Wie funktioniert der Autofokus eigentlich?

Autofokus ist eine Funktion moderner Kameras, die selbstverständlich ist. Aber haben Sie schon einmal gefragt, wie es funktioniert? Die Fokussierung eines manuellen Objektivs kann insbesondere für Amateure ein mühsamer und frustrierender Vorgang sein - wie kann dies mit Ihrem Smartphone so einfach sein??

Es stellt sich heraus, dass es tatsächlich mehrere Technologien gibt, die verwendet werden, um einen Autofokus-Effekt zu erzielen. Beginnen wir mit der Erläuterung des Fokus und dann, wie der Computer in Ihrem Telefon diesen manipulieren kann, um ein scharfes Bild zu erhalten.

Wie funktioniert der Fokus?

Das Objektiv in der Kamera Ihres Smartphones 6 Gründe, warum Ihr Smartphone die beste Kamera ist, die Sie besitzen 6 Gründe, warum Ihr Smartphone die beste Kamera ist, die Sie besitzen Möglicherweise ist es keine digitale Spiegelreflexkamera, aber Ihr Smartphone übertrifft beim Fotografieren deutlich sein Gewicht. Wenn Sie das nächste Mal ausgehen, verlassen Sie Ihren alten Punkt und schießen zu Hause ab. Mehr lesen dient demselben Zweck wie das Objektiv in Ihrem Auge: Das auftreffende Licht wird auf einen Sensor projiziert, damit ein Bild aufgenommen werden kann.

Die genaue Krümmung der Linse bestimmt, wie weit der Sensor entfernt sein muss, um ein klares Bild zu erzeugen. Wenn Sie jemals an einem sonnigen Tag mit einer Lupe Holz verbrannt haben, wissen Sie, dass es genau in der richtigen Entfernung gehalten werden muss, um das Licht zu fokussieren.

Dasselbe passiert mit Kameras: Wenn die Entfernung falsch ist, ist das Bild unscharf und daher unscharf. Diese Entfernung wird als Objektiv bezeichnet “Schärfentiefe”.

Zur Vereinfachung ändert der Winkel, in dem das Licht eine Linse trifft, seine Schärfentiefe. Eine flachere Linse fokussiert parallele Lichtstrahlen von einer weit entfernten Quelle, verwischt jedoch das winklige Licht, das von peripheren Objekten kommt. Eine stärker gekrümmte Linse würde das Gegenteil bewirken.

Im folgenden Video wird erläutert, wie Objektive funktionieren, wenn Sie interessiert sind:

Sie können diesen Effekt selbst sehen, indem Sie zwei Daumen hochhalten, einen in der Nähe Ihres Gesichts und den anderen auf Armlänge. Wenn Sie ein Auge schließen, werden Sie feststellen, dass Sie Ihren Fokus zwischen den Daumen verschieben können. Wenn der Ferne klar ist, wird der Nahe verschwommen und umgekehrt.

Im Falle deines Auges, Die Fokusänderung erfolgt durch kleine Muskeln, um die Form der Linse physisch zu verändern. Diese Muskeln werden durch Überbeanspruchung ermüdet, weshalb Sie zu lange Augenschmerzen haben, wenn Sie zu große Objekte in der Nähe betrachten.

Bei Kameras, die starre Kunststoff- oder Glaslinsen verwenden, ist das gesamte Objektiv an einem Motor montiert, der seinen Abstand zum Sensor ändern kann, um den gewünschten Fokus zu erzielen. Objekte mit der richtigen Brennweite sind scharf, während Objekte, die zu nah oder zu weit entfernt sind, unscharf sind.

Die Frage ist, wie die Kamera die richtige Entfernung für das Objektiv kennt?

Methoden des aktiven Autofokus

Die einfachste Methode des Autofokus ist die Verwendung von a Mechanisches System, das die Entfernung zum Motiv des Bildes ermittelt und diese dann verwendet, um den Fokus zu bestimmen.

