Auto-foco - Autofocus
Um sistema óptico de foco automático (ou AF ) usa um sensor , um sistema de controle e um motor para focar em um ponto ou área selecionada automática ou manualmente. Um telêmetro eletrônico tem um display em vez do motor; o ajuste do sistema óptico deve ser feito manualmente até indicação. Os métodos de foco automático são diferenciados por seu tipo como sendo variantes ativas , passivas ou híbridas.
Os sistemas de foco automático contam com um ou mais sensores para determinar o foco correto. Alguns sistemas AF dependem de um único sensor, enquanto outros usam uma série de sensores. A maioria das câmeras SLR modernas usa sensores óticos através da lente , com um conjunto de sensores separado que fornece medição de luz , embora o último possa ser programado para priorizar sua medição para a mesma área de um ou mais dos sensores AF.
O foco automático óptico através da lente agora é frequentemente mais rápido e preciso do que pode ser obtido manualmente com um visor comum, embora um foco manual mais preciso possa ser obtido com acessórios especiais, como ampliadores de foco. A precisão do foco automático em 1/3 da profundidade de campo (DOF) na abertura mais ampla da lente é comum em câmeras AF SLR profissionais.
A maioria das câmeras AF multissensor permite a seleção manual do sensor ativo e muitas oferecem a seleção automática do sensor usando algoritmos que tentam discernir a localização do assunto. Algumas câmeras AF são capazes de detectar se o assunto está se movendo para perto ou para longe da câmera, incluindo dados de velocidade e aceleração, e manter o foco no assunto - uma função usada principalmente em esportes e outras fotografias de ação; nas câmeras Canon, isso é conhecido como AI servo , enquanto nas câmeras Nikon é conhecido como "foco contínuo".
Os dados coletados dos sensores AF são usados para controlar um sistema eletromecânico que ajusta o foco do sistema óptico. Uma variação do foco automático é um telêmetro eletrônico , um sistema no qual os dados de foco são fornecidos ao operador, mas o ajuste do sistema óptico ainda é realizado manualmente.
A velocidade do sistema AF é altamente dependente da maior abertura oferecida pela lente na distância focal atual. F-stops de cerca de f / 2 af /2.8 são geralmente considerados ideais em termos de velocidade e precisão de foco. Lentes mais rápidas do que isso (por exemplo: f / 1,4 ou f / 1,8) normalmente têm profundidade de campo muito baixa, o que significa que leva mais tempo para atingir o foco correto, apesar do aumento da quantidade de luz.
A maioria dos sistemas de câmeras de consumo focará automaticamente de forma confiável com lentes que têm uma abertura mais ampla de pelo menos f /5.6, enquanto os modelos profissionais muitas vezes podem lidar com lentes que têm uma abertura mais ampla de f / 8, o que é particularmente útil para lentes usadas em conjunto com teleconversores .
História
Entre 1960 e 1973, Leitz (Leica) patenteou uma série de autofoco e tecnologias de sensor correspondentes. Na photokina 1976 , a Leica apresentou uma câmera baseada em seu desenvolvimento anterior, chamada Correfot, e em 1978 eles exibiram uma câmera SLR com autofoco totalmente operacional.
A primeira câmera autofoco produzida em massa foi a Konica C35 AF , um modelo simples de apontar e disparar lançado em 1977. A Polaroid SX-70 Sonar OneStep foi a primeira câmera reflex autofoco de lente única , lançada em 1978.
A Pentax ME-F , que usava sensores de foco no corpo da câmera juntamente com uma lente motorizada , tornou-se a primeira SLR de 35 mm com foco automático em 1981.
Em 1983, a Nikon lançou a F3AF , sua primeira câmera com foco automático, que se baseava em um conceito semelhante ao ME-F.
