Почему способность автофокуса зависит от диафрагмы, а не от количества доступного света?

Question

Во многих руководствах по DSLR можно прочесть что-то вроде:

• Максимальная диафрагма объектива: F / 3,2 - F / 5,6

  Со всеми точками автофокусировки крестообразная автофокусировка чувствительна как к вертикальной, так и к вертикальной горизонтальные линии возможны.

Предполагается, что автофокусировка не будет работать на объективах, выходящих за пределы f / 5.6, поскольку на датчике фокусировки будет недостаточно света, поэтому камеры "услужливо" отключают автофокусировку на слабых объективах . Но почему диафрагма актуальна в первую очередь? Не должно ли руководство вместо этого сказать что-то вроде «нет автофокуса ниже 50 люкс»? Например. Я уверен, что если бы я снимал солнце с объективом f / 32, света было бы более чем достаточно для фокусировки камеры, а также съемка с f / 0,95 в середине пещеры не позволила бы автоматически сфокусироваться.

Answer 1

Не вдаваясь в детали того, как работает «фазовая детекция» автофокуса, нельзя сказать, что это аналог стереоскопического зрения , с которым вы, вероятно, знакомы.

Вы можете судить о расстоянии объекта, который видите, потому что ваши глаза смотрят на него с немного разных точек зрения. Если вы поднимете палец и посмотрите за ним, вы увидите два пальца. Ваши глаза должны повернуться внутрь, чтобы соответствовать изображениям. Чем ближе палец, тем больше будет разделение двух изображений, и тем больше глаза должны повернуться внутрь. Это информация, которую ваш мозг использует для вычисления расстояния до объекта.

Нетрудно заметить, что этот эффект будет сильнее, если глаза будут дальше друг от друга. Таким образом, большее расстояние между глазами позволяет более точно оценить расстояние.

Система автофокуса делает нечто очень похожее, но вместо двух глаз она использует диагонально противоположные края объектива. Например, он может сравнивать вид через крайнюю левую часть объектива с видом через крайнюю правую часть. Два изображения будут смещены, если фокус не точный, так же, как вы видите два пальца, когда смотрите за ним. Чем больше апертура, тем больше расстояние между этими видами, и тем более точным может быть суждение об «расстоянии» (т. Е. Где фокусироваться).

Грубо говоря, углы двух видов, которые использует датчик фокусировки, фиксированы. Таким образом, для каждого датчика фокусировки существует предел диафрагмы, выше которого он не будет работать. Это не имеет ничего общего с количеством света. Если диафрагма слишком мала, вид датчика фокусировки будет закрыт. Он пытается смотреть слишком далеко влево и вправо.

---

Надеюсь, эта иллюстрация прояснит ситуацию:

Слева у нас есть объектив, затем апертура, закрывающая его часть, затем датчик AF. Датчик автофокусировки смотрит в двух разных направлениях, указанных стрелками. Это не смотрит через середину объектива. Если диафрагма слишком мала, она блокирует обзор датчика AF.

Answer 2

Почему способность автофокуса зависит от диафрагмы, а не от количества доступного света?

Поскольку способ автофокусировки с определением фазы зависит от разницы световых лучей из той же области поля зрения, когда они падают на противоположные стороны объектива. Чем шире эффективная апертура объектива (правильнее называть входным зрачком), тем шире могут быть сравниваемые лучи света, которые сравниваются. Чем шире разница между двумя точками, тем лучше могут работать системы автофокусировки с точки зрения точности и скорости. Также помогает больше света, поскольку он увеличивает контраст между более светлыми и темными краями, но только если этот яркий свет достигает линий на матрице датчиков PDAF.

В каждой точке автофокусировки используется пара линий светочувствительных пиксельных лунок, аналогичных тем, которые находятся на датчике камеры. Каждая ячейка пикселя (как правило) больше, чем пиксели основного датчика изображения, и они не фильтруются для дифференциации цвета, как датчик Байера в маске.

Чтобы воспользоваться преимуществами более широкой диафрагмы, пар линейных датчиков для конкретной точки фокусировки в матрице AF или, точнее, микролинз на входе в матрицу датчиков PDAF, которые направляют свет на линии на поверхности датчик PDAF должен находиться дальше друг от друга. Но это делает эти линии не очень полезными, когда объектив с более узким отверстием прикреплен к объективу, потому что тогда свет не достигает этих точек. Некоторые производители камер немного хеджируют свои ставки. Некоторые из точек фокусировки более чувствительны / точны, но хорошо работают только с объективом с большой апертурой. Другие точки фокусировки настроены так, чтобы можно было использовать свет от объективов с более узкими отверстиями. Но эти точки не могут использовать преимущества более широких световых лучей, обеспечиваемых объективом с широкой апертурой.

