Основы фотографии # 5.19

• Основы фотографии 5.18

В предыдущей статье я описал параметры автофокуса: скорость, аккуратность, точность, «интеллектуальность»¹ и функциональные возможности. В практике фотографа, который доверяет наведение на резкость «автоматике», эти параметры значимы. Их можно оценить (я рассказал, как это сделать), а оценками – руководствоваться в выборе фотоаппарата и\или объектива.

Далее рассмотрю типы автофокуса. Тип системы влияет на ограничения и возможности автоматического наведения на резкость. Если Вы знаете особенности системы, которая встроена в Ваш фотоаппарат, Вы можете использовать автоматическую фокусировку эффективнее и, как следствие, уменьшить количество бракованных снимков. Например, автофокус, оценивающий контрастность изображения снимаемого объекта, целесообразно применять в съёмке статичных миниатюрных предметов: здесь требуется точное наведение на резкость, и есть запас времени. Одновременно, использование такого автофокуса малоэффективно в фоторепортаже свадебного торжества или спортивного мероприятия.

Типы автофокусов

Системы автоматического наведения на резкость классифицируют по принципу действия. Современные автофокусы действуют по одному из трёх принципов:

• измерение расстояния до снимаемого объекта;
• определение контрастности изображения снимаемого объекта;
• комбинирование: измерение дистанции съёмки, затем, определение контрастности изображения.

Соответственно, различают автофокусы трёх типов:

• автофокус «по фазе» (на англ. phase detection auto-focus или phase-difference auto-focus);
• автофокус «по контрасту» (на англ. contrast detection auto-focus или contrast auto-focus);
• гибридный автофокус (на англ. hybrid auto-focus).

К одному и тому же типу могут относится несколько различных конструкций (моделей) автофокуса. Так, многие современные производители фототехники разрабатывают каждый собственную конструкцию, действующую по одному из указанных принципов. С развитием технологий одна и та же компания может выпускать модифицированные конструкции. Новыми версиями, обычно, оснащают камеры высокого ценового диапазона, предыдущие модификации устанавливают в фотоаппараты среднего ценового диапазона и так далее.

Некоторые производители дают разработанным конструкциям названия. Например, автофокус в фотоаппаратах Nikon называется Multi-CAM, системы, встраиваемые в камеры Pentax (Ricoh Imaging) – SAFOX. У Multi-CAM и у SAFOX есть модификации. Например, в названии первой конструкции SAFOX стоял индекс «1». В течение нескольких десятков лет инженеры постепенно модифицировали её, выпускали новые версии, и в настоящее время пользователям доступна конструкция SAFOX 11.

Одна и та же конструкция может реализовывать оба принципа по отдельности. Указанный случай следует отличать от комбинирования принципов. Например, во многих зеркальных цифровых фотоаппаратах, если Вы строите кадр по оптическому изображению в видоискателе, автофокус определяет расстояние до снимаемого объекта. Если используете режим Live View – строите кадр по картинке на экране фотоаппарата – автофокус оценивает контрастность изображения снимаемого объекта.

Рассмотрю каждый тип в отдельности: опишу его принцип действия и особенности функционирования, которые фотографу следует учитывать в своей практике.

Измерение расстояния до снимаемого объекта

Начну с конца. Пусть…

Дистанция съёмки известна, что происходит дальше?

В первой статье, посвящённой автофокусу, я рассмотрел три способа наведения снимаемого объекта на резкость, которыми может пользоваться фотограф. Вспомните второй способ. Суть его выражает следующее утверждение: если Вы знаете расстояние от объектива до снимаемого объекта, Вы можете одним быстрым действием установить определённые линзы таким образом, что сфокусируетесь на объекте.

На несколько минут представьте, что на тубе объектива отсутствует шкала расстояний, но Вы располагаете числовой таблицей, связывающей дистанцию съёмки и положение линз в объективе. Другими словами, зная расстояние до снимаемого объекта, Вы можете определить положение линз, и наоборот.²

Линзы, отвечающие за положение фокуса в пространстве, перемещаются в определённых пределах, которые назову начальным и конечным положением линз. Для удобства выберу начальное положение вблизи светочувствительного слоя.

Если линзы находятся в начальном положении, то фокус удалён от фотосистемы на бесконечно большое расстояние. Другими словами, на резкость наведён объект, отражающий все световые лучи вдоль (или почти вдоль) оптической оси объектива. Если линзы находятся в конечном положении, то фокус располагается на расстоянии равном минимальной дистанции фокусировки у данного объектива.

