Enfoque automático - Autofocus

Autoenfoque
Varios puntos / áreas de enfoque verdes que indican dónde se ha bloqueado el enfoque automático
Un punto de enfoque verde seleccionado con autofoco puntual

Un sistema óptico de enfoque automático (o AF ) utiliza un sensor , un sistema de control y un motor para enfocar un punto o área seleccionados automática o manualmente. Un telémetro electrónico tiene una pantalla en lugar del motor; el ajuste del sistema óptico debe realizarse manualmente hasta la indicación. Los métodos de enfoque automático se distinguen por su tipo como variantes activas , pasivas o híbridas.

Los sistemas de enfoque automático se basan en uno o más sensores para determinar el enfoque correcto. Algunos sistemas AF se basan en un solo sensor, mientras que otros utilizan una serie de sensores. La mayoría de las cámaras SLR modernas utilizan sensores ópticos a través de la lente , con una matriz de sensores separada que proporciona medición de luz , aunque esta última se puede programar para priorizar su medición en la misma área que uno o más de los sensores AF.

El enfoque automático óptico a través de la lente es ahora a menudo más rápido y más preciso que lo que se puede lograr manualmente con un visor normal, aunque se puede lograr un enfoque manual más preciso con accesorios especiales como lupas de enfoque. La precisión del enfoque automático dentro de 1/3 de la profundidad de campo (DOF) en la apertura más amplia del objetivo es común en las cámaras SLR AF profesionales.

La mayoría de las cámaras AF multisensor permiten la selección manual del sensor activo y muchas ofrecen la selección automática del sensor mediante algoritmos que intentan discernir la ubicación del sujeto. Algunas cámaras AF pueden detectar si el sujeto se acerca o se aleja de la cámara, incluidos los datos de velocidad y aceleración, y mantienen el enfoque en el sujeto, una función que se utiliza principalmente en deportes y otras fotografías de acción; en las cámaras Canon esto se conoce como servo AI , mientras que en las cámaras Nikon se conoce como "enfoque continuo".

Los datos recopilados de los sensores AF se utilizan para controlar un sistema electromecánico que ajusta el enfoque del sistema óptico. Una variación del enfoque automático es un telémetro electrónico , un sistema en el que se proporcionan datos de enfoque al operador, pero el ajuste del sistema óptico aún se realiza manualmente.

La velocidad del sistema AF depende en gran medida de la apertura más amplia que ofrece el objetivo a la distancia focal actual. F-stops de alrededor de f / 2 af /2.8 generalmente se consideran óptimos en términos de velocidad y precisión de enfoque. Faster lentes que esto (por ejemplo: f /1.4 o f /1.8) típicamente tienen muy baja profundidad de campo, lo que significa que se necesita más tiempo para lograr un enfoque correcto, a pesar del aumento de la cantidad de luz.

La mayoría de los sistemas de cámaras de consumo solo se enfocarán automáticamente de manera confiable con lentes que tengan una apertura más amplia de al menos f /5.6, mientras que los modelos profesionales a menudo pueden hacer frente a lentes que tienen una apertura más amplia de f / 8, lo cual es particularmente útil para lentes que se usan junto con teleconvertidores .

Historia

Entre 1960 y 1973, Leitz (Leica) patentó una serie de autofocus y las correspondientes tecnologías de sensores. En photokina 1976 , Leica había presentado una cámara basada en su desarrollo anterior, llamada Correfot, y en 1978 mostraron una cámara SLR con autofoco totalmente operativo.

La primera cámara con enfoque automático producida en serie fue la Konica C35 AF , un modelo simple de apuntar y disparar lanzado en 1977. La Polaroid SX-70 Sonar OneStep fue la primera cámara réflex de lente única con enfoque automático , lanzada en 1978.

La Pentax ME-F , que utilizaba sensores de enfoque en el cuerpo de la cámara junto con una lente motorizada , se convirtió en la primera SLR de 35 mm con autofocus en 1981.

En 1983, Nikon lanzó la F3AF , su primera cámara con enfoque automático, que se basó en un concepto similar al de la ME-F.

