نحوه عملکرد فوکوس خودکار تشخیص فاز

وقتی صحبت از فناوری DSLR به میان می‌آید، به نظر می‌رسد که در مورد نحوه دقیق عملکرد فوکوس خودکار تشخیص فاز، ابهامات زیادی وجود دارد. در حالی که برای بسیاری از افراد ممکن است این موضوع جالب توجه نباشد، اگر می‌پرسید چگونه و چرا یک دوربین ممکن است با مشکل فوکوس خودکار مواجه شود، این مقاله به آنچه در داخل دوربین از نظر فوکوس خودکار هنگام عکس‌برداری می‌افتد روشن می‌کند. در مورد مشکلات فوکوس خودکار در ابزارهای خوبی مانند Canon 5D Mark III، Nikon D800، Pentax K-5 و سایر دوربین‌های دیجیتال SLR بازخورد منفی زیادی وجود دارد و به نظر می‌رسد که اکثر عکاسان به نظر نمی‌رسد که مشکل اساسی را درک کنند. لزوماً با یک مدل یا نوع خاصی از دوربین نیست، بلکه با روش خاصی که این دوربین‌ها فوکوس می‌کنند. اگر در اینترنت جستجو کنید، هزاران گزارش فوکوس خودکار در مورد انواع دوربین‌های DSLR با قدمت بیش از ۱۰ سال پیش خواهید دید. از این رو، مشکلات فوکوس جلو و فوکوس پشتی که در دوربین‌های مدرن مشاهده می‌کنیم چیز جدیدی نیستند – از زمانی که اولین DSLR با سنسور تشخیص فاز ساخته شد، وجود داشته‌اند.

دوربین های DSLR چگونه کار می‌کنند

برای درک این موضوع با جزئیات بیشتر، مهم است که ابتدا با نحوه عملکرد دوربین DSLR آشنا شوید. تصاویر معمولی DSLR فقط یک آینه رفلکس را نشان می‌دهند که در زاویه ۴۵ درجه قرار گرفته است. چیزی که آنها نشان نمی دهند، این است که یک آینه ثانویه در پشت آینه رفلکس وجود دارد که بخشی از نور را به یک حسگر تشخیص فاز منعکس می کند. به تصویر ساده شده زیر که از نمونه تصویر نیکون D800 ساخته ام نگاه کنید.

در اینجا شرح هر عدد نشان داده شده در تصویر بالا آمده است:

• اشعه نور
• آینه اصلی / رفلکس
• آینه ثانویه، همچنین به عنوان “آینه فرعی” شناخته می‌شود.
• شاتر دوربین و سنسور تصویر
• پین غیر عادی (۱. ۵ میلی متر هگزا) برای تنظیم آینه اصلی
• پین غیر عادی (۱. ۵ میلی متر هگزا) برای تنظیم آینه ثانویه
• سنسور تشخیص فاز (سنسور AF)
• پنتاپریسم
• منظره یاب

بیایید نگاهی بیندازیم به اتفاقاتی که در هنگام گرفتن عکس در داخل دوربین می‌افتد. پرتوهای نور وارد لنز (۱) شده و آن را وارد دوربین می‌کنند. یک آینه اصلی نیمه شفاف (۲) در زاویه ۴۵ درجه قرار گرفته است، بنابراین بیشتر نور را به صورت عمودی به پنتاپریسم منعکس می‌کند (۸). پنتاپریسم به طور جادویی نور عمودی را به افقی تبدیل می‌کند و آن را برمی گرداند، به طوری که وقتی از منظره یاب نگاه می‌کنید دقیقاً همان چیزی را می‌بینید که به دست می‌آورید (۹). بخش کوچکی از نور از آینه اصلی عبور می‌کند و توسط آینه ثانویه (۳) منعکس می‌شود. سپس، نور به حسگر تشخیص فاز / AF (7) می‌رسد، که آن را به گروهی از سنسورها هدایت می‌کند (دو سنسور در هر نقطه AF).

