Bez sustava kao što je autofokus, korištenje fotoaparata bilo bi mnogo teže i proces slikavanja sporiji. No, znate li što se zaista događa ‘ispod haube’ i kako kamere uspijevaju, u nerijetko nemogućim svjetlosnim uvjetima, dati oštru sliku u djeliću sekunde?
Svi vlasnici digitalnog fotoaparata koriste autofokus (AF) sustav svoje kamere na dnevnoj bazi, to je jedna od najvažnijih funkcija kamere i bez nje bi korištenje bilo puno mukotrpnije jer bi se moralo ručno izoštravati, postupak fotografiranja bi bio sporiji, a rezultati upitni. Svi smo čuli za pojmove kao što su Phase Detection ili Contrast Detection i znamo da se odnose na AF sustav, ali što oni zapravo znače? Što se događa u kamerama prilikom izoštravanja?
Općenito o AF sustavima
AF sustavi u fotografskim kamerama mogu se podijeliti u dvije klase: aktivni i pasivni. Aktivni sustavi prema sceni šalju nekakve signale; zvučne, svjetlosne ili laserske. Odbijene signale detektira senzor u kameri i triangulacijom izračunava udaljenost objekta, a samim tim i položaj u kojoj leća objektiva mora biti kako bi taj objekt bio oštar. Kod pasivnih sustava, prema sceni se ne šalju nikakvi signali nego se koristi njeno svjetlo kako bi se slika izoštrila. Ipak, čak i kod pasivnih sustava može se koristiti pomoćno svjetlo za fokusiranje (npr. Focus assist svjetlo, ili svjetlosna rešetka) što je vrlo korisno za brzinu izoštravanja ako je scena tamna. Današnje digitalne kamere koriste pasivne AF sustave, a najkorišteniji su Phase Detection (PD) i Contrast Detection (CD).
Phase Detection autofokus
Phase Detection je AF sustav koji se, kao glavni sustav za izoštravanje, koristi u većini DSLR fotoaparata. Iako je PD po principu rada i za implementaciju znatno kompliciraniji od Contrast Detectiona, koristi se jer znatno brže radi. Sama konstrukcija PD sustava se može razlikovati od proizvođača do proizvođača ili čak i među modelima istog proizvođača, ali princip rada je na svima isti. U ovom članku će biti objašnjeno kako Phase Detection radi, a detalji u konstrukciji nisu presudni za razumijevanje.
Kuda putuje svjetlo?
Phase Detection se postiže dijeljenjem ulaznog svjetla na parove slika i njihovim uspoređivanjem. Svjetlo koje ulazi u kameru dolazi na poluprozirno zrcalo koje je postavljeno po kutem od 45° (to zrcalo se vidi kada se skine objektiv sa kamere). Većina ulaznog svjetla se odbija put gore i ide u pentaprizmu do tražila i svjetlomjera. Ipak, jedan dio svjetla prolazi kroz to zrcalo i odbija se o drugo, mnogo manje zrcalo koje se nalazi iza glavnog.
To malo zrcalo (najčešće postavljeno pod kutem od 54° u odnosu na veliko) zrake svjetla šalje u donji dio tijela kamere – na AF sustav. Tamo se nalaze mikroleće i CCD senzori ispod njih. CCD senzori su jednodimenzionalni redovi piksela. Leće i senzori su u parovima i svaki par se koristi za jednu AF točku. Kamere mogu imati mnogo AF točaka, a neke su i ‘nevidljive’ fotografu u tražilu.
Animacija: Stanford Computer Graphics Laboratory
Na gornjoj animaciji možete pomicati klizač sa položajem leće kako biste uočili što se događa sa zrakama svjetla kada se leća pomiče. Također je vidljivo da par senzora uzima svjetlo sa suprotnih strana leće. Važnost toga će biti objašnjena malo kasnije. Na maloj sličici se vidi novčić koji mora biti izoštren, a do njega su krivulje svakog od snopova svjetla koje očitava jedan par CCD senzora.
