Як фотоапарат розуміє, на чому саме потрібно фокусуватися як він розуміє, де контури об’єкта

Справа, насправді, не в контурах, а в деталях об'єкта. Простого пояснення принципу в інтернеті я не знайшов, тому доведеться розписати все докладно, «на пальцях».

Система контрастного автофокусу рухає точку фокусування і періодично заміряє контрастність. Робиться це дуже просто - діафрагма відкривається, світло потрапляє на матрицю, процесор заміряє освітленість кожної точки в зоні фокусування і визначає загальну контрастність зони. Якщо фокус не на об'єкті, всі деталі об'єкта розпливаються, світло як би розмазується по ньому, і, хоча загальна яскравість не змінюється, різниця яскравості між світлими і темними точками падає.

Коли точка фокусування рухається до об'єкта, контрастність зони фокусування зростає. Як тільки фокус починає зрушуватися від об'єкта, контрастність падає. Як тільки контрастність починає падати, система автофокусу повертає точку фокусування туди, де була максимальна контрастність. Точно так само діє людина, налаштовуючи фокус вручну, «на око».

Фазовий автофокус працює набагато хитріше. По суті, він точно вимірює відстань до об'єкта, що дозволяє системі швидко встановити потрібне фокусна відстань, за один-два виміру. У цьому фазовий автофокус схожий з активними системами, тільки йому не потрібно власне випромінювання, його принцип заснований на розходженні променів світла, відбитого від об'єкта.

Спрощено можна пояснити його дію через фізику роботи об'єктива. Для простоти будемо вважати об'єктив однією лінзою. Світло, що проходить через кожну точку лінзи, дає різке зображення об'єкта на будь-якій відстані за цією точкою, а лінза, заломлює промені, вже збирає ці зображення в одне, багато разів яскравіше, в точці свого заднього фокуса.

При цьому якщо об'єкт розташований не в точці переднього фокуса, а ближче або далі, картинка від кожної точки лінзи буде трохи зрушена, так як кут падіння відбитого від об'єкта світла на лінзу буде різний. Причому зрушення залежить від того, де саме на лінзі розташована ця точка. Наприклад, картинка від центральної точки буде завжди по центру, на якій відстані не знаходився б об'єкт, а ось картинка, що проходить через точку на краю лінзи, буде зрушена максимально.

Саме через це об'єкт, що знаходиться не в фокусі, розмивається - незліченні картинки з різних точок лінзи потрапляють не в один і той же місце матриці, а по-різному зсуваються, розмазуючи сумарне зображення. Співпадуть вони лише за умови, що об'єкт знаходиться в заздалегідь заданій оптичними характеристиками лінзи точці - точці переднього фокуса.

Подивіться на малюнок (не дуже підходить, але краще не знайшов). У нас тут, умовно, відображені лінії променів, що йдуть від трьох об'єктів, розташованих на різній відстані. Чорні стрілки - найдальший об'єкт, червоні - від об'єкта ближче, зелені від найближчої. Кожен промінь-стрілка несе, по суті, повну картинку об'єкта, але щоб отримати яскраве зображення, нам треба зібрати всі картинки в одному місці. Якщо ми, наприклад, розмістимо в точці F матрицю, то "чорний" об'єкт виявиться у фокусі і буде чітким, а ось червоний і зелений размажутся, причому зелений сильніше.

В системі фазового автофокусу кожен датчик дивиться на об'єкт через дві точки об'єктива, розташовані на різних його краях. Тут важливо розуміти, що для датчика об'єкт - це не весь кадр, це невеликий фрагмент кадру, за яким ми намагаємося сфокусуватися. У видошукачі дзеркалки цей фрагмент (зона фокусування) відзначається червоним хрестиком або прямокутником. Іншу частину кадру датчик фокусування відкидає, вона йому не потрібна.

Два зображення, отримані через ці крайові точки, розлучаються в сторони за допомогою призм і потрапляють на два шматочки матриці автофокусу. Нагадаю, що кожна окрема картинка, отримана через одну точку, в будь-якому випадку різка.

Так як датчик отримує картинку не з осі, а з периферії лінзи, то зображення об'єкта, що потрапляють на матрицю автофокусу, будуть зрушуватися тим сильніше, чим далі об'єкт від точки переднього фокуса лінзи, причому зрушуватися в протилежні сторони. Тобто відстань між зображеннями на матриці автофокусу безпосередньо залежить від відстані самого об'єкта від точки переднього фокуса.

Картинка взята у Смелаа Дорофєєва з vlador.com.

Тут системі автофокусу треба визначити, наскільки зрушені ці зображення. Для цього з кожної картинки береться маленький фрагмент з пари десятків пікселів (наша зона фокусування), і на ньому шукається контрастна лінія. Далі, умовно, з цієї лінії вимірюється відстань між картинками на матриці автофокусу і обчислюється зсув. З цього система автофокусу вираховує, наскільки сам об'єкт, якому належить знайдена контрастна лінія, зрушать щодо точки переднього фокуса - і дає команду об'єктиву підкрутити фокус.

Очевидно, що якщо датчик не знайде у своїй зоні фокусування контрастною лінії, він не зможе визначити зрушення. Саме тому складно сфокусуватися на недостатньо освітленому об'єкті, або на об'єкті однорідному - наприклад, на аркуші паперу. Там просто не виміряти зсув картинок через дві точки. І, нарешті, система фазового автофокусу може мати проблеми при спробі сфокусуватися на об'єкті з безліччю однакових деталей (наприклад, сітка, решітка), так як на кожен датчик потраплятиме кілька чітких ліній, розрізнити які датчики не зможуть.

Дослідник, адмін паблік "Принтскрін", обожнюю готувати

Поясню все в рази простіше.
У фотоапарата є об'єктив, усередині якого переміщається лінза.
Вперед і назад її рухає моторчик автофокусу. У радянських об'єктивах моторчика немає, тому доводиться фокусуватися руками. При вимкненому автофокусі - теж (ручний режим фокусування).

Як же фотоапарат розуміє, що потрапив у фокус?
Будь-яка фото - сітка з пікселів. А різкість для фотоапарата - наскільки багато помітно деталей. Тобто, фотоапарат переміщує лінзу так, щоб у конкретній частині матриці була максимальна кількість дрібних деталей. Простіше кажучи - щоб пікселі максимально відрізнялися один від одного. Тому він пересуває лінзу і порівнює 2 стану - до і після пересування, а далі - коригує до кращого результату.

У фотоапарата є настройка того, на що фокусуватися:
За точці -ви вибрали конкретну точку і фотоапарат саме на неї орієнтується.
По центру - той же принцип, тільки орієнтується на об'єкти в центрі матриці.
По всьому кадру - той же принцип, тільки замість точки фотоапарат буде орієнтуватися на деталі всієї площі кадру.