La Minolta 7000 , lanzada en 1985, fue la primera SLR con un sistema de enfoque automático integrado, lo que significa que tanto los sensores AF como el motor de accionamiento estaban alojados en el cuerpo de la cámara, así como un enrollador de avance de película integrado, que se convertiría en la configuración estándar. para las cámaras SLR de este fabricante, y también Nikon abandonó su sistema F3AF e integró el motor de enfoque automático y los sensores en el cuerpo.

Canon decidió descontinuar su montura FD bajonett y cambió a la montura EF completamente electrónica con lentes motorizados en 1987.

Pentax fue el primero en introducir la medición de la distancia de enfoque para las cámaras SLR con los objetivos de las series FA y FA * a partir de 1991. Los primeros objetivos Pentax con montura K AF con AF se introdujeron en 1989.

En 1992, Nikon cambió de nuevo a motores integrados de lentes con su gama de lentes AF-I y AF-S; hoy en día, sus DSLR de nivel de entrada no tienen un motor de enfoque en el cuerpo debido a la disponibilidad de motores en todas las lentes AF de nuevo desarrollo .

Activo

Los sistemas AF activos miden la distancia al sujeto independientemente del sistema óptico y, posteriormente, ajustan el sistema óptico para un enfoque correcto.

Hay varias formas de medir la distancia, incluidas las ondas de sonido ultrasónicas y la luz infrarroja . En el primer caso, las ondas sonoras se emiten desde la cámara y, midiendo el retraso en su reflexión, se calcula la distancia al sujeto. Las cámaras Polaroid , incluidas las Spectra y SX-70, eran conocidas por aplicar con éxito este sistema. En este último caso, se suele utilizar luz infrarroja para triangular la distancia al sujeto. Las cámaras compactas, incluidas la Nikon 35TiQD y 28TiQD, la Canon AF35M y la Contax T2 y T3 , así como las primeras cámaras de video, utilizaban este sistema. Un enfoque más nuevo incluido en algunos dispositivos electrónicos de consumo, como los teléfonos móviles, se basa en el principio de tiempo de vuelo , que implica dirigir un láser o una luz LED al sujeto y calcular la distancia en función del tiempo que tarda la luz en iluminarse. viajar al sujeto y volver. Esta técnica a veces se denomina autoenfoque láser y está presente en muchos modelos de teléfonos móviles de varios proveedores. También está presente en dispositivos industriales y médicos.

Una excepción al enfoque de dos pasos es el enfoque automático mecánico proporcionado en algunas ampliadoras, que ajustan la lente directamente.

Pasivo

Los sistemas AF pasivos determinan el enfoque correcto realizando un análisis pasivo de la imagen que ingresa al sistema óptico. Por lo general, no dirigen ninguna energía, como el sonido ultrasónico o las ondas de luz infrarroja, hacia el sujeto. (Sin embargo, se requiere un rayo de asistencia de enfoque automático de luz normalmente infrarroja cuando no hay suficiente luz para tomar medidas pasivas). El enfoque automático pasivo se puede lograr mediante detección de fase o medición de contraste.

Detección de fase

Detección de fase: en cada figura (no a escala), el área dentro del círculo púrpura representa el objeto que se va a enfocar, las líneas rojas y verdes representan los rayos de luz que pasan a través de las aberturas en los lados opuestos de la lente, el rectángulo amarillo representa el sensor matrices (una para cada apertura), y el gráfico representa el perfil de intensidad visto por cada matriz de sensores. Las figuras 1 a 4 representan condiciones en las que la lente está enfocada (1) demasiado cerca, (2) correctamente, (3) demasiado lejos y (4) demasiado lejos. La diferencia de fase entre los dos perfiles se puede utilizar para determinar en qué dirección y cuánto mover la lente para lograr un enfoque óptimo.

La detección de fase (PD) se logra dividiendo la luz entrante en pares de imágenes y comparándolas. La detección de fase pasiva de registro de imagen secundaria a través de la lente (TTL SIR) se usa a menudo en películas y cámaras SLR digitales . El sistema utiliza un divisor de haz (implementado como una pequeña área semitransparente del espejo réflex principal, junto con un pequeño espejo secundario) para dirigir la luz a un sensor AF en la parte inferior de la cámara. Dos microlentes capturan los rayos de luz que provienen de los lados opuestos de la lente y los desvían al sensor AF, creando un telémetro simple con una base dentro del diámetro de la lente. Luego, las dos imágenes se analizan en busca de patrones de intensidad de luz similares (picos y valles) y se calcula el error de separación para determinar si el objeto está en la posición de enfoque frontal o posterior . Esto da la dirección y una estimación de la cantidad requerida de movimiento del anillo de enfoque.

