Autofocalizarea

Autofocalizarea

Introducere

Punerea la punct (a claritatii) este definita ca operatiunea prin care centrul optic al unei lentile sau al unui obiectiv se apropie sau se indeparteaza de planul de proiectie (de film sau de captatorul digital), in scopul obtinerii unei imagini clare a subiectului de fotografiat.

Punerea la punct mai este numita focalizare si poate fi realizata manual sau automat. Punerea la punct se realizeaza, din punct de vedere optic, prin doua metode:

a) translatia sau insurubarea pe un filet a intregului obiectiv, spre inainte, adica indepartarea centrului optic de planul de proiectie al imaginii, pentru subiecte apropiate, respectiv spre inapoi pentru cele indepartate; rotirea obiectivului complica utilizarea filtrelor de polarizare si a celor in degrade.
b) prin deplasarea doar a unui grup de lentile din structura obiectivului; deplasarea unui grup de lentile modifica distanta focala a ansamblului optic; daca grupul de lentile desemnat cu punerea la punct se afla in interiorul ansamblului optic, metoda de focalizare se numeste "interna"; focalizarea interna nu afecteaza lentila frontala, care nu se roteste in timpul focalizarii; lentila frontala fixa in timpul focalizarii permite utilizarea comoda a filtrelor de polarizare si a celor in degrade.

Autofocalizarea (AF) reprezinta capacitatea unor sisteme optico-electronice de a realiza si de a mentine in mod automat punerea la punct asupra unui subiect determinat. Autofocalizarea se realizeaza printr-u 23423q1618x n lant de subansambluri care include cel putin urmatoarele componente:

a)un receptor de semnal, sub forma unuia sau a mai multor puncte de focalizare;
b)un procesor al semnalului receptionat, care emite comenzile necesare pentru ajustarea punerii la punct;
c)un micromotor care executa comenzile procesorului si deplaseaza obiectivul sau doar un grup de lentile din obiectiv.

Punerea la punct in mod automat este in general mai rapida si mai precisa decat cea manuala. Camerele fotografice de consum ajusteaza planul de claritate cu ajutorul unui singur punct de autofocalizare; in schimb, camerele moderne, mai evoluate, utilizeaza mai multe puncte, de exemplu, Canon EOS 350 D dispune de 7 puncte de autofocalizare, iar modelul Canon EOS 3 are nu mai putin decat 45 senzori.

Metode de autofocalizare
Autofocalizarea se realizeaza, principial, prin doua metode: activa si pasiva.

Metoda activa isi ia numele dupa faptul ca aparatul fotografic emite un fascicul de unde (ultrasunete, radiatie luminoasa in spectrul vizibil sau infrarosu). Radiatia ultrasonica emisa de un subansamblu de pe camera, este reflectata de subiect inapoi catre aparat, care o receptioneaza. Apoi, prodesorul camerei foto determina diferenta de timp dintre momentul emisiei si cel al receptiei, in baza careia se calculeaza distanta. In cazul radiatiei infrarosii, camera fotografica poseda doua surse de emisie si se foloseste principiul triangulatiei. Informatia de distanta este apoi transmisa unui mcromotor care deplaseaza blocul optic sau doar un grup de lentile din blocul optic, pentru punerea la punct.

Sistemul pasiv de focalizare utilizeaza lumina din mediul inconjurator, reflectata pasiv de subiect si deci aparatul fotografic nu emite nici un fel de radiatii. Exista modele de camere foto care emit un scurt flux luminos in conditii de lumina putina, dar principiul de functionare ramane acelasi.

Sistemul pasiv de focalizare se bazeaza pe una dintre cele doua tehnologii: detectarea contrastului de faza sau detectia microcontrastului.

Tehnologia detectiei contrastului de faza implica duplicarea imaginii printr-un sistem de lentile si oglinzi semitransparente si comparatia intre ele, cu ajutorul unor serii de fotocelule. Intre cele doua imagini exista un anumit decalaj, in cazul focalizarii corecte.