A Minolta 7000 , lançada em 1985, foi a primeira SLR com um sistema de foco automático integrado, o que significa que os sensores AF e o motor de acionamento foram alojados no corpo da câmera, bem como um enrolador de avanço de filme integrado - que se tornaria a configuração padrão para câmeras SLR deste fabricante, e também a Nikon abandonou seu sistema F3AF e integrou o motor de foco automático e sensores no corpo.
A Canon decidiu descontinuar sua montagem bajonett FD e mudou para a montagem EF completamente eletrônica com lentes motorizadas em 1987.
A Pentax foi a primeira a introduzir a medição da distância de foco para câmeras SLR com as lentes das séries FA e FA * a partir de 1991. Suas primeiras lentes Pentax de montagem AF K com AF foram introduzidas em 1989.
Em 1992, a Nikon voltou a usar motores integrados de lente com sua gama de lentes AF-I e AF-S; hoje, suas DSLRs básicas não têm um motor de foco no corpo devido à disponibilidade de motores em todas as novas lentes AF desenvolvidas .
Ativo
Os sistemas AF ativos medem a distância até o assunto independentemente do sistema óptico e, subsequentemente, ajustam o sistema óptico para o foco correto.
Existem várias maneiras de medir a distância, incluindo ondas sonoras ultrassônicas e luz infravermelha . No primeiro caso, ondas sonoras são emitidas pela câmera e, medindo o atraso em sua reflexão, calcula-se a distância até o sujeito. As câmeras Polaroid , incluindo a Spectra e a SX-70, eram conhecidas por aplicar este sistema com sucesso. No último caso, a luz infravermelha é geralmente usada para triangular a distância até o assunto. Câmeras compactas, incluindo a Nikon 35TiQD e 28TiQD, a Canon AF35M e a Contax T2 e T3 , bem como as primeiras câmeras de vídeo, usavam este sistema. Uma abordagem mais recente incluída em alguns dispositivos eletrônicos de consumo, como telefones celulares, é baseada no princípio do tempo de voo , que envolve direcionar um laser ou luz LED para o assunto e calcular a distância com base no tempo que leva para a luz viajar para o assunto e voltar. Essa técnica às vezes é chamada de foco automático a laser e está presente em muitos modelos de telefones celulares de diversos fornecedores. Também está presente em dispositivos industriais e médicos.
Uma exceção à abordagem em duas etapas é o foco automático mecânico fornecido em alguns ampliadores, que ajustam a lente diretamente.
Passiva
Os sistemas de AF passivos determinam o foco correto realizando uma análise passiva da imagem que está entrando no sistema óptico. Eles geralmente não direcionam nenhuma energia, como som ultrassônico ou ondas de luz infravermelha, para o objeto. (No entanto, um feixe auxiliar de foco automático de luz geralmente infravermelho é necessário quando não há luz suficiente para fazer medições passivas.) O foco automático passivo pode ser obtido por detecção de fase ou medição de contraste.
Detecção de fase
A detecção de fase (PD) é obtida dividindo a luz que entra em pares de imagens e comparando-os. A detecção de fase passiva de registro de imagem secundária através da lente (TTL SIR) é freqüentemente usada em câmeras SLR digitais e de filme . O sistema usa um divisor de feixe (implementado como uma pequena área semitransparente do espelho reflexo principal, juntamente com um pequeno espelho secundário) para direcionar a luz para um sensor AF na parte inferior da câmera. Duas micro-lentes capturam os raios de luz vindos dos lados opostos da lente e os desviam para o sensor AF, criando um telêmetro simples com uma base dentro do diâmetro da lente. As duas imagens são então analisadas para padrões de intensidade de luz semelhantes (picos e vales) e o erro de separação é calculado a fim de descobrir se o objeto está na posição de foco frontal ou de foco traseiro . Isso fornece a direção e uma estimativa da quantidade necessária de movimento do anel de foco.