Primijetite kako se krivulje moraju poklopiti da bi se slika ‘proglasila’ oštrom, odnosno, zrake svjetla koje idu prema svakom od CCD senzora moraju se sijeći točno na njihovoj površini. Kada se dođe do toga i podignete zrcalo (opcija ‘Flip mirror to take picture’), ulazne zrake će se također sijeći točno na površini senzora i davati sliku u fokusu. Bilo kakav pomak leće lijevo ili desno pomaknut će mjesto fokusa prije ili iza senzora, te u praksi dati mutnu sliku.
Proces izoštravanja
Kao što je objašnjeno, par mikroleća prima svjetlo sa dvije suprotne točke na glavnoj leći objektiva i šalje ih na CCD senzore. Te jednodimenzionalne slike se očitavaju i digitalno analiziraju u AF procesoru te se procjenjuje koliko je jedna slika (odnosno krivulja kontrasta uzorka) pomaknuta u odnosu na drugu. Budući da sustav točno zna koliko su CCD senzori udaljeni i koliki je pomak među krivuljama kontrasta očitanih slika, zna i što treba napraviti kako bi se krivulje poklopile, te šalje instrukcije glavnoj leći u kojem smjeru se i za koliko pomaknuti.
Dakle, može joj dati direktnu naredbu sa točnom pozicijom, bez da ponovo provjerava ili mjeri. U praksi, sustav nejčešće leću pomakne blizu točne pozicije pa mjeri ponovo, kako bi položaj bio što precizniji. Takav princip rada, odnosno činjenica da sustav odmah nakon prvog očitanja zna u kojem smjeru i za koliko pomaknuti leću, omogućava Phase Detection autofokusu da radi vrlo brzo. Cijeli ovaj opisani postupak događa se u djeliću sekunde i radi mnogo brže od Contrast Detection sustava.
Pojednostavljeno, da bi slika bila u fokusu, zrake svjetla koje ulate u kameru sa dvije suprotne točke leće, moraju se sijeći točno na površini senzora i tada je slika u fokusu.
Na sljedećoj slici se vidi nekoliko pojednostavljenih primjera kako putuje svjetlo i što se događa sa krivuljama kada je slika u fokusu i kada nije.
Phase detection autofokus (preuzeto sa Wikipedije)
Primjeri kada je fokus preblizu (1), točan (2), daleko (3) i još dalje (4). Primijetite kako se položaj senzora (žuta crta) u odnosu na leću mijenja. Pravi položaj omogućit će da se suprotne zrake svjetla sijeku točno gdje treba (na površini senzora) i daju oštru sliku objekta (ljubičaste točke). U primjeru na slici se ilustrativno pomiče senzor, dok se u praksi, naravno, pomiče leća.
Sažeto, u procesu izoštravanja kod Phase Detection sustava događaju se sljedeći koraci:
- Dva snopa svjetla se odbijaju od objekta i prolaze kroz suprotne strane glavne leće.
- Svaki od njih dolazi do svog CCD senzora u jednom paru AF točke
- AF sustav analizira slike sa CCD senzora i određuje gdje se nalazi fokus (ispred, iza) i koliki je pomak
- Šalje se signal leći da promijeni svoj položaj i ponovo mjeri
- Postupak se ponavlja onoliko puta koliko je potrebno da bi se postigao savršen fokus. Ako se nije uspjelo, položaj leće se resetira i proces započinje ponovo.
- Kada je fokus postignut, AF fokus šalje potvrdu (u tražilu odabrana točka fokusa zasvijetli, čuje se bip, i slično)
- Glavno zrcalo kamere se podiže i svjetlo (fokusirana slika scene) pada na senzor.
Zašto se uzima svjetlo sa krajeva leće?
Razmak između jednog para CCD senzora određuje točnost AF mjerenja – što su razdvojeniji, točnije je očitanje kontrasta svakog od uzoraka svjetla, a snopovi svjetla su razdvojeniji što se uzimaju sa udaljenijih krajeva leće. To dovodi do kompromisa: potrebno je da blenda bude otvorena što je više moguće kako bi svjetlo sa objekta koji se fotografira padalo na što veću površinu leće, odnosno na njene krajeve. Zbog toga većina kamera izoštrava na najširoj blendi (npr. f/2.8 ili f/4 – ovisno o mogućnostima objektiva), a uopće ne može izoštravati nakon npr. f/8 jer je tada autofokus mnogo nepouzdaniji, pa proizvođači onemoguće izoštravanje nakon određene vrijednosti otvora blende.