Как я отмечал ранее, таблица, задающая соответствие между расстоянием до снимаемого объекта и положением линз, хранится в памяти микропроцессора, встроенного в объектив. Другими словами, таблица индивидуальна для каждого объектива. С помощью электропроводящих контактов, расположенных на байонете, управляющая программа автофокуса обменивается информацией с микропроцессором. Вычислив расстояние до снимаемого объекта, программа командует микропроцессору: «Переместить линзы так, чтобы дистанция съёмки была равна Х метрам». Микропроцессор «смотрит» в таблицу, находит в ней указанное расстояние (или близкое к нему) и соответствующее положение линз, затем даёт команду приводу, чтобы тот передвинул линзы на нужную позицию. В завершение процедуры микропроцессор сообщает управляющей программе о результате выполнения команды.

Получив «положительный» отчёт, программа проверяет, наведён ли снимаемый объект на резкость. Если это так, то управляющая программа сигнализирует пользователю об успешном завершении автоматической фокусировки. В противном случае программа оценивает текущее расстояние до снимаемого объекта, вычисляет необходимую дистанцию съёмки и подаёт соответствующую команду микропроцессору, встроенному в объектив. Процесс повторяется до тех пор, пока управляющая программа не «убедится», что снимаемый объект наведён на резкость с заданной производителем точностью, или до тех пор, пока пользователь не отключит автофокус (для этого, обычно, достаточно отпустить кнопку спуска затвора).

Получив «отрицательный» отчёт³, программа сигнализирует пользователю о неуспешном завершении автоматической фокусировки. Традиционный сигнал этого исхода – мигающий зелёный (или красный, или другого цвета) кружок в углу видоискателя или экрана фотоаппарата.

Такова общая методика автоматической фокусировки, основанной на оценке расстояния до снимаемого объекта. Отмечу, что моё описание – набросок общих черт. В реальности, я покажу это далее, современный автофокус едва ли всегда определяет расстояние до снимаемого объекта: в этом нет необходимости, хотя это возможно. Система вычисляет ошибку фокусировки, измеряемую в условных единицах. Например, ошибка фокусировки равна +3. Знак «+» или «–» указывает на направление перемещения линз (к начальному или к конечному положению), а число – на какое количество условных единиц нужно передвинуть линзы. Число не обязательно обозначает расстояние, измеряемое в миллиметрах или нанометрах (например, 3 мм или 3 нм), условные единицы выбираются разработчиками конкретной конструкции автофокуса произвольно, исходя из особенностей последней.

Каковы преимущества принципа?

Снова вспомните способы наведения на резкость, приведённые в «Основы фотографии # 5.17».

На мой взгляд, одним из наиболее естественных способов является тот, где человек, пользуясь своим «встроенным» инструментом – глазами – оценивает контрастность изображения снимаемого объекта в видоискателе или по экрану фотоаппарата. Изображение объекта чёткое, значит он наведён на резкость. Едва требуются какие-либо дополнительные устройства, например линейка, и энергозатраты на измерения, особенно, когда снимаемый объект находится в нескольких десятках метров от Вас. Так, задачей не из лёгких представится фотографу, стоящему на Большом Каменном мосту, измерение расстояния до Водовзводной башни Московского кремля с помощью рулетки. Это, просто, неудобно.

Фотография Водовзводной башни Московского кремля. Вид с Большого Каменного моста. («Vodovzvodnaya Tower» участника Минеева Ю. (Julmin) – собственная работа. Под лицензией CC BY-SA 1.0 с сайта Викисклада.)

Человек – в силу физиологических особенностей зрительной системы – едва ли всегда может точно оценить контрастность изображения. Если оно занимает маленькую площадь в видоискателе или снимаемый объект освещается с низкой интенсивностью, например, лунным светом, то точность оценивания и, как следствие, точность наведения на резкость лавинообразно снижаются. Поэтому потребовался принцип, который в меньшей степени зависел бы от освещённости снимаемого объекта, и, одновременно, мог бы сигнализировать более явно о том, что объект и фокус совпадают или, наоборот, удалены друг от друга.

Постепенно «на сцену вышли» способы фокусировки, основанные на измерении расстояния до снимаемого объекта. Сначала новые способы инженеры реализовали для ручного наведения на резкость⁴, что не решало задачу с недостаточно освещённым снимаемым объектом и накладывало новые ограничения, которые частично сохранились до настоящего времени (такие ограничения я отмечу позже).

С общим развитием технологий инженеры разработали различные конструкции автоматических систем фокусировки, измеряющие расстояние до снимаемого объекта. Именно автофокусы, работающие по рассматриваемому принципу, первыми завоевали потребительский рынок фотоаппаратов.⁵ В тот момент времени они оказались более дешёвыми в реализации и удобными в использовании, чем конструкции, работающие по другим принципам.