PD AF en un modo de enfoque continuo (por ejemplo, "AI Servo" para Canon , "AF-C" para Nikon , Pentax y Sony ) es un proceso de control de circuito cerrado . Se cree que el PD AF en un modo de bloqueo de enfoque (por ejemplo, "One-Shot" para Canon , "AF-S" para Nikon y Sony ) es un proceso de control de bucle abierto de "una medición, un movimiento" , pero el enfoque es confirmado solo cuando el sensor AF detecta un sujeto enfocado. Las únicas diferencias aparentes entre los dos modos son que un modo de bloqueo de enfoque se detiene al confirmar el enfoque, y un modo de enfoque continuo tiene elementos predictivos para trabajar con objetivos en movimiento, lo que sugiere que son el mismo proceso de ciclo cerrado.

Aunque los sensores AF son típicamente tiras fotosensibles unidimensionales (solo unos pocos píxeles de alto y unas pocas docenas de ancho), algunas cámaras modernas ( Canon EOS-1V , Canon EOS-1D , Nikon D2X ) cuentan con sensores SIR de área TTL que son de forma rectangular y proporcionar patrones de intensidad bidimensionales para un análisis de grano más fino. Los puntos de enfoque de tipo cruzado tienen un par de sensores orientados a 90 ° entre sí, aunque un sensor normalmente requiere una apertura mayor para funcionar que el otro.

Algunas cámaras ( Minolta 7 , Canon EOS-1V , 1D , 30D / 40D , Pentax K-1 , Sony DSLR-A700 , DSLR-A850 , DSLR-A900 ) también tienen algunos puntos de enfoque de "alta precisión" con un conjunto adicional de prismas y sensores; solo están activos con " lentes rápidos " con ciertas aperturas geométricas (típicamente número f 2.8 y más rápido). La precisión ampliada proviene de la base de medición efectiva más amplia del "telémetro".

Sistema de detección de fase: 7 - Sistema óptico para detección de enfoque; 8 - Sensor de imagen; 30 - Plano de proximidad de la pupila de salida del sistema óptico para fotografía; 31, 32 - Par de regiones; 70 - Ventana; 71 - Máscara de campo visual; 72 - Lente de condensador; 73, 74 - Par de aberturas; 75 - Máscara de apertura; 76, 77 - Par de lentes reconvergentes; 80, 81 - Par de secciones de recepción de luz

Detección de contraste

El enfoque automático de detección de contraste se logra midiendo el contraste (visión) dentro de un campo sensor a través de la lente . La diferencia de intensidad entre los píxeles adyacentes del sensor aumenta naturalmente con el enfoque correcto de la imagen. De este modo, el sistema óptico se puede ajustar hasta que se detecta el máximo contraste. En este método, AF no implica en absoluto la medición de la distancia real. Esto crea desafíos importantes al rastrear sujetos en movimiento , ya que una pérdida de contraste no indica la dirección del movimiento hacia o lejos de la cámara.

El enfoque automático con detección de contraste es un método común en las cámaras digitales que carecen de obturadores y espejos réflex. La mayoría de las DSLR utilizan este método (o un híbrido de enfoque automático de contraste y detección de fase) cuando enfocan en sus modos de visualización en vivo . Una excepción notable son las cámaras digitales Canon con Dual Pixel CMOS AF. Las cámaras sin espejo de lentes intercambiables generalmente usaban autoenfoque de medición de contraste, aunque la detección de fase se ha convertido en la norma en la mayoría de las cámaras sin espejo, lo que les brinda un rendimiento de seguimiento de AF significativamente mejor en comparación con la detección de contraste.