PD AF em um modo de foco contínuo (por exemplo, "AI Servo" para Canon , "AF-C" para Nikon , Pentax e Sony ) é um processo de controle de loop fechado . PD AF em um modo de bloqueio de foco (por exemplo, "One-Shot" para Canon , "AF-S" para Nikon e Sony ) é amplamente considerado um processo de controle de loop aberto de "uma medição, um movimento" , mas o foco é confirmado apenas quando o sensor AF vê um assunto em foco. As únicas diferenças aparentes entre os dois modos são que um modo de bloqueio de foco para na confirmação do foco e um modo de foco contínuo tem elementos preditivos para trabalhar com alvos móveis, o que sugere que eles são o mesmo processo de loop fechado.
Embora os sensores AF sejam tipicamente tiras fotossensíveis unidimensionais (apenas alguns pixels de altura e algumas dezenas de largura), algumas câmeras modernas ( Canon EOS-1V , Canon EOS-1D , Nikon D2X ) apresentam sensores SIR de área TTL que são retangulares e fornecer padrões de intensidade bidimensionais para uma análise de grão mais fino. Os pontos de foco do tipo cruzado têm um par de sensores orientados a 90 ° um do outro, embora um sensor normalmente exija uma abertura maior para operar do que o outro.
Algumas câmeras ( Minolta 7 , Canon EOS-1V , 1D , 30D / 40D , Pentax K-1 , Sony DSLR-A700 , DSLR-A850 , DSLR-A900 ) também têm alguns pontos de foco de "alta precisão" com um conjunto adicional de prismas e sensores; eles só estão ativos com " lentes rápidas " com certas aberturas geométricas (normalmente número f 2.8 e mais rápido). A precisão estendida vem da base de medição efetiva mais ampla do "range finder".
Detecção de contraste
O foco automático de detecção de contraste é obtido medindo o contraste (visão) dentro de um campo de sensor através da lente . A diferença de intensidade entre pixels adjacentes do sensor aumenta naturalmente com o foco correto da imagem. O sistema óptico pode assim ser ajustado até que o contraste máximo seja detectado. Neste método, AF não envolve a medição da distância real. Isso cria desafios significativos ao rastrear assuntos em movimento , uma vez que a perda de contraste não dá nenhuma indicação da direção do movimento para perto ou para longe da câmera.
O foco automático com detecção de contraste é um método comum em câmeras digitais que não possuem obturadores e espelhos reflexos. A maioria das DSLRs usa esse método (ou um híbrido de foco automático de detecção de contraste e fase) ao focar em seus modos de visualização ao vivo . Uma exceção notável são as câmeras digitais Canon com Dual Pixel CMOS AF. Câmeras de lentes intercambiáveis sem espelho normalmente usavam foco automático de medição de contraste, embora a detecção de fase tenha se tornado a norma na maioria das câmeras sem espelho, dando-lhes um desempenho de rastreamento AF significativamente melhor em comparação com a detecção de contraste.
A detecção de contraste impõe diferentes restrições ao design da lente em comparação com a detecção de fase. Embora a detecção de fase exija que a lente mova seu ponto de foco rápida e diretamente para uma nova posição, o foco automático de detecção de contraste emprega lentes que podem varrer rapidamente a faixa focal, parando precisamente no ponto onde o contraste máximo é detectado. Isso significa que as lentes projetadas para detecção de fase geralmente funcionam mal em corpos de câmera que usam detecção de contraste.
Lâmpada auxiliar
A luz auxiliar (também conhecida como iluminador AF) "ativa" sistemas de foco automático passivo em situações de pouca luz e baixo contraste em algumas câmeras. A lâmpada projeta luz visível ou infravermelha no assunto, que o sistema de foco automático da câmera usa para obter o foco.
Muitas câmeras e quase todos os telefones celulares com uma câmera , que não possuem uma lâmpada auxiliar de autofoco dedicada, em vez disso usam seu flash embutido, iluminando o assunto com rajadas de luz estroboscópica. As rajadas estroboscópicas auxiliam o sistema de foco automático da mesma forma que uma luz auxiliar dedicada, mas têm a desvantagem de assustar ou incomodar assuntos vivos.
