با فناوري‌ هاي فوكوس خودكار دوربين‌ هاي عكاسي آشنا شويد

يكي از شاخصه‌هاي مهم در دوربين‌هاي عكاسي قابليت‌هاي مرتبط با فوكوس خودكار آن‌ها است. يك دوربين عكاسي با توانايي فوكوس سريع و دقيق، شما را در ثبت هرچه باكيفيت‌تر لحظات مدانديشه متخصصينتان كمك خواهد كرد.

سابقه‌ي استفاده از سيستم‌هاي اتوفوكوس به دهه‌ي هشتاد ميلادي برمي‌گردد. اولين بار لايكا در نمايشگاه فوتوكينا ۱۹۷۶، دوربيني با نام Correfot را رونمايي كرد و پس از آن شركت‌هاي كونيكا و پنتاكس، نيكون و مينولتا دست به اين كار زدند. مينولتا ۷۰۰۰ كه در سال ۱۹۸۵ عرضه شد اولين دوربيني بود كه سيستم كامل فوكوس خودكار و موتور حركت لنز را در داخل بدنه‌ي خود داشت. استانداردي كه بعدها كانن با انتقال موتور فوكوس به لنز آن را تغيير داد؛ هرچند در سال ۱۹۹۲ مجددا در دوربين‌هاي سري AF-I و AF-S به سيستم قبلي بازگشت.

تمامي برندها در تمامي ادوار سعي كرده‌اند سيستم‌هاي فوكوس خودكار را به عنوان يكي از كارآمدترين گزينه‌هاي دوربين بهبود ببخشند يا با تلفيق آن‌ها سيستم فوكوس منحصربه‌فرد خود را ارائه دهند. امروزه سيستم‌هاي فوكوس انواع متنوعي دارند كه بسته به نوع دوربين و لنزي كه در آن به كار مي‌روند و فاكتورهايي همچون گشودگي ديافراگم و فاصله‌ي كانوني و... عملكرد متفاوتي ارائه مي‌كنند؛ اما به اعتبار نوع سيستم‌هاي فوكوس بايد گفت به‌طور كلي، شيوه‌هاي فوكوس به دو نوع عمده تقسيم مي‌شوند: اكتيو و پسيو.

فوكوس خودكار اكتيو از طريق تاباندن نور يا اشعه به سوژه و بازتاب آن به دوربين فاصله‌ي بين سوژه و دوربين را محاسبه مي‌كند. وقتي دوربين ميزان فاصله را تشخيص داد، بر اساس همين اطلاعات لنز را براي انجام فوكوس تنظيم مي‌كند. نكته‌ي مثبت در مورد فوكوس خودكار اكتيو اين است كه اين سيستم مي‌تواند در شرايط نور بسيار ضعيف نيز عمل كند؛ كاري كه معمولا فوكوس خودكار پسيو از عهده‌ي آن برنمي‌آيد. نكته‌ي منفي اين سيستم محدوديت كارايي آن به سوژه‌هاي ثابت است. به‌علاوه، سوژه نمي‌تواند بيش از ۵ تا ۷ متر از شما فاصله داشته باشد؛ در غير اين صورت نور يا اشعه به سوژه نرسيده و بازتاب به دوربين انجام نخواهد شد و در نتيجه عملكرد سيستم مختل مي‌شود.

براي درك بهتر عكس داراي فوكوس و عكس فاقد آن مي‌توانيد به مقايسه‌ي مبالغه‌آميز زير نگاه كنيد. به‌طور كلي سوژه در عكس فوكوس‌شده واضح‌تر و شفاف‌تر است. در دوربين‌ها، فوكوس خودكار در برابر فوكوس دستي قرار مي‌گيرد.

در مقابل، سيستم فوكوس خودكار پسيو قرار دارد كه كاملا متفاوت عمل مي‌كند. در اين سيستم به جاي اتكا به نور فلش يا ليزر براي تشخيص فاصله بين دوربين و سوژه، از سنسورهاي مخصوص داخل دوربين براي تشخيص كنتراست به كمك تحليل نور ورودي به لنز استفاده مي‌شود كه در اين حالت به آن تشخيص فاز مي‌گويند. حالت پسيو ديگري نيز وجود دارد كه در آن از خود سنسور براي تشخيص كنتراست تصوير استفاده مي‌شود كه اين شيوه به تشخيص كنتراست شهرت دارد.