La detección de contraste impone diferentes restricciones al diseño de la lente en comparación con la detección de fase. Si bien la detección de fase requiere que la lente mueva su punto de enfoque rápida y directamente a una nueva posición, el enfoque automático de detección de contraste emplea lentes que pueden barrer rápidamente a través del rango focal, deteniéndose precisamente en el punto donde se detecta el contraste máximo. Esto significa que los objetivos diseñados para la detección de fase a menudo funcionan mal en cuerpos de cámara que utilizan la detección de contraste.

Lámpara de asistencia

La luz de asistencia (también conocida como iluminador AF) "activa" los sistemas de enfoque automático pasivo en situaciones de poca luz y bajo contraste en algunas cámaras. La lámpara proyecta luz visible o IR sobre el sujeto, que utiliza el sistema de enfoque automático de la cámara para lograr el enfoque.

Muchas cámaras y casi todos los teléfonos móviles con cámara , que no tienen una lámpara de asistencia de enfoque automático dedicada, utilizan su flash incorporado, iluminando al sujeto con ráfagas de luz estroboscópicas. Las ráfagas estroboscópicas ayudan al sistema de enfoque automático de la misma manera que una luz de asistencia dedicada, pero tienen la desventaja de sorprender o molestar a los sujetos vivos.

Otra desventaja es que si la cámara utiliza el asistente de enfoque con flash y está configurada en un modo de funcionamiento que anula el flash, también puede desactivar el asistente de enfoque y el enfoque automático puede no captar el sujeto. A veces se utiliza un destello estroboscópico similar para reducir el efecto de ojos rojos , pero este método solo está destinado a contraer las pupilas de los ojos del sujeto antes de que se tome la fotografía real y, por lo tanto, reducir los reflejos de la retina.

En algunos casos, las pistolas de flash externas tienen lámparas de asistencia de enfoque automático integradas que reemplazan el flash estroboscópico de la cámara. Otra forma de ayudar a los sistemas AF basados ​​en contraste en condiciones de poca luz es emitir un patrón láser sobre el sujeto. El método láser se llama comercialmente Hologram AF Laser y se utilizó en las cámaras Sony CyberShot alrededor del año 2003, incluidos los modelos Sony F707, F717 y F828 .

Enfoque automático híbrido

En un sistema de enfoque automático híbrido, el enfoque se logra combinando dos o más métodos, como:

  • Métodos activos y pasivos
  • Detección de fase y medición de contraste

El doble esfuerzo se usa típicamente para compensar mutuamente las debilidades intrínsecas de los diversos métodos con el fin de aumentar la confiabilidad y precisión generales o para acelerar la función AF.

Un raro ejemplo de un sistema híbrido temprano es la combinación de un sistema de autoenfoque ultrasónico o IR activo con un sistema de detección de fase pasivo. Un sistema infrarrojo o ultrasónico basado en la reflexión funcionará independientemente de las condiciones de luz, pero puede ser engañado fácilmente por obstáculos como vidrios de ventana, y la precisión generalmente se restringe a un número bastante limitado de pasos. El autofoco por detección de fase "ve" a través de los cristales de las ventanas sin problemas y es mucho más preciso, pero no funciona en condiciones de poca luz o en superficies sin contrastes o con patrones repetidos.

Un ejemplo muy común de uso combinado es el sistema de enfoque automático con detección de fase utilizado en las cámaras réflex de un solo objetivo desde la década de 1985. El enfoque automático de detección de fase pasiva necesita algo de contraste para trabajar, lo que dificulta su uso en escenarios con poca luz o en superficies uniformes. Un iluminador AF iluminará la escena y proyectará patrones de contraste en superficies uniformes, de modo que el enfoque automático por detección de fase también pueda funcionar en estas condiciones.