Outra desvantagem é que, se a câmera usar o assistente de foco do flash e estiver configurada para um modo de operação que substitui o flash, ela também pode desativar o assistente de foco e o foco automático pode falhar em captar o assunto. O flash estroboscópico semelhante é algumas vezes usado para reduzir o efeito de olhos vermelhos , mas este método destina-se apenas a contrair as pupilas do sujeito antes de a foto real ser tirada e, assim, reduzir os reflexos retinais.
Em alguns casos, pistolas de flash externas têm lâmpadas auxiliares de foco automático integradas que substituem o flash estroboscópico da câmera. Outra forma de auxiliar os sistemas AF baseados em contraste em condições de pouca luz é enviar um padrão de laser para o objeto. O método de laser é comercialmente denominado Hologram AF Laser e foi usado em câmeras Sony CyberShot por volta do ano de 2003, incluindo os modelos F707 , F717 e F828 da Sony .
Autofoco híbrido
Em um sistema de foco automático híbrido, o foco é obtido pela combinação de dois ou mais métodos, como:
- Métodos ativos e passivos
- Detecção de fase e medição de contraste
O esforço duplo é normalmente usado para compensar mutuamente as fraquezas intrínsecas dos vários métodos, a fim de aumentar a confiabilidade e a precisão gerais ou para acelerar a função AF.
Um raro exemplo de um sistema híbrido inicial é a combinação de um IR ativo ou sistema de autofoco ultrassônico com um sistema de detecção de fase passiva. Um sistema infravermelho ou ultrassônico baseado em reflexão funcionará independentemente das condições de luz, mas pode ser facilmente enganado por obstáculos como vidros de janela, e a precisão é normalmente restrita a um número bastante limitado de etapas. O foco automático com detecção de fase "vê" através dos vidros das janelas sem problemas e é muito mais preciso, mas não funciona em condições de pouca luz ou em superfícies sem contrastes ou com padrões repetidos.
Um exemplo muito comum de uso combinado é o sistema de foco automático de detecção de fase usado em câmeras reflex de lente única desde os anos 1985. O autofoco de detecção de fase passiva precisa de algum contraste para trabalhar, dificultando o uso em cenários de pouca luz ou mesmo em superfícies. Um iluminador AF iluminará a cena e projetará padrões de contraste em superfícies planas, para que o foco automático de detecção de fase também funcione nessas condições.
Uma forma mais recente de um sistema híbrido é a combinação de foco automático de detecção de fase passiva e foco automático de contraste passivo, às vezes auxiliado por métodos ativos, já que ambos os métodos precisam de algum contraste visível para trabalhar. Em suas condições operacionais, a focagem automática de detecção de fase é muito rápida, uma vez que o método de medição fornece informações, a quantidade de deslocamento e a direção, de modo que o motor de focagem pode mover a lente diretamente para (ou perto de) foco sem adicional Medidas. Medições adicionais dinâmicas, no entanto, podem melhorar a precisão ou ajudar a manter o controle de objetos em movimento. No entanto, a precisão do foco automático de detecção de fase depende de sua base de medição efetiva. Se a base de medição for grande, as medições são muito precisas, mas só podem funcionar com lentes com uma grande abertura geométrica (por exemplo, 1: 2.8 ou maior). Mesmo com objetos de alto contraste, o AF de detecção de fase não pode funcionar com lentes mais lentas do que sua base de medição efetiva. Para funcionar com a maioria das lentes, a base de medição efetiva é normalmente definida entre 1: 5,6 e 1: 6,7, de modo que o AF continue a funcionar com lentes lentas (pelo menos enquanto não forem interrompidas). Isso, no entanto, reduz a precisão intrínseca do sistema de foco automático, mesmo se forem usadas lentes rápidas. Visto que a base de medição efetiva é uma propriedade ótica da implementação real, ela não