Das erste von Polaroid 1986 eingereichte Patent verwendete Sonar. Es pulsierte das Ziel mit Ultraschall und benutzte das Echo, um die Entfernung zu bestimmen. Dies funktioniert, kann jedoch beim Schießen durch klare, aber feste Oberflächen wie Glas unglücklich werden. Wenn Sie versuchen, ein Bild aus einem Fenster aufzunehmen, erkennt die Autofokus-Funktion das Echo vom Glas und fokussiert darauf, so dass das Bild dahinter unscharf bleibt.

Modernere Systeme verwenden Licht, insbesondere Infrarotlicht. Sie erzeugen einen IR-Lichtimpuls und messen entweder die zurückreflektierte Menge oder die Zeit, die das Licht für die Rückkehr benötigt, und verwenden diese Informationen, um die Entfernung zu bestimmen. Wenn Sie auf die Kamera Ihres Handys schauen und zwei kleine Dioden daneben sehen, berechnet das Telefon wahrscheinlich den Fokus.

Dieser Ansatz ist einfach und funktioniert relativ gut, hat jedoch Nachteile. Einige Oberflächen absorbieren Infrarotlicht, was zu ungenauen Entfernungsmesswerten führen kann. Darüber hinaus kann jede IR-Quelle (z. B. eine offene Flamme oder ein helles Glühlampenlicht) das zurückkehrende Licht überwältigen und den Autofokus unwirksam machen. Versuchen Sie, diese Szenarien zu vermeiden, wenn Sie mit einer aktiven Autofokuskamera gute Fotos erhalten möchten.

Also, was ist die Alternative??

Methoden des passiven Autofokus

Die Implementierung des passiven Autofokus kann erheblich teurer sein. Daher wird der Autofokus in erster Linie bei Spiegelreflexkameras (digital und analog) gesehen. Der passive Autofokus arbeitet mit einer mathematischen Analyse der Rohbilddaten selbst, um zu bestimmen, ob sie scharf eingestellt ist oder nicht.

Die häufigste Form des passiven Autofokus ist “Kontrasterkennung”, welche tastet einen oder mehrere Pixelstreifen aus der Bildmitte ab und misst den Pixel-zu-Pixel-Kontrast, Anpassen des Objektivs, um zu versuchen, die Konfiguration zu finden, die diesen Kontrast maximiert.

Dies funktioniert, weil unscharfe Bildbereiche von Natur aus weniger Kontrast aufweisen und da diese Methode nicht durch IR-Lichtquellen oder Materialoberflächen verwechselt wird, sie ist robuster als der aktive Autofokus. In gewissem Sinne ist dies der genaueste Weg, um den Fokus zu beurteilen, da er die Schärfe des Bildes direkt misst.

Tatsächlich ist es so effektiv, dass es sogar durch ein Objektiv fokussieren kann, das die Fokaleigenschaften der Kamera ändert - ein Szenario, in dem jeder andere Ansatz versagt. Auf der anderen Seite kann die Kontrasterkennung eine Weile dauern, um einen guten Fokus zu finden (da viele Möglichkeiten getestet werden müssen), und es kann zu Problemen bei kontrastarmen Szenen kommen (wie bei Aufnahmen mit schwachem Licht) Illuminating Guide für das Fotografieren bei schwachem Licht Wenn es bei der Fotografie darum geht, Licht aufzunehmen, wie machen Sie Fotos, wenn das Licht knapp ist? Lesen Sie mehr).

Ein anderer Ansatz für den passiven Autofokus wird genannt “Phasenerkennung”, welche verwendet zwei Mikrolinsen, um einfallende Lichtproben aufzunehmen und auf zwei Sensoren zu projizieren. Durch Analysieren des Unterschieds zwischen diesen Bildern kann die Kamera sehr genau bestimmen, wie parallel die in die Kamera einfallenden Lichtstrahlen sind, und diese Informationen verwenden, um den korrekten Fokus zu erzielen.

