Hoe werkt autofocus?
Een autofocussysteem zorgt ervoor dat je camera scherpstelt op het gekozen onderwerp. Autofocus werkt sneller en vaak ook betrouwbaarder dan manuele scherpstelling. In dit artikel gaan we in op de werking van een autofocussysteem.
Het doel van een autofocussysteem is eenvoudig: ervoor zorgen dat je camera scherpstelt op het gekozen onderwerp. Een goed autofocussysteem maakt het verschil tussen een geslaagde foto en een wazig plaatje.
Bij de meeste camera’s schiet de autofocus wakker zodra je de ontspanknop half indrukt. Het autofocussysteem gaat dan op zoek naar het onderwerp waarop je wilt scherpstellen. Je kan daarbij zelf een autofocuspunt van je camera selecteren, zodat de camera alvast weet waarop jij wilt focussen.
[related_article id=”160734″]
Dwarsdoorsnede van een Nikon D4 met lens. In het objectief zit een beweegbaar focuselement dat ervoor zorgt dat het onderwerp waarop je focust scherp wordt afgebeeld op de beeldsensor.
In een objectief met autofocus zit een verplaatsbaar lenselement, het focuselement. De positie van dat element wordt door het autofocussysteem gewijzigd tot het AF-systeem vaststelt dat het onderwerp maximaal scherp wordt afgebeeld. Op dat moment is de scherpstelling voltooid, wat meestal bevestigd wordt door een piepgeluidje en/of visuele hints (zoals een AF-indicator in de zoeker die oplicht, of een groen rechthoekje op een liveviewbeeld).
Passieve en actieve autofocus
De meeste camera’s gebruiken een passief autofocussysteem. Daarbij wordt het beeld dat door het objectief binnenvalt geanalyseerd. Binnen de passieve autofocussystemen zijn er drie verschillende technologieën. De meeste reflexcamera’s werken met fasedetectie. Compactcamera’s en reflexcamera’s in liveviewmodus werken met contrastdetectie. Sinds enkele jaren wordt er ook gewerkt met hybride systemen, die fase- en contrastdetectie combineren.
Exotischer zijn zogenaamde actieve autofocussystemen. Die gebruiken ultrasone geluidsgolven of infrarood licht om de afstand tot het onderwerp te bepalen. Ze werken daardoor ook in het duister, wat bij passieve autofocussystemen niet het geval is. Ze zijn echter zo zeldzaam dat we deze systemen verder niet behandelen.
Fasedetectie
Fasedetectie is het standaard autofocussysteem in spiegelreflexcamera’s. Dat type camera bevat een spiegel die het beeld dat door de lens gevormd wordt afleidt naar de optische zoeker. Wanneer je afdrukt, klapt de spiegel op en wordt de beeldsensor of de film belicht. In het midden van die spiegel zit echter een semitransparant stuk, dat een deel van het binnenvallende licht doorlaat. Dat licht komt terecht op een haaks geplaatste secundaire spiegel, die het verder afleidt naar de autofocusmodule onder in de camerabody.
Het licht dat door de lens binnenvalt, wordt door de hoofdspiegel afgeleid naar de optische zoeker. Een deel gaat door het halfdoorlatende centrale deel van de spiegel en wordt door een secundaire spiegel naar de autofocusmodule onder in de camera afgeleid.
Die autofocusmodule bevat één of meerdere autofocussensoren – telkens twee per autofocuspunt, op een kleine afstand van elkaar geplaatst. Elk van deze sensoren bestaat uit een eendimensionale strip van een paar pixels hoog en enkele tientallen pixels lang. Boven elke AF-sensor zit een microlens die het binnenvallende licht op de sensor bundelt. Omdat de twee AF-sensoren die bij één autofocuspunt horen op een kleine afstand van elkaar staan, ontvangt de ene licht dat aan de bovenkant van het diafragma de camera binnenkomt, de andere licht dat aan de onderkant binnenkomt.
