Prilikom snimanja, te fotodiode se ponašaju kao jedan piksel. Rezultat je iznenađujuće brz i točan AF sustav za koji se u Canonu nadaju da će biti budućnost AF sustava baziranih na izoštravanju pomoću senzora.
Međutim, Dual Pixel AF se tek treba dokazati u praksi i treba vidjeti kako se ponaša u uvjetima lošeg svjetla i sličnim ekstremnijim situacijama koje Phase Detection odlično odrađuje.