Это связано с тем, что две линии на массиве фокусировки для каждой точки фокусировки находятся в фиксированном положении. Если они достаточно близки друг к другу, чтобы можно было использовать свет, проходящий через каждую сторону Объективы с узкой диафрагмой f / 8 расположены недостаточно далеко друг от друга, чтобы воспринимать свет, проходящий через край объектива с широкой диафрагмой f / 2.8 или более широкой. Даже если на камере установлен более быстрый объектив, он использует только свет, падающий на части каждой стороны объектива, которые достаточно близко расположены к центру, чтобы этот свет проходил через более узкую диафрагму.

Все точки фокусировки PDAF используют пару линий. Точки фокусировки перекрестного типа используют две пары линий: одну пару для вертикали и отдельную пару для горизонтали. «Точки типа диагонального креста» добавляют две дополнительные пары линий, ориентированные под углом 45 ° к вертикальным и горизонтальным линиям.

Расстояние между этими линиями на матрице датчиков PDAF (в сочетании с тем, как микролинзы на входе матрицы PDAF направляют свет, падающий на различные части передней части основного объектива камеры), определяют, как далеко от центра Оптическая ось объектива отбирается этим набором линий на датчике PDAF. Если две линии для точки автофокусировки отбирают свет из двух противоположных точек на передней части объектива, которые находятся ближе к центру оптической оси объектива, они будут работать при более узких апертурах, но они будут менее чувствительными. Если две линии для точки автофокусировки отбирают свет из двух противоположных точек на передней части объектива, которые находятся дальше от оптической оси объектива, они будут более чувствительными, но они будут работать, только если у объектива достаточно широкий входной зрачок что на эти линии на сенсорной матрице PDAF попадает свет.

Производители камер, особенно Canon, на которые косвенно ссылаются в вашем вопросе, немного хеджируют свои ставки. Это особенно касается систем PDAF, которые имеют очень большое количество точек автофокусировки. Некоторые из точек настроены на образец света, который пропускают более узкие линзы, такие как f / 5.6 или f / 8. Другие точки настроены так, чтобы смотреть дальше к краю на противоположных сторонах объектива. Эти точки получают свет от линзы только в том случае, если входной зрачок достаточно широк, чтобы свет достигал их.

В прошлом Canon стремился сделать каждый набор линий в точках их перекрестного типа чувствительным при разных значениях апертуры. Горизонтально чувствительный набор линий может быть чувствителен к объективам с максимальной диафрагмой f / 5,6 или шире, в то время как вертикально чувствительный набор линий для одной и той же точки автофокусировки может работать только с объективами с диафрагмой f / 4 или более широкой. Чуть позже отсечка для каждой пары в наборе может быть f / 8 и f / 5.6 соответственно. Некоторые из последних моделей высокого класса имеют точки пересечения, в которых оба набора линий для одной точки автофокусировки с перекрестным типом могут использоваться с объективами или комбинациями объектив / удлинитель / телеконвертер, такими же узкими, как f / 8. Усовершенствования в технологии систем автофокусировки позволили выявить меньшие различия при выборке более узких базовых линий, что привело к получению характеристик, которые ранее могли быть получены только из точек автофокусировки с использованием более широкой базовой линии.

Те же самые улучшения также можно использовать для улучшения f / 2.8 точек автофокуса! Canon также стремился (и продолжает делать), чтобы точки диагонального перекрестного типа использовали более широкую базовую линию, для которой требуется объектив с более широкой апертурой, обычно f / 2,8 или шире. Это обеспечивает точную чувствительность этих точек там, где это больше всего необходимо: при использовании объективов с широкой апертурой, которые дают чрезвычайно малую глубину резкости и очень малое поле для ошибки автофокусировки.

Поскольку точки AF «перекрестного типа» на самом деле представляют собой два набора линий, чувствительных друг к другу под углом 90 °, ничто не говорит о том, что вы не можете сделать точку AF перекрестного типа или даже точку AF диагонального перекрестного типа, что будет работать с объективами с диафрагмой, более узкой, чем f / 2.8, f / 4, f / 5.6 и т. д. Просто производители камер, особенно те, на которые ссылается цитата, содержащаяся в приведенном выше вопросе, решили сделать крест диагональной автофокусировкой. указывает их самые чувствительные из них.

Между прочим, та же физика, которая предпочитает автофокусировку с объективами с более широкой диафрагмой, также предпочитает зеркальные камеры с более крупными датчиками. Поскольку зеркало больше, особенно потому, что оно шире и позволяет полупрозрачной части, которая позволяет свету проникать во вторичное зеркало, отражаться вниз в матрицу PDAF, также будет шире в полнокадровой камере, чем в APS-C камеры, базовая линия, используемая для наиболее чувствительных точек фокусировки, также может быть шире.