Fasedetectie werkt door die twee beelden te vergelijken. Laat ons aannemen dat je het centrale autofocuspunt in je zoeker hebt geselecteerd. Tenzij de lens al is scherpgesteld op het onderwerp dat achter dat AF-punt zit, is het beeld dat op de twee AF-sensoren valt niet identiek; het is ‘uit fase’. Door het verschil tussen beide beelden te analyseren, kan de camera berekenen in welke richting en hoe ver het focuselement in het objectief moet bewegen. Zodra het focuselement in de juiste positie staat, registreren beide AF-sensoren een identiek beeld: het staat ‘in fase’.
Het grote voordeel van fasedetectie is dat één meting in principe volstaat om de lens te laten scherpstellen. In de praktijk gebeuren er nog controlemetingen om na te gaan of de scherpstelling accuraat gebeurd is. Pas dan krijg je bevestiging dat de autofocus voltooid is.
In dit sterk vereenvoudigde schema (niet op schaal) stelt de paarse cirkel het onderwerp voor waarop de camera moet scherpstellen, de rode en groene lijnen zijn lichtstralen, en de gele lijn is een fasegebaseerde AF-sensor. In (1) en (3) zijn de lichtstralen die op de AF-sensor vallen ‘uit fase’. Op basis van het faseverschil weet het AF-systeem in welke richting en hoe ver het focuselement in het objectief moet bewegen. In (2) zijn de lichtstralen ‘in fase’: er is scherpgesteld op het onderwerp. (Afbeelding: Wikipedia – Cmglee)
Lijn en kruis
Het is belangrijk om te weten dat een fasegebaserde autofocussensor alleen gevoelig is voor details die loodrecht staan op de rij pixels waaruit de sensor bestaat. Als de eendimensionale rij pixels horizontaal geplaatst is, detecteert de sensor dus het best grenzen die verticaal verlopen, zoals de scheiding tussen de een paal en de lucht.
Grenzen die horizontaal verlopen, zoals de scheiding tussen de horizon en de lucht, zijn voor een horizontaal geplaatste sensor moeilijker of niet te detecteren. In dat geval kan je de camera een kwartslag draaien, zodat de horizontale lijnsensor haaks op het detail staat en wel kan scherpstellen.
Er bestaan ook cross-type (CT) focussensors, ook wel kruissensoren genoemd. Die bestaan uit twee pixelrijen die loodrecht op elkaar staan. Meestal worden een horizontale en een verticale rij gecombineerd; in sommige camera"s zijn de rijen diagonaal geplaatst, zoals het andreaskruis op de vlag van Schotland. Door de loodrechte plaatsing ten opzichte van elkaar zijn kruissensoren gevoelig voor details in zowel horizontale als verticale richting.
Afhankelijk van je camera is het mogelijk dat kruissensoren meer licht nodig hebben dan lijnsensoren, en alleen werken als je lenzen met een groot diafragma (f/2.8 of groter) gebruikt. Gebruik je een lens met een kleiner maximaal diafragma, dan werkt de kruissensor in dat geval ofwel helemaal niet, ofwel als (minder nauwkeurige) lijnsensor.
Het centrale autofocuspunt is bijna altijd een cross-type focussensor; in de betere reflexcamera’s zijn er vaak meerdere cross-type sensoren.
De Canon EOS 1D-X heeft 61 autofocuspunten. De vijf centrale (blauw) zijn diagonale kruissensoren; deze werken echter alleen met objectieven met een maximaal diafragma van f/2.8 of groter. Links en rechts van het centrum staan 20 kruissensoren (paars) die werken met objectieven met maximaal diafragma f/4 of groter. De 21 centrale kruissensoren (rood) werken met objectieven met maximaal diafragma f/5.6 of groter. Met minder lichtsterke objectieven functioneren de kruissensoren als lijnsensoren.
Lees verder in deel 2 van Hoe werkt autofocus? bij onze collega"s van Shoot.