Moderne kamere imaju više AF točaka, svaka ima par leća i senzora različite udaljenosti. Točke mogu imati i dva para senzora postavljene pod kutem od 90° (cross-type točke) i one su najpreciznije jer mogu mjeriti i horizontalne i vertikalne snopove svjetla (centralne točke su gotovo uvijek cross-type). Međutim, jedan par senzora cross-type točke tada mora biti malo razdvojeniji, pa je stoga ona i najpouzdanija pri f/2.8. Ako blenda ne može biti dovoljno otvorena, razdvojeniji senzori se gase i točka radi u samo jednoj dimenziji, kao obična točka, kako bi se izbjegla nepreciznost.
Phase Detection CCD senzori mogu raditi i van zadanih specifikacija. Na primjer, ako dodate 2x telekonverter na f/4 teleobjektiv (tada je minimalni otvor blende f/8 i kamera će odbiti koristiti autofokus) i trakom sakrijete kontakte koji kameri šalju podatke o telekonverteru, autofokus će raditi, ali će biti neprecizan jer se očitanja sa AF senzora gotovo preklapaju i nemoguće je sa savršenom točnošću odrediti položaj leće koji bi dao najoštriju sliku.
Phase Detection AF sustav doživljava poboljšanja sa gotovo svakim izlaskom novog modela DSLR kamere na tržište. Tijekom godina, broj AF točaka je rastao, kao i broj pouzdanijih cross-type točaka. Kako raste njihov broj, tako raste i njihova pouzdanost, pa su današnje kamere vrlo brze i točne u praćenju objekata snimanja i izoštravanju slike.
Prednosti i nedostaci Phase Detection AF sustava
Kao što ste mogli naučiti iz ovog teksta, PD sustav radi vrlo brzo i pouzdano i to mu je glavna prednost. Međutim, mana je što je vrlo kompleksan za izradu i implementiranje. Dodatni problem u konstrukciji kamere je taj što se čitav proces izoštravanja slike događa na skroz drugom mjestu (u AF sustavu smještenom na dnu tijela), a ne na samom senzoru kamere. Tek kad se izoštravanje završi, glavno se zrcalo, zajedno sa sekundarnim AF zrcalom, podiže i svjetlost pada na senzor. Takva konstrukcija zahtijeva da udaljenosti mounta objektiva od AF senzora i od glavnog senzora budu identične.
To zahtijeva veliku preciznost izrade i instaliranja u kameru, jer čak i pomaci od nekoliko mikrona mogu prouzrokovati probleme sa autofokusom i neoštre slike. Unatoč kvaliteti izrade, greške u proizvodnji i sastavljanju događaju se od pojave prve digitalne SLR kamere pa sve do danas, stoga su svi proizvođači uveli postupke provjere i kalibracije svake kamere koja izađe iz proizvodnje. Ako se detektira problem u centriranju PD senzora, sustav prolazi kroz svaku pojedinu AF točku i manualno je podešava u kameri. Kompenzacijske vrijednosti svake od rekalibriranih AF točaka se zatim upisuju u firmware kamere kako bi fokusiranje bilo što je točnije moguće.
Nadalje, problem je i taj što DSLR kamere ne mogu Phase Detect sustav koristiti kada se nalaze u Live View modu, jer se za LV mode mora koristiti senzor, a tada je glavno zrcalo podignuto i Phase Detect AF sustav nedostupan. Mnogi stariji modeli DSLR kamera sa funkcijom snimanja videa (za koju se mora koristiti Live View) zato niti ne nude mogućnost autofokusa, dok one koje to imaju, za izoštravanje (bilo kod fotografiranja ili snimanja videa) koriste mnogo sporiji Constrast Detection sustav.
U sljedećem članku pročitajte više o Contrast Detection autofokusnom sustavu.