Daca decalajul este mai mic decat cel aflat in memoria subsistemului, inseamna ca planul actual de focalizare este situat prea aproape in comparatie cu subiectul ales. Invers, daca decalajul dintre cele doua imagini este mai mare decat cel prescris, atunci planul actual de focalizare este localizat dincolo de subiect. Avind in vedere aceasta situatie si tinind cont de amploarea nepotrivirii dintre cele doua imagini, procesorul subsistemului de autofocalizare determina foarte rapid atat sensul necesar de deplasare al blocului optic de focalizare, cat si distanta pe care acesta trebuie deplasat.

Tehnologia de detectie a microcontrastului analizeaza variatia semnalului emis de o regleta de fotodiode, sub influenta unei portiuni din imagine. Procesorul de autofocalizare calculeaza variatia amplitudinii semnalului dintre doua fotoelemente invecinate. O variatie mica de semnal denota defocalizare. Procesorul comanda deplasarea blocului de focalizare al obiectivului si analizeaza modul in care variaza contrastul pe regleta de fotodiode. Se memoreaza pozitia ce corespunde unui contrast maxim intre doua fotoelemente invecinate.

Comparatie intre cele doua sisteme de focalizare

Autofocalizarea predictiva

Camerele fotografice dotate cu autofocalizare poseda o anumita latenta intre momentul calcularii punerii la punct si momentul in care se efectueaza expunerea. In aceasta fractiune de timp, subiectul in miscare se va deplasa in afara planului de focalizare anterior calculat iar imaginea poate iesi neclara datorita erorii de paralaxa de timp.

Evolutia continua a principiilor de autofocalizare ca si ale tehnologiilor, a permis un nou pas inainte in determinarea focalizarii, cu accent asupra punerii la punct asupra subiectelor in miscare.

Canon si Nikon au dezvoltat sisteme proprii de autofocalizare, capabile sa evalueze planul actual in care se afla subiectul, sa estimeze viteza de miscare al subiectului in raport cu aparatul si sa prezica planul in care va fi localizat acesta in momenul deschiderii obturatorului si sa ajusteze punerea la punct in consecinta.

Avatarurile autofocalizarii
In mod ideal, autofocalizarea trebuie sa fie rapida si precisa. In practica insa, se intalnesc o serie de imprejurari in care autofocalizarea este mai greoaie sau chiar esueaza. Iata cateva dintre acestea:

a) Luminozitatea obiectivului: cu cat un obiectiv este mai luminos, cu atat semnalul electric furnizat de bareta de fotoelemente este mai mare si deci setul de operatiuni implicat de punerea la punct este executat mai rapid; o mentiune speciala pentru obiectivele zoom: majoritatea au luminozitate variabila, mai mica la capatul tele, asa incat este normal ca punerea la punct la focalele lungi sa se desfasoare mai greoi.

b) Majoritatea obiectivelor zoom sufera o usoara modificare a distantei focale in timpul punerii la punct. Daca, dupa autofocalizare se modifica distanta focala a obiectivului prin actionarea inelului de zoom, exista riscul de a pierde punerea la punct.

c) Incercarea de autofocalizare la focale lungi, cu aparatul in mana poate esua din cauza micilor tremuraturi ale mainilor fotografului. Miscarea continua a imaginii se traduce in semnale aleatorii pe care modulul de focalizare le furnizeaza procesorului.

d) Luminozitatea subiectului - subeictul care reflecta lumina putina, va determina o imagine intunecoasa, iar semnalul generat la nivelul baretei de fotolemente este slab; exista o valoare minima, sub care autofocalizarea nu mai este posibila, datorita semnalului insuficient.

e) Microcontrastul subiectului - subiectele cu suprafata lipsita de detalii nu genereaza diferente semnificative de semnal intre doua celule invecinate ale baretei de fotoelemente iar autofocalizarea esueaza. Exemple clasice: incercarea de autofocalizare pe cerul senin sau pe un perete fara detalii.

f) O imprejurare particulara este intalnita in cazul in care se incearca focalizarea pe subiecte fara contrast pe directia orizontala, de exemplu pe firele electrice. Subiectul are microcontrast suficient dar daca firul pe care se doreste punerea la punct este paralel cu bareta de fotoelemente ale modului de focalizare, nu se realizeaza autofocalizarea. Remediul? Rotirea camerei cu 90 grade face imaginea firului electric sa cada perpendicular pe bareta de fotoelemente. Unii producatori au mers un pas mai departe si au prevazut, in zona centrala a imaginii doua barete de fotolemente, perpendiculare intre ele si care permit autofocalizarea indiferent de orientarea liniilor de microcontrast ale subiectului.