در حالی که فرآیند فوق کم و بیش ساده به نظر می‌رسد، یک مشکل عمده در این رویکرد وجود دارد. حسگر Phase Detect سنسوری است که به لنز دستور می‌دهد تا تنظیمات مناسب را انجام دهد، در حالی که تصویر توسط یک دستگاه کاملاً متفاوت گرفته می‌شود – سنسور پشت دوربین. چرا این یک مشکل است؟ به یاد داشته باشید، هنگام گرفتن عکس، هر دو آینه اصلی و ثانویه بالا می‌روند، شاتر باز می‌شود و نور لنز مستقیماً به سنسور دوربین برخورد می‌کند (۴). برای اینکه فوکوس خودکار تشخیص فاز به درستی کار کند، فاصله بین پایه لنز و سنسور دوربین و همچنین فاصله بین پایه لنز و سنسور تشخیص فاز باید یکسان باشد. اگر حتی یک انحراف جزئی وجود داشته باشد، فوکوس خودکار نادرست خواهد بود. علاوه بر این، اگر زاویه آینه ثانویه دقیقاً آن چیزی نباشد که باید باشد، منجر به مشکلات فوکوس خودکار نیز می‌شود.

سنسور تشخیص فاز چگونه کار می‌کند

همانطور که قبلاً در بالا گفتم، سیستم تشخیص فاز مانند دوربین‌های فاصله یاب کار می‌کند. نوری که از آینه ثانویه منعکس می‌شود توسط دو یا چند سنسور تصویر کوچک (بسته به تعداد نقاط فوکوس یک سیستم AF) با میکرولنزهای بالای آن‌ها دریافت می‌شود. برای هر نقطه فوکوس، که در منظره یاب می‌بینید، دو حسگر کوچک برای اختلاف فاز وجود دارد – یکی برای هر طرف لنز، همانطور که در تصویر بالای صفحه نشان داده شده است (۷) (تصویر این رفتار را بیش از حد اغراق می‌کند. دو پرتو نور جداگانه را نشان می‌دهد که به دو حسگر جداگانه می‌رسد.

در واقع، تعداد سنسورهای بسیار بیشتر از دو حسگر در فاز مدرن دستگاه را شناسایی می‌کنند و این سنسورها بسیار نزدیک به یکدیگر قرار دارند. هنگامی که نور به این دو حسگر می‌رسد، اگر جسمی در فوکوس باشد، پرتوهای نور از طرفین انتهایی لنز درست در مرکز هر حسگر همگرا می‌شوند (مانند سنسورهای تصویر). هر دو سنسور تصاویر یکسانی روی خود خواهند داشت که نشان می‌دهد جسم واقعاً در فوکوس کامل است. اگر جسمی خارج از فوکوس باشد، نور دیگر همگرا نمی‌شود و به طرف‌های مختلف حسگر برخورد می‌کند، همانطور که در زیر نشان داده شده است (تصویر با حسن نیت از ویکی پدیا):

شکل ۱ تا ۴ شرایطی را نشان می‌دهد که در آن لنز (۱) خیلی نزدیک، (۲) درست، (۳) خیلی دور و (۴) خیلی دور است. از نمودارها می‌توان دریافت که اختلاف فاز بین دو پروفایل می‌تواند برای تعیین نه تنها در کدام جهت، بلکه میزان تغییر فوکوس برای دستیابی به فوکوس مطلوب استفاده شود. توجه داشته باشید که در واقعیت، لنز به جای حسگر حرکت می‌کند.

از آنجایی که سیستم تشخیص فاز می‌داند که یک شی از جلو یا پشت فوکوس شده است، می‌تواند دستورالعمل‌های دقیقی را به لنز دوربین بفرستد که فوکوس خود را به چه سمتی و به چه میزان تغییر دهد. وقتی دوربین روی یک سوژه فوکوس می‌کند (عملیات AF حلقه بسته):