Una forma más nueva de un sistema híbrido es la combinación de autoenfoque de detección de fase pasiva y autoenfoque de contraste pasivo, a veces asistido por métodos activos, ya que ambos métodos necesitan algún contraste visible para trabajar. En sus condiciones operativas, el enfoque automático por detección de fase es muy rápido, ya que el método de medición proporciona tanto información, la cantidad de compensación y la dirección, de modo que el motor de enfoque puede mover la lente directamente hacia (o cerca) del enfoque sin más mediciones. Sin embargo, las mediciones adicionales sobre la marcha pueden mejorar la precisión o ayudar a realizar un seguimiento de los objetos en movimiento. Sin embargo, la precisión del enfoque automático por detección de fase depende de su base de medición efectiva. Si la base de medición es grande, las mediciones son muy precisas, pero solo pueden funcionar con lentes con una gran apertura geométrica (por ejemplo, 1: 2,8 o más). Incluso con objetos de alto contraste, el AF con detección de fases no puede funcionar en absoluto con lentes más lentos que su base de medición efectiva. Para trabajar con la mayoría de los objetivos, la base de medición efectiva se establece normalmente entre 1: 5,6 y 1: 6,7, de modo que el AF continúa funcionando con objetivos lentos (al menos mientras no estén detenidos). Sin embargo, esto reduce la precisión intrínseca del sistema de enfoque automático, incluso si se utilizan lentes rápidos. Dado que la base de medición efectiva es una propiedad óptica de la implementación real, no se puede cambiar fácilmente. Muy pocas cámaras proporcionan sistemas multi-PD-AF con varias bases de medición conmutables según el objetivo utilizado para permitir un enfoque automático normal con la mayoría de los objetivos y un enfoque más preciso con los objetivos rápidos. El AF de contraste no tiene esta limitación de diseño heredada en cuanto a precisión, ya que solo necesita un contraste de objeto mínimo para trabajar. Una vez que está disponible, puede funcionar con alta precisión independientemente de la velocidad de una lente; de hecho, mientras se cumpla esta condición, incluso puede funcionar con la lente cerrada. Además, dado que el AF de contraste continúa funcionando en el modo detenido en lugar de solo en el modo de apertura abierta, es inmune a los errores de cambio de enfoque basados en la apertura que sufren los sistemas de AF de detección de fase, ya que no pueden funcionar en el modo detenido. Por lo tanto, el AF de contraste hace que los ajustes de enfoque fino arbitrarios por parte del usuario sean innecesarios. Además, el AF de contraste es inmune a los errores de enfoque debido a superficies con patrones repetidos y pueden funcionar en todo el encuadre, no solo cerca del centro del encuadre, como lo hace el AF de detección de fases. La desventaja, sin embargo, es que el AF de contraste es un proceso iterativo de circuito cerrado de cambiar el enfoque hacia adelante y hacia atrás en rápida sucesión. En comparación con el AF de detección de fases, el AF de contraste es lento, ya que la velocidad del proceso de iteración del enfoque está limitada mecánicamente y este método de medición no proporciona ninguna información direccional. Combinando ambos métodos de medición, el AF de detección de fase puede ayudar a un sistema AF de contraste a ser rápido y preciso al mismo tiempo, a compensar los errores de cambio de enfoque basados ​​en la apertura y a continuar trabajando con lentes detenidos, como, por ejemplo, , en modo de medición o vídeo detenido.

Los desarrollos recientes hacia las cámaras sin espejo buscan integrar los sensores AF de detección de fase en el propio sensor de imagen. Por lo general, estos sensores de detección de fase no son tan precisos como los sensores independientes más sofisticados, pero dado que el enfoque fino ahora se lleva a cabo a través del enfoque de contraste, los sensores de AF de detección de fase solo necesitan proporcionar información direccional aproximada para poder Acelera el proceso de autoenfoque de contraste.

En julio de 2010, Fujifilm anunció una cámara compacta, la F300EXR, que incluía un sistema de enfoque automático híbrido que constaba de elementos de detección de fase y de contraste. Los sensores que implementan el AF de detección de fases en esta cámara están integrados en el Super CCD EXR de la cámara . Actualmente lo utilizan Fujifilm FinePix Series, Fujifilm X100S, Ricoh , Nikon 1 series , Canon EOS 650D / Rebel T4i y Samsung NX300 .

Comparación de sistemas activos y pasivos

Los sistemas activos normalmente no enfocarán a través de las ventanas, ya que el vidrio refleja las ondas de sonido y la luz infrarroja. Con los sistemas pasivos, esto generalmente no será un problema, a menos que la ventana esté manchada. La precisión de los sistemas de enfoque automático activos es a menudo considerablemente menor que la de los sistemas pasivos.

Los sistemas activos también pueden fallar al enfocar un sujeto que está muy cerca de la cámara (por ejemplo, fotografía macro ).