Со временем автофокусы, измеряющие расстояние до снимаемого объекта, приобрели ещё одно преимущество, ставшее в эпоху цифровой фотографии главным – высокая скорость фокусировки.

Как обеспечивается главное преимущество?

Я отметил ранее, что управляющая программа вычисляет расстояние до снимаемого объекта (или ошибку фокусировки). Другими словами, в распоряжении программы – точное число. Одному числу соответствует единственное положение линз в объективе, отвечающих за позицию фокуса в пространстве. Поэтому одного, часто короткого, движения в заранее известных направлении и мере достаточно, чтобы навести снимаемый объект на резкость.

Как принцип реализуется?

Из изложения выше следует, что для автофокуса «дело за малым»: узнать дистанцию съёмки (4 метра, 1 метр 53 сантиметра и так далее) или ошибку фокусировки (+3 условных единицы, –21 условная единица и так далее).

Система измеряет расстояние до снимаемого объекта активно или пассивно. Вне зависимости от метода Вы – фотограф – можете оставаться на месте, что удобно.

Активное измерение предполагает излучение энергии в сторону снимаемого объекта. Например, в фотоаппарат может быть встроен источник инфракрасная лампа или генератор ультразвуковых волн, или лазер. Источник испускает луч, последний отражается от поверхности объекта, возвращается обратно по направлению к фотоаппарату. Приёмник, установленный в камере, улавливает отражённый луч. По промежутку времени между пуском луча и его улавливанием управляющая программа рассчитывает расстояние до снимаемого объекта. Это возможно, потому что скорость распространения различных видов энергии примерно постоянна и известна.⁶

В современной фотографии активное измерение едва ли применяется.

Пассивное измерение основывается на оценке оптических изображений снимаемого объекта. Таким образом, едва ли используются какие-либо дополнительные источники излучения кроме тех, которые «обычно» освещают снимаемый объект. Соответственно, измерение производится с помощью оптических приборов (зеркал, линз, призм и так далее), законов оптики и геометрии. Математическое обоснование процесса выходит за рамки настоящей серии статей.⁷

В современной фотографии дистанция съёмки, чаще всего, измеряется пассивно. Рассмотрю реализацию пассивного измерения в следующей статье подробно.

Примечание:

¹ Корректность выбора объекта, который система наведёт на резкость. Обратно к тексту.

² На практике вместо одной таблицы может быть группа таблиц. Это зависит от того, является ли объектив вариофокальным, или фокусное расстояние объектива фиксировано.

Для каждого фокусного расстояния существует пара «положение фокуса в пространстве – положение линз». Например, для фокусного расстояния равного 50 миллиметрам может действовать пара «1 метр – 2 нанометра от начального положения линз», а для 70 миллиметров – пара «1 метр – 2,5 нанометра от начального положения». В случае с вариофокальным объективом на каждый диапазон значений фокусного расстояния или на каждое значение фокусного расстояния в память микропроцессора, встроенного в объектив, программируется отдельная таблица. Обратно к тексту.

​³ Например, если линзы находятся в начальном или конечном положении, а управляющая программа «требует» дальнейшего смещения за механический ограничитель, то микропроцессор, встроенный в объектив, сообщает программе о невозможности выполнить команду. Обратно к тексту.

⁴ Так появились дальномерные фотоаппараты, одними из ярких представителей которых являются камеры, выпускаемые немецким производителем Leica Camera AG.

В подобные фотосистемы встраивался оптический дальномер – прибор, позволяющий вычислять расстояние до объекта, оценивая лишь его оптические изображения.

Инженеры сопрягли дальномер с механизмом, приводящим в движение линзы внутри объектива. Вращая кольцо фокусировки, расположенное, традиционно, на тубе объектива, фотограф перемещал не только соответствующие линзы, но и одно из зеркал дальномера. Человек наблюдал в видоискатель за снимаемой сценой, с поворотом зеркала изменялась ориентация двух изображений фокусируемого объекта относительно друг друга. По совпадению-несовпадению таких изображений фотограф отслеживал точность фокусировки.

Одну из конструктивных особенностей дальномерных фотоаппаратов отражал тот факт, что пользователь смотрел в видоискатель дальномера, расположенный рядом с объективом, а не непосредственно «через» объектив, как это происходит в настоящее время в подавляющем большинстве цифровых фотоаппаратов. То есть, фотограф не видел в точности того изображения, которое формирует объектив на поверхности светочувствительного слоя.

Тем не менее, эта особенность едва ли мешала фотографам делать высококлассные снимки. Например, французский мастер фоторепортажа и впоследствии один из основателей первого в мире фотоагентства, «Магнум» («Magnum Photos»), Анри Картье-Брессон (Henrì Cartièr-Bressòn), предпочитал фотоаппараты марки Leica, славящиеся своей надёжностью, простотой и компактностью. Обратно к тексту.