1. نوری که از کناره‌های انتهایی لنز عبور می‌کند توسط دو حسگر تصویر ارزیابی می‌شود
2. بر اساس نحوه رسیدن نور به سنسورهای تصویر، سیستم AF می‌تواند تعیین کند که آیا یک شی از جلو یا عقب فوکوس شده است و به چه میزان است.
3. سپس سیستم AF به لنز دستور می‌دهد تا فوکوس خود را تنظیم کند.
4. موارد فوق به تعداد دفعات مورد نیاز تکرار می‌شود تا تمرکز کامل حاصل شود. اگر فوکوس به دست نیاید، لنز دوباره تنظیم می‌شود و شروع به دستیابی مجدد به فوکوس می‌کند و در نتیجه فوکوس «شکار» می‌شود.
5. هنگامی که فوکوس کامل به دست آمد، سیستم فوکوس خودکار تأییدی را ارسال می‌کند که جسم در فوکوس است (نقطه سبز در داخل منظره یاب، یک بوق و غیره)

همه اینها در کسری از زمان اتفاق می‌افتند، به همین دلیل است که سیستم تشخیص فاز بسیار سریع‌تر از سیستم تشخیص کنتراست است (که به تغییر فوکوس به عقب و جلو تا رسیدن به فوکوس متکی است و تجزیه و تحلیل داده‌های تصویر زیادی روی تصویر انجام می‌شود. سطح سنسور).

سیستم تشخیص فاز/AF یک سیستم بسیار پیچیده است که تقریباً هر بار که یک خط دوربین رده بالاتر به‌روزرسانی می‌شود، بهبود می‌یابد. در طول سال‌ها، تعداد نقاط فوکوس خودکار و همچنین تعداد نقاط فوکوس خودکار متقاطع قابل اعتمادتر افزایش یافته است. به عنوان مثال، Canon 1D X و Canon 5D Mark III دارای ۶۱ نقطه فوکوس فوق العاده هستند که ۴۱ مورد از آن‌ها متقاطع هستند. به این ماتریس پیچیده از سنسورهای فوکوس خودکار روی دوربین نگاهی بیندازید:

نه تنها تعداد نقاط AF افزایش یافته است، بلکه قابلیت اطمینان آن‌ها نیز افزایش یافته است. اکثر دوربین‌های حرفه‌ای مدرن امروزی دارای سیستم‌های فوکوس خودکار بسیار سریع و بسیار قابل تنظیم هستند که می‌توانند به‌طور پیوسته سوژه‌ها را ردیابی کنند و فوکوس کنند.

مشکلات فوکوس خودکار DSLR

همانطور که در بالا می‌بینید، سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز بسیار پیچیده است و برای به دست آوردن نتایج دقیق به دقت بالایی نیاز دارد. مهمتر از همه، سیستم تشخیص فاز/AF باید به درستی نصب شده و در طول فرآیند تولید تراز شود. اگر حتی یک انحراف جزئی وجود داشته باشد، که در تولید بسیار اتفاق می‌افتد، فوکوس خودکار خاموش می‌شود. این دلیل اصلی است که تشخیص فاز از زمان عرضه اولین دوربین DSLR با سنسور تشخیص فاز، منشأ مشکلات زیادی بوده است. با درک این انحرافات احتمالی، همه سازندگان DSLR یک سیستم کالیبراسیون با دقت بالا ایجاد کردند که این را در نظر می‌گیرد و امکان کالیبراسیون دوربین را در طول فرآیند بازرسی و تضمین کیفیت (QA) فراهم می‌کند.

اگر مشکل تراز سنسور تشخیص فاز تشخیص داده شود، سیستم تست کامپیوتری خودکار را انجام می‌دهد که از هر نقطه فوکوس عبور می‌کند و به صورت دستی آن را در دوربین تنظیم می‌کند. نقاطی که خاموش هستند مجدداً کالیبره و تنظیم می‌شوند، سپس مقادیر جبران در میان‌افزار دوربین نوشته می‌شود. این را به عنوان فرآیندی مشابه با تنظیم دقیق AF / تنظیم AF Micro در نظر بگیرید که در سطح تشخیص فاز اتفاق می‌افتد، با این تفاوت که برای هر نقطه فوکوس AF به طور جداگانه انجام می‌شود.