Es posible que los sistemas pasivos no encuentren el enfoque cuando el contraste es bajo, especialmente en grandes superficies de un solo color (paredes, cielo azul, etc.) o en condiciones de poca luz. Los sistemas pasivos dependen de un cierto grado de iluminación del sujeto (ya sea natural o no), mientras que los sistemas activos pueden enfocar correctamente incluso en la oscuridad total cuando sea necesario. Algunas cámaras y unidades de flash externas tienen un modo de iluminación de bajo nivel especial (generalmente luz naranja / roja) que se puede activar durante la operación de enfoque automático para permitir que la cámara enfoque.

Enfoque de trampa

Un método refiere vario como trampa de enfoque , trampa de enfoque , o la captura en foco usos de enfoque automático de tomar una foto cuando un sujeto se mueve en el plano focal (en el punto focal relevante); esto se puede usar para obtener una toma enfocada de un objeto que se mueve rápidamente, particularmente en fotografía de deportes o vida salvaje, o alternativamente para colocar una "trampa" para que una toma pueda tomarse automáticamente sin una persona presente. Esto se hace usando AF para detectar pero no establecer el enfoque, usando el enfoque manual para establecer el enfoque (o cambiando a manual después de que se haya establecido el enfoque) pero luego usando la prioridad de enfoque para detectar el enfoque y solo suelte el obturador cuando un objeto está enfocado. La técnica funciona eligiendo el ajuste de enfoque (desactivando AF), luego configurando el modo de disparo en "Único" (AF-S), o más específicamente en la prioridad de enfoque, luego presionando el obturador; cuando el sujeto se enfoca, el AF detecta esto (aunque no cambia el enfoque), y se toma una foto.

La primera SLR en implementar el enfoque por trampa fue la Yashica 230 AF . El enfoque de trampa también es posible en algunas cámaras Pentax (por ejemplo, Kx y K-5), Nikon y Canon EOS . La EOS 1D puede hacerlo usando software en una computadora conectada, mientras que cámaras como la EOS 40D y 7D tienen una función personalizada (III-1 y III-4 respectivamente) que puede detener la cámara tratando de enfocar después de que falla. En las cámaras EOS sin enfoque de trampa genuino, se puede usar un truco llamado "enfoque casi de trampa", que logra algunos de los efectos del enfoque de trampa. Al utilizar el firmware personalizado Magic Lantern , algunas DSLR de Canon pueden realizar un enfoque de captura.

AI Servo

AI Servo es un modo de enfoque automático que se encuentra en las cámaras SLR de Canon . El mismo principio es utilizado por otras marcas como Nikon , Sony y Pentax , llamado "enfoque continuo" (AF-C). También conocido como seguimiento de enfoque , se utiliza para seguir a un sujeto a medida que se mueve por el encuadre o se acerca y se aleja de la cámara. Cuando está en uso, la lente mantendrá constantemente su enfoque en el sujeto, por lo que se usa comúnmente para fotografía deportiva y de acción. AI se refiere a inteligencia artificial : algoritmos que predicen constantemente dónde está a punto de estar un sujeto en función de sus datos de velocidad y aceleración del sensor de enfoque automático.

Motores de enfoque

El enfoque automático moderno se realiza a través de uno de dos mecanismos; ya sea un motor en el cuerpo de la cámara y engranajes en la lente ("accionamiento por tornillo") o mediante la transmisión electrónica de la instrucción de accionamiento a través de contactos en la placa de montaje a un motor en la lente. Los motores basados ​​en lentes pueden ser de varios tipos diferentes, pero a menudo son motores ultrasónicos o motores paso a paso .

Algunos cuerpos de cámara, incluidos todos los cuerpos de Canon EOS y los más económicos entre los modelos DX de Nikon , no incluyen un motor de enfoque automático y, por lo tanto, no pueden enfocar automáticamente con lentes que carecen de un motor incorporado. Algunos objetivos, como los modelos designados por Pentax 'DA * , aunque normalmente utilizan un motor incorporado, pueden volver al funcionamiento con destornillador cuando el cuerpo de la cámara no admite las clavijas de contacto necesarias.

Notas

Ver también

Referencias

enlaces externos