pode ser alterada facilmente. Muito poucas câmeras fornecem sistemas multi-PD-AF com várias bases de medição selecionáveis, dependendo da lente usada para permitir a focagem automática normal com a maioria das lentes e focagem mais precisa com lentes rápidas. O contraste AF não tem essa limitação de design herdado de precisão, pois só precisa de um contraste mínimo do objeto para trabalhar. Assim que estiver disponível, pode funcionar com alta precisão, independentemente da velocidade de uma lente; na verdade, enquanto essa condição for atendida, ele pode até funcionar com a lente fechada. Além disso, uma vez que o contraste AF continua a funcionar no modo interrompido em vez de apenas no modo de abertura aberta, é imune a erros de deslocamento de foco baseado na abertura que os sistemas de AF de detecção de fase sofrem, uma vez que não podem funcionar no modo interrompido. Desse modo, o AF de contraste torna desnecessários os ajustes arbitrários de foco fino feitos pelo usuário. Além disso, o contraste AF é imune a erros de foco devido a superfícies com padrões repetidos e eles podem funcionar em todo o quadro, não apenas perto do centro do quadro, como o AF de detecção de fase faz. A desvantagem, entretanto, é que o AF de contraste é um processo iterativo de loop fechado de mudar o foco para frente e para trás em rápida sucessão. Comparado ao AF de detecção de fase, o AF de contraste é lento, uma vez que a velocidade do processo de iteração do foco é mecanicamente limitada e este método de medição não fornece nenhuma informação direcional. Combinando os dois métodos de medição, o AF de detecção de fase pode ajudar um sistema de AF de contraste a ser rápido e preciso ao mesmo tempo, para compensar erros de deslocamento de foco com base na abertura e para continuar a trabalhar com as lentes fechadas, como, por exemplo , em medição interrompida ou modo de vídeo.
Desenvolvimentos recentes para câmeras sem espelho procuram integrar os sensores AF de detecção de fase no próprio sensor de imagem. Normalmente, esses sensores de detecção de fase não são tão precisos quanto os sensores autônomos mais sofisticados, mas uma vez que o foco fino agora é realizado por meio de foco de contraste, os sensores AF de detecção de fase só precisam fornecer informações direcionais grosseiras para acelere o processo de foco automático do contraste.
Em julho de 2010, a Fujifilm anunciou uma câmera compacta, a F300EXR, que incluía um sistema de foco automático híbrido que consiste em detecção de fase e elementos baseados em contraste. Os sensores que implementam o AF de detecção de fase nesta câmera são integrados ao Super CCD EXR da câmera . Atualmente é usado pela Fujifilm FinePix Series, Fujifilm X100S, Ricoh , Nikon 1 series , Canon EOS 650D / Rebel T4i e Samsung NX300 .
Comparação de sistemas ativos e passivos
Os sistemas ativos normalmente não focalizam através das janelas, uma vez que as ondas sonoras e a luz infravermelha são refletidas pelo vidro. Com sistemas passivos, isso geralmente não será um problema, a menos que a janela esteja manchada. A precisão dos sistemas de foco automático ativo costuma ser consideravelmente menor do que a dos sistemas passivos.
Os sistemas ativos também podem falhar em focar um assunto que está muito perto da câmera (por exemplo, macrofotografia ).
Os sistemas passivos podem não encontrar o foco quando o contraste é baixo, principalmente em grandes superfícies de uma única cor (paredes, céu azul, etc.) ou em condições de pouca luz. Os sistemas passivos dependem de um certo grau de iluminação do assunto (seja natural ou não), enquanto os sistemas ativos podem focar corretamente mesmo na escuridão total, quando necessário. Algumas câmeras e unidades de flash externas têm um modo especial de iluminação de baixo nível (geralmente luz laranja / vermelha) que pode ser ativado durante a operação de foco automático para permitir que a câmera focalize.