Een autofocussysteem zorgt ervoor dat je camera scherpstelt op het gekozen onderwerp. Autofocus werkt sneller en vaak ook betrouwbaarder dan manuele scherpstelling. In dit artikel gaan we in op de werking van een autofocussysteem.
Het doel van een autofocussysteem is eenvoudig: ervoor zorgen dat je camera scherpstelt op het gekozen onderwerp. Een goed autofocussysteem maakt het verschil tussen een geslaagde foto en een wazig plaatje.
Bij de meeste camera’s schiet de autofocus wakker zodra je de ontspanknop half indrukt. Het autofocussysteem gaat dan op zoek naar het onderwerp waarop je wilt scherpstellen. Je kan daarbij zelf een autofocuspunt van je camera selecteren, zodat de camera alvast weet waarop jij wilt focussen.
[related_article id=”160734″]
Dwarsdoorsnede van een Nikon D4 met lens. In het objectief zit een beweegbaar focuselement dat ervoor zorgt dat het onderwerp waarop je focust scherp wordt afgebeeld op de beeldsensor.
In een objectief met autofocus zit een verplaatsbaar lenselement, het focuselement. De positie van dat element wordt door het autofocussysteem gewijzigd tot het AF-systeem vaststelt dat het onderwerp maximaal scherp wordt afgebeeld. Op dat moment is de scherpstelling voltooid, wat meestal bevestigd wordt door een piepgeluidje en/of visuele hints (zoals een AF-indicator in de zoeker die oplicht, of een groen rechthoekje op een liveviewbeeld).
Passieve en actieve autofocus
De meeste camera’s gebruiken een passief autofocussysteem. Daarbij wordt het beeld dat door het objectief binnenvalt geanalyseerd. Binnen de passieve autofocussystemen zijn er drie verschillende technologieën. De meeste reflexcamera’s werken met fasedetectie. Compactcamera’s en reflexcamera’s in liveviewmodus werken met contrastdetectie. Sinds enkele jaren wordt er ook gewerkt met hybride systemen, die fase- en contrastdetectie combineren.
Exotischer zijn zogenaamde actieve autofocussystemen. Die gebruiken ultrasone geluidsgolven of infrarood licht om de afstand tot het onderwerp te bepalen. Ze werken daardoor ook in het duister, wat bij passieve autofocussystemen niet het geval is. Ze zijn echter zo zeldzaam dat we deze systemen verder niet behandelen.
Fasedetectie
Fasedetectie is het standaard autofocussysteem in spiegelreflexcamera’s. Dat type camera bevat een spiegel die het beeld dat door de lens gevormd wordt afleidt naar de optische zoeker. Wanneer je afdrukt, klapt de spiegel op en wordt de beeldsensor of de film belicht. In het midden van die spiegel zit echter een semitransparant stuk, dat een deel van het binnenvallende licht doorlaat. Dat licht komt terecht op een haaks geplaatste secundaire spiegel, die het verder afleidt naar de autofocusmodule onder in de camerabody.
Het licht dat door de lens binnenvalt, wordt door de hoofdspiegel afgeleid naar de optische zoeker. Een deel gaat door het halfdoorlatende centrale deel van de spiegel en wordt door een secundaire spiegel naar de autofocusmodule onder in de camera afgeleid.
Die autofocusmodule bevat één of meerdere autofocussensoren – telkens twee per autofocuspunt, op een kleine afstand van elkaar geplaatst. Elk van deze sensoren bestaat uit een eendimensionale strip van een paar pixels hoog en enkele tientallen pixels lang. Boven elke AF-sensor zit een microlens die het binnenvallende licht op de sensor bundelt. Omdat de twee AF-sensoren die bij één autofocuspunt horen op een kleine afstand van elkaar staan, ontvangt de ene licht dat aan de bovenkant van het diafragma de camera binnenkomt, de andere licht dat aan de onderkant binnenkomt.