در فوكوس دستي، عمق ميدان لنز به‌صورت دستي تنظيم مي‌شود تا تصوير واضح حاصل شود. در سيستم‌هاي فوكوس خودكار، ما به سيستم‌هاي الكترونيكي و مكانيكي براي تنظيم عمق ميدان تكيه مي‌كنيم. براي درك بهتر اين اتفاق مي‌توانيد طرز كار با ذره‌بين را تصور كنيد. براي اين‌كه با ذره‌بين به تصوير شفافي برسيد بايد آن را روي سوژه جلو و عقب ببريد تا اين اتفاق بيفتد. با اين عمل شما درواقع به‌صورت غير مستقيم در حال فوكوس خودكار هستيد؛ با اين تفاوت كه چشم شما نقش سنسور و مغز شما نقش كنترلر را بازي مي‌كند و به شما مي‌گويد كه فاصله‌ي ذره‌بين را كم و زياد كنيد.

رايج‌ترين سيستم‌هاي فوكس خودكار عبارتند از:

• فوكوس خودكار تشخيص كنتراست موسوم به CDAF
• فوكوس خودكار تشخيص فاز موسوم به PDAF
• فوكوس خودكار دوال پيكسل
• فوكوس خودكار ليزري موسوم به LAF
• فوكوس خودكار تركيبي يا هيبريدي موسوم به HAF

بيشتر دوربين‌ها امروزه از روش فوكوس خودكار بر پايه‌ي تشخيص كنتراست استفاده مي‌كنند. اين روش ماهيتا بر اساس آزمون و خطا عمل مي‌كند؛ يعني لنز دوربين شما به جلو و عقب حركت مي‌كند تا بهترين فوكوس روي سوژه انجام بگيرد. براي تشخيص اين‌كه چه زمان سوژه در نقطه‌ي كانوني يا فوكوس قرار دارد، دوربين از الگوريتمي بر پايه‌ي اندازه‌گيري كنتراست استفاده مي‌كند. به‌طور كلي، زماني كه سطح كنتراست تصوير سوژه در نقطه‌ي كانوني قرار بگيرد در بالاترين حد خود است؛ يعني تصوير واضح و رنگ‌ها زنده هستند. اگر تصوير خارج از فوكوس باشد، رنگ‌ها مات و درهم‌آميخته مي‌شوند كه به معناي كاهش سطح كنتراست كلي سوژه است.

اشكال اصلي در استفاده از اين روش اين است كه دوربين نمي‌داند كه چه زمان به بيشينه‌ي كنتراست رسيده است. به همين دليل، هميشه ابتدا نقطه‌ي كانوني را رد مي‌كند و سپس مجددا به آن بازمي‌گردد. احتمالا اين موضوع را هنگام عكاسي با موبايل خود شاهد بوده‌ايد. در اين روش بعد از فعال كردن دوربين تصوير قبل از اين‌كه شفاف‌تر شود ابتدا مات‌تر مي‌شود. البته در فناوري‌هاي نوين تشخيص كنتراست، سرعت فناوري فوكوس به شكل قابل توجهي افزايش يافته است و تنها در چند دهم ثانيه تشخيص و عمليات فوكوس روي آن

• به سخت‌افزار جداگانه نياز ندارد و به همين دليل نسبتا ارزان و به‌سادگي قابل به‌كارگيري است.
• سرعت بالايي دارد.
• به‌دليل عدم استفاده از پيكسل‌هاي مخصوص تشخيص فاز، تاثيري بر كيفيت نهايي تصوير ندارد.
• به‌طور كلي نتايج نسبتا خوبي مي‌دهد.