g) Scenele complexe, cu subiecte multiple, aflate in planuri diferite, conduc la punerea la punct automata pe subiectul cel mai apropiat, ceea ce nu este intotdeauna si in intentia fotografului. Solutia: renuntarea la autofocalizarea multipunct si determinarea punerii la punct prin utilizarea doar a senzorului central, care va fi suprapus pe subiectul de interes. Dupa ce camera a efectuat autofocalizarea si a memorat valoarea, se reincadreaza subiectul.

h) Utilizarea de filtre de polarizare liniare determina efectul asteptat: lumina ce le traverseaza oscileaza intr-un anumit plan de vibratie, plan care poate sa nu fie compatibil cu numeroasele suprafete reflective aflate pe drumul optic al subansamblului de autofocalizare. In aceasta situatie exista doua posibilitati: fie se renunta la autofocalizare, fie se utilizeaza un filtru de polarizare circulara.

Autofocalizarea la Canon EOS 350D

Subsistemul de autofocalizare al camerei foto digitale Canon 350D se bazeaza pe informatia furnizata de 7 puncte de focalizare, dispuse pe orizontala (cinci) si verticala (trei). Punctul central de focalizare este format din doua riglete de fotodiode: una dispusa pe orizontala si una pe verticala ("in cruce"), in asa fel incat sa poata evalua punerea la punct rapid si precis pentru majoritatea situatiilor.
In teorie, focalizarea manuala se realizeaza prin comutarea obiectivului montat pe aparat pe pozitia MF (Manual Focus) si rotirea inelului de focalizare al obiectivului pana cand in vizor se obtine imaginea cea mai clara. In practica insa, lucurile sunt ceva mai complicate.
Un prim aspect este determinat de necesitatea ca aparatul sa extraga parti din fasciculul luminos care traverseaza obiectivul, pentru a realiza automatismele expunerii. Atat la nivelul oglinzii cat si la cel al pentaprismei, procentaje importante din fluxul incident sunt extrase pentru a evalua autofocalizarea si autoexpunerea. Asa se face ca doar jumatate din lumina incidenta traverseaza ocularul!

Un al doilea aspect este de ordin economic. Pentru a scadea pretul de productie al aparatului, s-a renuntat la utilizarea unui geam mat de punere la punct cu prisme incrucisate sau cu microprisme (mai scumpe).

In procesul de punere la punct manuala, Canon EOS 350D pastreaza functia de evaluare a focalizarii. In momentul in care focalizarea este corecta la nivelul oricauia dintre cele sapte puncte AF, aparatul semnaleaza acest eveniment prin aprinderea scurta a LED-ului corespunzator din vizor.

In modurile automate de functionare, Canon EOS 350D realizeaza autofocalizarea pe parcursul semi-cursei superioare a butonului declansator. Procesorul camerei evalueaza subiectele din scena fotografiata si determina pozitia subiectului principal asupra cauia efectueaza autofocalizarea. Apoi semnalizeaza fotografului acest eveniment, in vizor, atat prin aprinderea indicatorului de focalizare corecta, cat si printr-o scurta aprindere a LED-ului corespunzator punctului unde aceasta s-a calculat.

Ca majoritatea aparatelor foto digitale din clasa sa, Canon EOS 350D nu dispune decat de un singur senzor AF in cruce, localizat in centrul vizorului. Senzorul in cruce usureaza autofocalizarea in cazul subiectelor cu microcontrast orientat predominent intr-o directie.
Asa cum aratam si mai sus, viteza de focalizare nu depinde doar de performantele procesorului camerei fotografice. Atat luminozitatea obiectivului cat si stralucirea subiectului au contributii la fel de importante. In aceste imprejurari utilizatorul poate opta pentru "imbunatatirea" iluminarii printr-o salva de descarcari atenuate ale blitzului incorporat sau extern (functia personalizata CF 5).