Fasedetectie werkt door die twee beelden te vergelijken. Laat ons aannemen dat je het centrale autofocuspunt in je zoeker hebt geselecteerd. Tenzij de lens al is scherpgesteld op het onderwerp dat achter dat AF-punt zit, is het beeld dat op de twee AF-sensoren valt niet identiek; het is ‘uit fase’. Door het verschil tussen beide beelden te analyseren, kan de camera berekenen in welke richting en hoe ver het focuselement in het objectief moet bewegen. Zodra het focuselement in de juiste positie staat, registreren beide AF-sensoren een identiek beeld: het staat ‘in fase’.
Het grote voordeel van fasedetectie is dat één meting in principe volstaat om de lens te laten scherpstellen. In de praktijk gebeuren er nog controlemetingen om na te gaan of de scherpstelling accuraat gebeurd is. Pas dan krijg je bevestiging dat de autofocus voltooid is.
In dit sterk vereenvoudigde schema (niet op schaal) stelt de paarse cirkel het onderwerp voor waarop de camera moet scherpstellen, de rode en groene lijnen zijn lichtstralen, en de gele lijn is een fasegebaseerde AF-sensor. In (1) en (3) zijn de lichtstralen die op de AF-sensor vallen ‘uit fase’. Op basis van het faseverschil weet het AF-systeem in welke richting en hoe ver het focuselement in het objectief moet bewegen. In (2) zijn de lichtstralen ‘in fase’: er is scherpgesteld op het onderwerp. (Afbeelding: Wikipedia – Cmglee)
Lijn en kruis
Het is belangrijk om te weten dat een fasegebaserde autofocussensor alleen gevoelig is voor details die loodrecht staan op de rij pixels waaruit de sensor bestaat. Als de eendimensionale rij pixels horizontaal geplaatst is, detecteert de sensor dus het best grenzen die verticaal verlopen, zoals de scheiding tussen de een paal en de lucht.
Grenzen die horizontaal verlopen, zoals de scheiding tussen de horizon en de lucht, zijn voor een horizontaal geplaatste sensor moeilijker of niet te detecteren. In dat geval kan je de camera een kwartslag draaien, zodat de horizontale lijnsensor haaks op het detail staat en wel kan scherpstellen.
Er bestaan ook cross-type (CT) focussensors, ook wel kruissensoren genoemd. Die bestaan uit twee pixelrijen die loodrecht op elkaar staan. Meestal worden een horizontale en een verticale rij gecombineerd; in sommige camera"s zijn de rijen diagonaal geplaatst, zoals het andreaskruis op de vlag van Schotland. Door de loodrechte plaatsing ten opzichte van elkaar zijn kruissensoren gevoelig voor details in zowel horizontale als verticale richting.
Afhankelijk van je camera is het mogelijk dat kruissensoren meer licht nodig hebben dan lijnsensoren, en alleen werken als je lenzen met een groot diafragma (f/2.8 of groter) gebruikt. Gebruik je een lens met een kleiner maximaal diafragma, dan werkt de kruissensor in dat geval ofwel helemaal niet, ofwel als (minder nauwkeurige) lijnsensor.
Het centrale autofocuspunt is bijna altijd een cross-type focussensor; in de betere reflexcamera’s zijn er vaak meerdere cross-type sensoren.
De Canon EOS 1D-X heeft 61 autofocuspunten. De vijf centrale (blauw) zijn diagonale kruissensoren; deze werken echter alleen met objectieven met een maximaal diafragma van f/2.8 of groter. Links en rechts van het centrum staan 20 kruissensoren (paars) die werken met objectieven met maximaal diafragma f/4 of groter. De 21 centrale kruissensoren (rood) werken met objectieven met maximaal diafragma f/5.6 of groter. Met minder lichtsterke objectieven functioneren de kruissensoren als lijnsensoren.
Lees verder in deel 2 van Hoe werkt autofocus? bij onze collega"s van Shoot.