Sistema de foco automático ativo via infravermelho - Canon AF35M (1979)
Sistema de foco automático passivo antigo integrado na lente com Pentax ME-F (1981)
Câmera reflex de lente única com foco automático moderno (2014)
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Foco de armadilha
Um método também conhecido como captura de foco , captura de foco ou captura em foco usa o foco automático para tirar uma foto quando um assunto se move para o plano focal (no ponto focal relevante); isso pode ser usado para obter uma foto focada de um objeto em movimento rápido, particularmente em esportes ou fotografia de vida selvagem, ou alternativamente para definir uma "armadilha" para que uma foto possa ser tirada automaticamente sem a presença de uma pessoa. Isso é feito usando AF para detectar, mas não definir o foco - usando o foco manual para definir o foco (ou mudando para manual após o foco ter sido definido), mas usando a prioridade de foco para detectar o foco e disparar o obturador apenas quando um objeto estiver em foco. A técnica funciona escolhendo o ajuste de foco (desligando o AF), configurando o modo de disparo para "Único" (AF-S) ou, mais especificamente, a prioridade de foco e pressionando o obturador - quando o assunto se move para o foco, o AF detecta isso (embora não mude o foco), e uma foto é tirada.
A primeira SLR a implementar o foco de armadilha foi a Yashica 230 AF . O foco de captura também é possível em algumas câmeras Pentax (por exemplo, Kx e K-5), Nikon e Canon EOS . A EOS 1D pode fazer isso usando software em um computador conectado, enquanto câmeras como a EOS 40D e 7D têm uma função personalizada (III-1 e III-4 respectivamente) que pode impedir a câmera de tentar focar após uma falha. Em câmeras EOS sem foco de trap genuíno, um hack chamado "foco quase trap" pode ser usado, que atinge alguns dos efeitos do foco de trap. Usando o firmware personalizado Magic Lantern , algumas DSLRs da Canon podem realizar o foco de trap.
AI Servo
AI Servo é um modo de foco automático encontrado em câmeras Canon SLR. O mesmo princípio é usado por outras marcas, como Nikon , Sony e Pentax , chamado de "foco contínuo" (AF-C). Também conhecido como rastreamento de foco , é usado para rastrear um assunto conforme ele se move ao redor do quadro ou se aproxima e se afasta da câmera. Quando em uso, a lente mantém constantemente seu foco no assunto, portanto, é comumente usada para esportes e fotografia de ação. AI refere-se à inteligência artificial : algoritmos que predizem constantemente onde um assunto está prestes a ser baseado em seus dados de velocidade e aceleração do sensor de foco automático.
Motores de foco
O foco automático moderno é feito por meio de um de dois mecanismos; ou um motor no corpo da câmera e engrenagens na lente ("acionamento de parafuso") ou por meio da transmissão eletrônica da instrução de acionamento por meio de contatos na placa de montagem para um motor na lente. Os motores baseados em lentes podem ser de vários tipos diferentes, mas geralmente são motores ultrassônicos ou motores de passo .
Alguns corpos de câmera, incluindo todos os corpos EOS da Canon e os mais orientados para o orçamento entre os modelos DX da Nikon , não incluem um motor de foco automático e, portanto, não podem fazer o foco automático com lentes que não possuem um motor embutido. Algumas lentes, como os modelos designados pela Pentax 'DA * , embora normalmente usem um motor embutido, podem voltar a funcionar como chave de fenda quando o corpo da câmera não suporta os pinos de contato necessários.
Notas
Veja também
- Polarizador circular , o único polarizador a funcionar com alguns focos automáticos SLR
- Lente de foco fixo
- Lista de lentes compatíveis com Nikon com motor de foco automático integrado
- Substituição de foco manual
- Câmera de campo de luz , uma câmera que permite focar em uma etapa de pós-processamento
Referências
links externos
- demonstração Flash interativa mostrando como o foco automático de detecção de fase funciona.
- demonstração Flash interativa mostrando como o foco automático de detecção de contraste funciona.
- Como as coisas funcionam - foco automático
- Explicação do foco automático Canon EOS DSLR