Dies ist eine sehr schnelle Methode zum Ermitteln des optischen Fokus, ist jedoch teuer, da zusätzliche Objektive, Spiegel und Sensoren erforderlich sind. Sie werden also eher in High-End- als in Einstiegs-DSLR-Kameras zu sehen sein. Die besten Einsteiger-DSLRs Für neue Fotografen Die besten Einsteiger-Spiegelreflexkameras Für neue Fotografen Wenn Sie Ihre fotografischen Fähigkeiten auf die nächste Stufe bringen möchten, oder wenn Sie jemanden kennen, der das tut, gibt es keinen besseren Weg, als in die Welt der DSLR-Kameras einzusteigen. Weiterlesen . Nicht nur das, es kann auch weniger genau sein als die Kontrasterkennung, insbesondere für komplizierte Motive, deren Komponenten in mehreren Tiefen liegen.

In letzter Zeit haben wir angefangen zu sehen “Hybrid” Passive Autofokus-Systeme tauchen auf, welche Verwenden Sie die Phasenerkennung, um zu einem guten Fokus zu springen, und verwenden Sie dann die Kontrasterkennung, um kleine Verfeinerungen für den bestmöglichen Fokus vorzunehmen. In vielerlei Hinsicht bieten diese Kameras das Beste aus beiden Welten (Geschwindigkeit und Genauigkeit), sind es aber derzeit sehr teuer. Hoffentlich sinken die Kosten in den nächsten Jahren.

Autofokus und du

Dies sind die vier wichtigsten Ansätze für den Autofokus, die heute allgemein verwendet werden. In der Zukunft können wir sehen “Lichtfeldkameras Lytro Lichtfeldkamera: Snap Happy oder Foto-Gimmick? Lytro Light Field Camera: Snap Happy oder Foto-Gimmick? Von einem Mitarbeiter als "die erste große Änderung in der Fotografie seit der Erfindung der Fotografie" beschrieben, ist die Lytro-Lichtfeldkamera sicherlich ein revolutionäres Gerät. Die Kamera schüttelt die Dinge, indem sie einen Großteil der schweren… Mehr lesen ” populärer werden, die Bilder mit jedem möglichen Fokus aufnehmen und den besten auswählen. Bis dahin müssen wir die Einschränkungen der verfügbaren Technologie umgehen.

5 Wie kann man mit einer Smartphone-Kamera Unschärfe vermeiden? 5 Mit einer Smartphone-Kamera Unschärfe vermeiden Ich denke, es ist sicher, dass die meisten Menschen ihre Smartphone-Kameras für selbstverständlich halten, trotz der Sprünge und Schranken, die im Taschenformat entstehen. Technologie übernehmen. Leider produzieren unsere Smartphones viel zu viel verschwommenes Bild aus einer Autofokus-Kamera?

• Das Wichtigste ist zu Halten Sie die Kamera ruhig und stellen Sie sicher, dass der Fokus vollständig konvergiert hat. Dies ist doppelt so hoch, wenn Sie ein kontrast- oder bereichsbasiertes Autofokus-System verwenden, das einige Sekunden benötigt, um den richtigen Fokus zu finden.
• Das müssen Sie auch sicherstellen Ihr Motiv befindet sich am richtigen Autofokuspunkt, In der Regel die Mitte des Suchers aber nicht immer. Davon sind so ziemlich alle Autofokus-Systeme abhängig.
• Endlich musst du Seien Sie sich der verwendeten Technologie bewusst und stellen Sie sicher, dass Ihre Szene gut dazu passt. Versuchen Sie nicht, mit einem aktiven System direkt auf eine helle IR-Lichtquelle zu fokussieren. Wenn Sie ein kontrastbasiertes System verwenden, vermeiden Sie, Fotos zu machen, die einfarbig sind (wie eine leere Wand), und vermeiden Sie, nachts Fotos zu machen.

Abgesehen davon müssen Sie so ziemlich nicht darüber nachdenken. In gewisser Weise ist das irgendwie der Punkt.

Bist du ein Fotograf? Haben Sie Tipps zum Umgang mit dem Autofokus? Was ist deine Lieblingskamera? Lass es mich in den Kommentaren wissen!

Bildnachweise: “Samsung Galaxy S5“, “SLR“, “DSLR“, von Wikimedia

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