⁵ Одну из наиболее эффективных конструкций к 1975 году создала группа разработчиков под управлением Нормана Стауфера (Nòrman Stàuffer), американского инженера, трудившегося в компании Honeywell. Систему встраивали в японские фотоаппараты Konica C35AF – первые камеры с автофокусом, запущенные в серийное производство (это произошло в ноябре 1977 года). К этому времени три прототипа видеокамер и один прототип объектива с системой автоматической фокусировки, также, содержали разработанную Стауфером конструкцию.

Цифровые технологии «открыли» автоматическим системам фокусировки второе дыхание и – как показывает практика последних лет – третье дыхание.

Отмечу, в 70-ые годы 20-ого века профессиональных фотографов меньше интересовала возможность автоматического наведения на резкость, чем в 21-ом веке. Поэтому изначально многие конструкции автофокусов применялись в технике, рассчитанной на широкий круг потребителей. Обратно к тексту.

⁶ Методы активного измерения расстояния заимствованы у природы. Так, летучие мыши, испускающие ультразвуковые волны и замеряющие время их распространения до окружающих предметов, ориентируются в пространстве. Обратно к тексту.

⁷ Познакомьтесь с принципом действия оптического дальномера. Автофокус, пассивно измеряющий расстояние до снимаемого объекта, делит с указанным прибором общую теоретическую базу: по известной стороне и двум известным углам треугольника определяется его неизвестная сторона. Этот процесс называется триангуляцией и используется помимо фотографии в геодезии, военном деле и каботажном судоходстве. Обратно к тексту.

Комментарии: 4

• Осталось символов: 5000

  Прикрепить изображение

  Формат JPG Удалить

  Отправить Ожидаем загрузку изображений
• 

  Бортник 4 Декабря 2015 - 03:43:43

  Здравствуйте.
  Хоть и сложновато для первого раза. Но себя хвалю) Уже осилил часть 5,11.
  Вам также благодарность за труд.

  
  
  • 

    Марк Лаптенок 4 Декабря 2015 - 12:55:35

    Здравствуйте. Поддерживаю Вас и рад за Вас. Пожалуйста!

    
    
• 

  Vladimirovich 2 Декабря 2015 - 06:59:14

  Спасибо, очень полезная статья.

  
  
  • 

    Марк Лаптенок 2 Декабря 2015 - 13:41:21

    Здравствуйте. Пожалуйста.
    
    Напишите, пожалуйста, пару предложений, чем статья была полезной для Вас.

    
    

Еще уроки из рубрики "Все основы"

Покупка аккумуляторов: что нужно знать?

Доводилось ли вам использовать свою камеру с объективами от стороннего производителя? Предполагаю, что большинство ответит да. Причина этого в том, что на рынке есть много...

Читать дальше →

09/03/2020. Основы — Все основы. Перевод: Алексей Шаповал

11 270

1

Правило эквивалентной экспозиции

Фотоаппарат – восхитительный инструмент. Просто поразительно как одним щелчком затвора можно остановить текущий миг и сохранить его на будущее. Принцип работы фотоаппарата...

Читать дальше →

29/02/2020. Основы — Все основы. Перевод: Алексей Шаповал

22 436

2

Оцифровка фотографий и негативов

У каждой семьи есть своя история, а у каждой истории есть свои фотографии: старые цветные распечатки, винтажные черно-белые фотокарточки, негативы и пленки.

Читать дальше →

17/02/2020. Основы — Все основы. Перевод: Алексей Шаповал

38 120

4

Как развить профессиональный взгляд

Фотография – мощный инструмент визуальной коммуникации. Объектив в какой-то мере можно считать вашим третьим глазом, который позволяет поделиться с миром тем, что видите вы...

Читать дальше →

10/02/2020. Основы — Все основы. Перевод: Алексей Шаповал

15 700

0

Как избежать клише в фотографии

Мир современной пейзажной фотографии весьма сложный. Кажется, будто достаточно иметь камеру, несколько объективов, штатив, фильтры, карту и отличную идею в голове, но в реальности все...

Читать дальше →

05/09/2019. Основы — Все основы. Перевод: Алексей Шаповал

14 334

1

Как подзаработать фотографу (не профи)

Существует миф, будто фотографы разделяются на две категории – те, для кого это просто хобби и профессионалы, которые зарабатывают деньги. На самом деле многие находятся в...

Читать дальше →

12/08/2019. Основы — Все основы. Перевод: Алексей Шаповал

18 469

2