• در شرايط نوري ضعيف به‌خوبي كار نمي‌كند؛ زيرا اين روش بر سنجش كنتراست تصوير تكيه دارد. به همين دليل وقتي كنتراست كافي براي شروع در تصوير وجود نداشته باشد كار نخواهد كرد.
• فناوري تشخيص كنتراست بهترين نمونه‌ي موجود براي استفاده در دوربين‌هاي فيلمبرداري نيست؛ سيستم فوكوس خودكار مبتني بر كنتراست به شما نمي‌گويد كه سوژه نزديك يا دور شده؛ بنابراين دستگاه مجبور است جستجوي جديدي براي پيدا كردن نقطه‌ي كانوني آغاز كند.

پاناسونيك با سال‌هاي تحقيق توسعه بر سيستم فوكوس خودكار تشخيص كنتراست، موفق به بهبود قابل توجه اين فناوري شده است تا جايي كه به ادعاي مديران اين شركت، دوربين جديد پاناسونيك لوميكس G9 يا لوميكس S1 براي تشخيص سوژه و فوكوس روي آن به تنها ۰.۰۳ ثانيه زمان نياز دارد. سيستم فوكوس جديد شركت پاناسونيك DFD يا Depth From Defocus نام دارد. مهندسان پاناسونيك با محاسبه‌ي ميزان خارج شدن سوژه از نقطه‌ي فوكوس در صورت تغيير جزئي فوكوس، توانستند دريابند كه ميزان ازفوكوس خارج بودن لنز چقدر است؛ اما اينكه دوربين بداند چه ميزان بايد لنز را جابجا كند مستلزم هماهنگي فوق‌العاده بالا بين دوربين و لنز بود. اساسا، دوربين مي‌بايست فهم دقيقي از بوكه‌ي لنز در تمامي شرايط فوكوس از قبيل فواصل كانوني مختلف (در لنزهاي اخبار تخصصي) و گشودگي‌هاي ديافراگم مختلف مي‌داشت.

اين مسئله كمي كار را دشوار مي‌كرد؛ اما از آن‌جايي كه پاناسونيك خود لنز دوربين‌هايش را توليد مي‌كند، توانست اين لنزها را با قابليت DFD سازگار كند. آن‌ها براي اولين بار ديتابيس كاملي از عملكرد بوكه‌ي لنزهاي موجود خود را در حافظه‌ي GH4 جاي دادند. در نتيجه‌، فرقي نمي‌كرد فاصله‌ي كانوني، گشودگي ديافراگم يا فاصله‌ي كانوني چقدر باشد، GH4 توانست به‌سرعت تشخيص دهد كه هر لنز چقدر و در چه جهت از فوكوس خارج است. دوربين اين كار را با مقايسه‌ي دو عكس متوالي و با حركت جزئي لنز بين دو عكس انجام داد. با تحليل تغيير بوكه از عكس اول به عكس دوم، GH4 مي‌تواند تشخيص دهد كه چقدر لازم است لنز را حركت دهد تا به فوكوس اوليه‌ي مطلوب دست يابد. پس از اين حركت، براي تنظيم دقيق فوكوس، يك يا دو مرحله تشخيص فاز نيز جهت بالا بردن دقت فوكوس قبل از عكاسي صورت مي‌پذيرد.

نكته‌اي كه بايد مدانديشه متخصصين قرار داد اين است كه پاناسونيك پس از رونمايي از DFD اطلاعات بوكه را به لنزها منتقل كرد تا با هربار عرضه‌ي لنز جديد نياز به به‌روزرساني فريم‌ور نباشد. اين كار هرچند اشكال تمام لنزهاي لوميكس را حل كرد؛ اما راهكاري براي لنزهاي متفرقه به حساب نمي‌آمد. در مورد لنزهاي ساير شركت‌ها، چنان‌چه بخواهيد از آن‌ها روي دوربين‌هاي پاناسونيك استفاده كنيد، امكان بهره‌مندي از فوكوس خودكار DFD را نخواهيد داشت و سيستم فوكوس خودكار به سيستم سنتي تشخيص كنتراست تغيير پيدا خواهد كرد.

فوكوس خودكار مرحله‌اي يا تشخيص فاز، روشي جديد و پيشرفته‌تري در فناوري‌هاي فوكوس به شمار مي‌آيد. اين روش كه پيش‌تر فقط در دوربين‌هاي DSLR استفاده مي‌شد، چند سالي است به موبايل‌هاي هوشمند و دوربين‌هاي كامپكت نيز راه پيدا كرده است. 