Чтобы получить более глубокий ответ о том, как работают точки с перекрестным типом, и о том, как для точек f / 2,8 требуются линии, находящиеся дальше друг от друга, см. этот ответ .

Несколько иначе и несколько более детально рассмотрим, как максимальная диафрагма может повлиять на производительность автофокусировки (по сравнению с Как включить Canon AF с телеконвертером? ), см. Два ответа с голосованием на: Будет ли Canon 5D MK II с 100-400 1: 4.5-5.6 правильно работать с конвертером Kenko 1.4?

Answer 3

Автофокусная часть камеры имеет пару линейных датчиков ¹ . Каждый пиксель в линейном датчике имеет перед собой небольшую призму, поэтому он собирает только свет, идущий к датчику под определенным углом:

Когда датчик предназначен для более быстрых объективов, этот угол больше. С достаточно быстрой линзой легче измерять разность фаз.

Глядя на это относительно скорости объектива, мы получаем что-то вроде этого:

В этом случае датчик f / 2.8 пытается реагировать на свет, который должен был быть передан за пределы апертуры. Поскольку диафрагма блокирует такой свет, датчик просто не получает свет, на который он может реагировать.

Датчик, предназначенный для апертуры (линия f / 4), получает свет, поэтому он работает.

Есть несколько пограничных случаев. Линейный датчик - это как раз та линия. Все пиксели в линии принимают свет, проходящий под одним и тем же углом, поэтому они не все получают свет, проходящий через одну и ту же часть линзы. В типичном случае камера будет считывать данные с объектива и отключать любые датчики, для которых требуется большая диафрагма, чем обеспечивает объектив. Однако в случае телеэкстендера камера может получать данные, подходящие для объектива, без экстендера. В этом случае камера может продолжать пытаться использовать датчик, даже если предоставленная апертура меньше, чем она предназначена. В этом случае вы можете получить свет, идущий в датчик, который выглядит следующим образом:

Часть датчика получает свет, а остальные нет. Если чуть больше половины датчика получает свет, у вас все еще есть шанс, что система по-прежнему будет работать, даже если ваша апертура меньше, чем она предназначена. Тем не менее, ему может быть трудно найти совпадающие части изображения, пока он не сфокусируется на почти , так что гораздо вероятнее "охотиться" и может просто "сдаться", даже в тех случаях, когда там достаточно света и контраста, чтобы он мог быстро и точно сфокусироваться.

---

1. Да, есть скрещенные датчики и тому подобное, но в основном это просто больше линейных датчиков.

Answer 4

Вот диаграмма фазы обнаружения автофокуса

Когда изображение сфокусировано, (2) два световых карандаша уходят в одно и то же место. Когда это не в фокусе, они идут в разные места (1, 3 или 4). Эти два имеют разницу между ними, закодированными в луче, например делая один немного вертикально эллиптическим, а другой горизонтально эллиптическим.

Расстояние между ними является косвенной мерой того, насколько сфокусировано изображение. Чувствительность и, следовательно, способность определять, находится ли изображение в фокусе или нет, зависит от того, насколько быстро они отделяются.

Из треугольной геометрии вещей видно, что чувствительность лучше всего, когда угол между двумя карандашами самый большой.

Автофокус с обнаружением контраста работает по-другому и вместо этого принимает решение на основе резкости изображения; аналогично, когда изображение везде одинаково четкое (маленькая апертура, большая глубина резкости), системе сложно определить, где находится лучший фокус.

Answer 5

В большинстве случаев, очевидно, не пытаясь сфотографировать солнце или темную пещеру, диафрагма, выбранная на объективе, является приблизительным приближением доступного света. Очевидно, что чем меньше апертура, тем меньше света попадает на датчик. Очевидно, опять же, чем меньше света на датчике, тем меньше доступных данных для автофокусировки с определением фазы, чтобы использовать ее для определения и фиксации правильной фокусировки.

Не должно ли руководство вместо этого сказать что-то вроде "нет автофокуса ниже 50 Lux "

Какой метод вы используете и используете для измерения люкса или яркости или, что еще лучше, канделы на квадратный метр? Разве это не термин, который большинство пользователей зеркальных фотоаппаратов с трудом понимают и не имеют или почти не используют? Предлагаете ли вы, чтобы после покупки зеркальной фотокамеры и объектива с автофокусировкой нам также пришлось приобрести экспонометр?

Я полагаю, что утверждение в руководстве является попыткой кратко и быстро объяснить очень сложную тему. После того, как большинство из нас какое-то время используют камеры и объективы с автофокусировкой, из объяснения, сделанного вручную, мы понимаем, что, как правило, при уменьшении освещенности вероятность блокировки автофокуса также уменьшается.