Deseori fotograful se confrunta cu scene complexe, cu subiecte aflate in diferite planuri. Utilizatorul poate adapta modul de autofocalizare prin selectarea manuala a senzorului ce va fi folosit pentru punera la punct. Selectia punctului de focalizare asigura un control mai bun al acestei functii, in conformitate cu intentia fotografului. Pentru a selecta punctul dorit, aparatul dispune de un buton dedicat; dupa apasarea butonului, prin rotirea rotitei selectoare de langa butonul declansator permite alegerea oricarui punct dintre cele sapte disponibile. Punctul activ va fi afisat atat in vizor, prin aprinderea LED-ului rosu corespunzator dar si pe LCD-ul de stare. Prin modificarea functiei personalizate CF 1, modalitatea de acces la aceasta selectie poate fi schimbata.

Cu exceptia punctului central de focalizare, selectarea oricaruia dintre celelalte puncte AF poate produce intarzieri in anumite situatii. Deoarece rigletele de fotodiode AF sunt orientate doar pe o singura directie, acestea determina mai bine distanta necesara pe subiectele cu microcontrast orientat perpendicular pe directia rigletelor. Din fericire, majoritatea subiectelor fotografiate poseda microcontrast pe orizontala iar incadrarea subiectului in modul "peisaj" rezolva rapid problema autofocalizarii. In situatiile in care microcontrastul este orientat vertical, rotirea camerei in pozitie "portret" duce la o focalizare mai sigura si mai rapida.

La Canon EOS 350D autofocalizarea poate functiona in trei moduri: autofocalizare unica (One-Shot), autofocalizare continua (AI-Servo) si un mod mixt (AI-Focus).

1. Autofocalizarea unica (One-Shot)
Autofocalizarea unica este metoda cea mai simpla, aproape "clasica" pentru toate aparatele fotografice dotate focalizare automata. De indata ce subiectul este identificat, procesorul camerei trimite semnalele necesare pentru deplasarea grupului de lentile IF in pozitia adecvata. Totodata, in vizor se aprinde pentru scurt timp LED-ul rosu corespunzator dar si martorul verde AF (ultimul ramane aprins pana la declansare).

In cazul utilizarii autofocalizarii unice, declansarea este posibila numai dupa ce s-a realizat focalizarea. In anumite cazuri, cum ar fi suprafete mari, uniforme, cerul senin, etc., focalizarea nu poate fi realizata si deci nici declansarea. In aceste imprejurari este recomandata focalizarea pe un subiect aflat la o distanta aproximativ egala cu cea la care este localizat subiectul principal si reincadrarea. De asemenea, utilizatorul poate recurge la selectia manuala a punctului de focalizare. Utilizarea secventei incadrare - AF - reincadrare poate fi "rafinata" prin selectarea punctului de focalizare central, care este creditat ca fiind cel mai rapid si precis.

Autofocalizarea unica este recomandata la fotografierea de peisaj, de portret si in general, in imprejurarile in care subiectul principal este imobil.

Autofocalizarea unica nu este recomandata in cazul subiectelor mobile, deoarece punerea la punct este determinata si memorata in momentul in care butonul declansatorului se afla la jumatatea cursei. Din acest moment, pana la declansare, se scurge un anumit timp (cursa butonului declansator, ridicarea oglinzii, etc), interval in care subiectul poate parasi planul de focalizare determinat initial, iar fotografia iese neclara.

2. Autofocalizarea AI-Servo
Autofocalizarea AI-Servo incepe imediat ce butonul declansator a parcurs jumatate din cursa si este permanent actualizata, pana la declansarea obturatorului.

Utilizarea acestei modalitati de autofocalizare este utila mai ales in doua genuri fotografice frecvent folosite: fotografia de sport si fotografia copiilor. In ambele imprejurari subiectul este foarte mobil si face schimbari bruste ale vectorului de deplasare in raport cu camera fotografica. Timpul foarte scurt de re-actualizare a focalizarii, asigura imagini clare in marea majoritate a situatiilor.

3. Autofocalizarea AI-Focus
Modul de focalizare AI-Focus este o sinteza intre precedentele doua: initial se determina si adapteaza focalizarea dupa modalitatea One-Shot, dar subiectul este permanent monitorizat.

Orice schimbare a distantei dintre subiect si aparat duce la comutarea imediata in modul AI-Servo si refacerea focalizarii.

Calin-Stefan Ragalie
martie 2006
© Fotomagazin.ro