در روش فوكوس تشخيص فاز، به بيان ساده، دوربين نوري را كه از دو دريچه‌ي مقابل ديافراگم عبور مي‌گذرد، تحليل و مقايسه مي‌كند. چنان‌چه تصوير به‌درستي در نقطه‌ي كانوني قرار گرفته باشد، امواج نوري در مشخصات شدت خود هم‌پوشاني خواهند داشت. در غير اين‌صورت، سيستم تشخيص خواهد داد كه دقيقا فوكوس چقدر نياز به تنظيم دارد. پس از اين تشخيص، دوربين به‌سرعت بدون نياز به عقب و جلو راندن‌ زمانبر سيستم CDAF، به مسير درست حركت مي‌كند و عمليات فوكوس را انجام مي‌دهد.

به بياني دقيق‌تر، در سيستم تشخيص فاز، آينه‌ي داخل دوربين، بخش كوچكي از نور ورودي را به سنسور مجزاي اتوفوكوس كه معمولا در كف جعبه آينه قرار دارد منتقل مي‌كند. در اين قسمت يك منشور، نوري را كه از جهت‌هاي مخالف لنز مي‌آيد تجزيه كرده و آن را به گروه‌هاي دوتايي از پيكسل‌هاي سنسور هدايت مي‌كند تا نقطه‌ي اتوفوكوس تشكيل شود.

بسته به فوكوس لنز، نوري كه روي گروه‌هاي دوتايي پيكسل‌ها مي‌افتد يا با هم تطابق پيدا مي‌كنند كه در اين حالت فوكوس انجام مي‌شود، يا كمي نسبت به هم فاصله دارند كه اين حالت به معني عدم فوكوس است.

بنابراين، سيستم تشخيص فاز نه تنها مي‌داند كه سوژه در فوكوس قرار دارد يا نه؛ بلكه جهت و مقدار خارج بودن سوژه از فوكوس را نيز تشخيص مي‌دهد. اين يعني دوربين مي‌تواند به لنز دستور دهد كه مستقيما تنظيماتي را اعمال كند كه فوكوس تصحيح شود.

شايان ذكر است كه تعداد نقاط فوكوس مي‌تواند در عملكرد سيستم تشخيص فاز نقش به‌سزايي داشته باشد. براي مثال، وقتي دوربيني ۴۲۵ نقطه‌ي تشخيص فاز دارد يعني ۴۲۵ نقطه روي سنسور وجود دارد كه سيستم مي‌تواند تصوير تجزيه‌شده را روي آن‌ها مقايسه كند. البته در دوربين‌هاي بدون آينه و با حذف اين قطعه، نقطه‌هاي تشخيص فاز درون سنسور تعبيه شده‌اند.

سوني، المپوس فوجي‌فيلم و نيكون از فناوري تشخيص فاز در سيستم فوكوس خودكار دوربين‌هاي خود بهره مي‌برند.

• سريع و دقيق است و در زمان بسيار كوتاهي فوكوس مي‌كند به همين دليل سرعت شما در ثبت لحظات افزايش خواهد يافت كه اين مورد در ثبت تصاوير ورزشي و سوژه‌هاي متحرك بسيار كارآمد است‌.
• قابليت فوكوس مداوم وجود دارد. به همين جهت، سوژه‌ي متحرك همواره در نقطه‌ي كانوني قرار خواهد داشت. اين موضوع در ضبط ويديو اهميت ويژه‌اي دارد.

• عملكرد در نور ضعيف همچنان راضي‌كننده نيست.
• از آن‌جايي كه فوكوس به كمك تجزيه تحليل نور واردشده به لنز انجام مي‌گيرد، در نور كم بعضي اوقات تحليل تصوير سخت خواهد شد.

فوكوس خودكار دوال پيكسل را بايد به‌نوعي نسخه‌ي دوم فوكوس تشخيص فاز دانست. اين سيستم كه اولين بار توسط كانن در سال ۲۰۱۳ در دوربين 70D به كار رفت، به طرز قابل‌توجهي دقت و سرعت فوكوس خودكار را در حالت Live View افزايش داد و دوربين‌هاي جديد كانن به دليل داشتن همين قابليت، به گزينه‌هاي مطلوبي براي فيلمبرداري تبديل شده‌اند؛ چرا كه دوربين مجهز به اين سيستم مي‌تواند به‌سرعت روي هر سوژه‌اي در هر فاصله‌اي فوكوس كند.

فوكوس تشخيص فاز به تعدادي فوتوديود يا ديود حساس به نور كه داخل پيكسل‌هاي سنسور تعبيه شده‌اند وابسته است؛ اما اين ديودهاي نوري در سيستم فوكوس تشخيص فاز به تعداد كم و به‌صورت پراكنده در سطح سنسور وجود دارند و تنها ۵ تا ۱۰ درصد از پيكسل‌ها را پوشش مي‌دهند. در سيستم فوكوس خودكار دوال پيكسل ديودهاي نوري يادشده در تمام سطح سنسور قرار گرفته‌اند و تمامي پيكسل‌ها را پوشش مي‌دهند.

در اين سيستم، هر پيكسل روي حسگر تصوير CMOS دو فوتوديود حساس به نور مجزا دارد. اين فوتوديودها نور را به سيگنال‌هاي الكترونيكي تبديل مي‌كنند و هر يك از قسمت‌هاي پيكسل نور را به كمك ميكرو لنزهاي مجزا تشخيص مي‌دهند.

در فرآيند فوكوس خودكار دوال پيكسل، دو فوتوديود يا همان نيمه‌هاي يك پيكسل، سيگنال‌هاي جداگانه‌اي را ارسال مي‌كنند كه براي انجام فوكوس مورد تحليل قرار مي‌گيرند. سپس، وقتي تصوير يا فريمي از ويديو ضبط مي‌شود، سيگنال‌هاي جداگانه‌اي كه از هر پيكسل دريافت شده است براي ثبت تصوير با هم تركيب مي‌شوند. اين كار به طرز قابل‌توجهي سرعت فوكوس روي بخش اعظمي از نقطه‌اي كه قصد فوكوس روي آن داريد، را افزايش مي‌دهد. نتيجه‌ي كار فوكوس خودكار تشخيص فازي است كه به سرعت صحنه را تجزيه تحليل مي‌كند و قرارگيري يا عدم قرارگيري سوژه در فوكوس را در كنار مقدار و جهت خارج بودن سوژه از فوكوس محاسبه مي‌كند.

• دوربين، فارغ از اين‌كه سوژه در چه فاصله‌اي از آن قرار دارد، مي‌تواند فوكوس را به‌سرعت انجام دهد.
• عمليات فوكوس نسبت به فوكوس مرحله‌اي ۸۰ درصد سريع‌تر انجام مي‌گيرد.
• ضبط ويديو نرم و روان‌ صورت مي‌گيرد.
• عملكرد رديابي سوژه براي فوكوس بهتر انجام مي‌پذيرد.

• از آن‌جايي كه ديودهاي نوري افزايش يافته‌اند در نور كم عملكرد بهبود يافته است اما در حد فوكوس ليزري نيست.
• گران‌ارزش است و صرفا در موبايل‌هاي رده‌بالا به كار مي‌رود.

در يك سيستم فوكوس خودكار هيبريدي، فوكوس از طريق تلفيق دو يا چند شيوه صورت مي‌پذيرد.

در رايج‌ترين نوع اين سيستم با به‌كارگيري هر دو شيوه‌ي تشخيص فاز و تشخيص كنتراست، سعي مي‌شود نقاط ضعف هر يك از دو سيستم توسط سيستم ديگر پوشش داده شود تا در نهايت دقت و سرعت فوكوس افزايش يابد.

در اين سيستم، دوربين ابتدا فوكوس سريع را به كمك سيستم PDAF يا تشخيص فاز انجام مي‌دهد. اين قسمت كار بسيار سريع صورت مي‌گيرد؛ زيرا رنج‌فايندر همواره به دوربين مي‌گويد كه سوژه در چه فاصله‌اي قرار دارد و چه ميزان نياز به حركت به جلو و عقب است؛ بنابراين، جستجو براي نقطه‌ي فوكوس به سبكي كه در تشخيص كنتراست صورت مي‌گيرد در كار نيست و به همين جهت فوكوس اوليه به سرعت

به محض اينكه PDAF كار خود را انجام داد، تشخيص كنتراست وارد عمل مي‌شود تا از سيستم دقيق‌تر خود براي تنطيم ايده‌آل‌تر بهره بگيرد. بنابراين، شما همزمان از دو شيوه‌ي فوكوس با نقاط قوت منحصر به‌فرد بهره‌مند مي‌شويد؛ ابتدا فوكوس اوليه كه خيلي سريع توسط تشخيص فاز انجام مي‌شود و پس از آن سيستم به نسبت كندتر اما دقيق‌تر تشخيص كنتراست كه تنظيم نهايي را انجام مي‌دهد تا خروجي كار ايده‌آل باشد.

در روش‌هاي رديابي كنتراست و مرحله‌اي، نور راه‌يافته به دوربين تجزيه تحليل مي‌شود. به همين جهت، در مجموع هر دو روش در گروه فناوري‌هاي غير فعال (Passive) قرار مي‌گيرند. در مقابل، فوكوس خودكار ليزري سيستمي كاملا متفاوت دارد. اين فناوري كه به سيستم فوكوس فعال نيز شهرت دارد، براي فوكوس كردن هيچ گونه وابستگي به نور ورودي ندارد. دوربين يا موبايل امواج مادون قرمزي را به سمت سوژه ساطع مي‌كند تا زمان انعكاس نور را محاسبه كند. سپس با استفاده از اين زمان، فاصله تا سوژه را به دست مي‌آورد.

• مسافت طي‌شده توسط اشعه‌ي ليزر = سرعت نور × زمان رسيدن بازتاب
• فاصله تا سوژه = نصف مسافت طي‌شده توسط اشعه‌ي ليزر

در اين روش اساسا از سيستم رادار استفاده مي‌شود. پس از محاسبه‌ي فاصله‌ي دوربين تا سوژه، لنز متعاقبا در وضعيت مناسب قرار مي‌گيرد و فوكوس

• سريع است.
• در نور كم كار مي‌كند و وابستگي به نور ندارد. اين سيستم به كمك اشعه‌ي مادون قرمز كار مي‌كند و با محاسبه‌ي فاصله تا سوژه فوكوس را انجام مي‌دهد. به همين دليل براي عكاسي در محيط كم‌نور ايده‌آل است.

• تنها براي عكاسي از سوژه‌هاي نزديك مفيد است. اگر سوژه خيلي دور باشد بازتابي دريافت نخواهيد كرد و لذا فوكوسي شكل نخواهد گرفت. بازه‌ي كلي كارآمدي سيستم ليزري تنها در حدود ۵ متر است. چنان‌چه فاصله از اين مقدار بيشتر باشد، موبايل به ناچار از PDAF براي فوكوس استفاده خواهد كرد.
• بعضي اوقات سيستم به دليل وجود بازتاب‌هاي مختلف سردرگم مي‌شود. مثلا، اگر بخواهيد از سوژه‌اي كه در پشت پنجره وجود دارد عكس بگيريد، اشعه‌ي ليزر ممكن است توسط پنجره بازتاب داده شود. اين موضوع باعث محاسبه‌ي اشتباه فاصله تا سوژه خواهد شد و دوربين به‌جاي سوژه روي پنجره فوكوس خواهد كرد.
• هزينه‌بر است و به سخت‌افزار اضافه نياز دارد. قابليت فوكوس ليزري اكنون تنها در برخي موبايل‌هاي رده‌بالا وجود دارد.

انديشه متخصصين شما متخصص محترم اخبار تخصصي، علمي، تكنولوژيكي، فناوري مرجع متخصصين ايران در مورد سيستم‌هاي مختلف فوكوس خودكار چيست؟ انديشه متخصصينات‌ها و تجربيات خود را با ما به اشتراك بگذاريد.