Dlaczego zdolność autofokusa zależy od przysłony, a nie od ilości dostępnego światła?

Ponieważ sposób działania autofokusa z detekcją fazową zależy od różnicy w promieniach światła z tego samego obszaru pola widzenia, gdy uderzają po przeciwnych stronach soczewki. Im szersza efektywna apertura obiektywu (bardziej poprawnie nazywana źrenicą wejściową), tym szersze mogą być porównywane promienie światła. Im większa różnica między dwoma punktami, tym lepsze systemy AF mogą działać pod względem dokładności i szybkości. Więcej światła również pomaga, ponieważ zwiększa kontrast między jaśniejszymi i ciemniejszymi krawędziami, ale tylko wtedy, gdy jaśniejsze światło dociera do linii na matrycy czujników PDAF.

Każdy punkt AF wykorzystuje parę linii światłoczułych dołków pikseli podobnych do tych, które znajdują się na matrycy aparatu. Każda studzienka pikselowa jest (ogólnie) większa niż piksele głównego czujnika obrazu i nie są one filtrowane pod kątem różnicowania kolorów, jak ma to miejsce w przypadku zamaskowanego czujnika firmy Bayer.

Aby skorzystać z szerszej apertury, pary czujników liniowych dla konkretny punkt skupienia w macierzy AF, a dokładniej, mikrosoczewki na wejściu do układu czujników PDAF, które kierują światło na linie na powierzchni czujnika PDAF, muszą być dalej od siebie. Ale to sprawia, że ​​te linie nie są zbyt przydatne, gdy do obiektywu jest przymocowany obiektyw z węższą aperturą, ponieważ wtedy żadne światło nie dociera do tych punktów. Niektórzy producenci aparatów trochę zabezpieczają swój zakład. Niektóre punkty ostrości są bardziej czułe / dokładne, ale działają dobrze tylko z obiektywem o dużej aperturze. Inne punkty ostrości są dostrojone, aby móc wykorzystać światło z soczewek z węższymi otworami. Ale te punkty nie mogą wykorzystywać szerszych promieni światła zapewnianych przez obiektyw o szerokiej aperturze.

Dzieje się tak, ponieważ dwie linie na tablicy ogniskowej dla każdego punktu ostrości są w stałej pozycji. Jeśli są wystarczająco blisko siebie, aby móc użyć światła, które przechodzi przez każdą stronę obiektywu z wąską przysłoną f / 8, nie są one na tyle daleko od siebie, aby wyczuć światło przechodzące przez krawędź obiektywu o szerokim otworze f / 2.8 lub większym. Nawet jeśli w aparacie znajduje się szybszy obiektyw, światło pada tylko na części po obu stronach obiektywu, które znajdują się wystarczająco blisko środka, aby światło przedostało się przez węższą przysłonę.

Wszystkie punkty ostrości PDAF używają pary linii. Punkty ostrości typu krzyżowego wykorzystują dwie pary linii: jedną parę dla pionu i osobną parę dla poziomej. „Punkty krzyżowe ukośne” dodają dodatkowe dwie pary linii zorientowanych pod kątem 45 ° do linii pionowej i poziomej.

Odległość między tymi liniami na matrycy czujnika PDAF (w połączeniu ze sposobem, w jaki mikrosoczewki na wejściu układu PDAF kierują światło padające na różne części przedniej części głównego obiektywu aparatu) określa, w jaki sposób daleko od środka osi optycznej obiektywu jest próbkowana przez ten zestaw linii na czujniku PDAF. Jeśli dwie linie punktu AF próbkują światło z dwóch przeciwległych punktów z przodu obiektywu, które są bliżej środka osi optycznej obiektywu, będą działać przy węższych otworach, ale będą mniej czułe. Jeśli dwie linie punktu AF próbkują światło z dwóch przeciwległych punktów z przodu obiektywu, które są dalej od osi optycznej obiektywu, będą bardziej czułe, ale będą działać tylko wtedy, gdy obiektyw ma wystarczająco szeroką źrenicę wejściową że rzeczywiście jest światło docierające do tych linii w układzie czujników PDAF.

Producenci aparatów, zwłaszcza Canon, do którego pośrednio odnosi się twoje pytanie, trochę zabezpieczają swoje zakłady. Dzieje się tak zwłaszcza w przypadku systemów PDAF, które mają bardzo dużą liczbę punktów AF. Niektóre punkty są dostrojone, aby próbkować światło przepuszczane przez węższe soczewki, na przykład f / 5,6 lub f / 8. Inne punkty są dostrojone, aby patrzeć dalej do krawędzi po przeciwnych stronach soczewki. Punkty te odbierają światło z obiektywu tylko wtedy, gdy źrenica wejściowa jest wystarczająco szeroka, aby światło do nich docierało.

W przeszłości Canon miał tendencję do nadawania wrażliwości każdemu zestawowi linii w punktach krzyżowych przy różnych przysłonach. . Zestaw linii czułych w poziomie może być wrażliwy na obiektywy o maksymalnym otworze przysłony f / 5,6 lub szerszym, podczas gdy zestaw linii czułych w pionie dla tego samego punktu AF może działać tylko z obiektywami o przysłonie f / 4 lub większej. Nieco później granice dla każdej pary w zestawie mogą wynosić odpowiednio f / 8 if / 5.6. Niektóre z nowszych modeli z wyższej półki mają punkty krzyżowe, w których oba zestawy linii dla pojedynczego punktu krzyżowego AF są przystosowane do obiektywów lub kombinacji obiektyw / przedłużacz / telekonwerter tak wąskich, jak f / 8. Udoskonalenia w technologii systemów AF umożliwiły mniejsze różnice wykrywane przez próbkowanie węższych linii podstawowych, co dawało wyniki, które wcześniej można było uzyskać tylko z punktów AF wykorzystujących szerszą linię podstawową.

Te same ulepszenia można również wykorzystać do ulepszyć punkty AF f / 2.8! Canon starał się również (i nadal to robi), aby przekątne punkty krzyżowe wykorzystywały szerszą linię bazową, która wymaga szerszego obiektywu z aperturą, zwykle f / 2,8 lub szerszej. Daje to tym punktom niezwykle dokładną czułość tam, gdzie jest ona najbardziej potrzebna: w połączeniu z obiektywami o szerokiej aperturze, które zapewniają niezwykle małą głębię ostrości i bardzo mały margines błędu AF.

Ponieważ „krzyżowe” punkty AF to tak naprawdę dwa zestawy linii czułych względem siebie pod kątem 90 °, nic nie mówi, że nie można utworzyć punktu krzyżowego AF, a nawet ukośnego punktu krzyżowego AF, będzie działać z obiektywami o aperturze węższym niż f / 2.8, f / 4, f / 5.6 itd. Tyle tylko, że producenci aparatów, szczególnie ten, o którym mowa w cytacie zawartym w powyższym pytaniu, zdecydowali się na ukośny krzyż AF wskazuje na te najbardziej czułe.

Nawiasem mówiąc, ta sama fizyka, która faworyzuje AF z obiektywami o szerszej aperturze, również sprzyja lustrzankom cyfrowym z większymi matrycami. Ponieważ lustro jest większe, szczególnie dlatego, że jest szersze, i umożliwia półprzezroczystą część, która umożliwia odbicie światła do lustra wtórnego w dół do matrycy PDAF, jest również szersza w aparacie pełnoklatkowym niż w APS-C aparat, linia bazowa używana dla najbardziej czułych punktów ostrości może być również szersza.

Aby uzyskać nieco dokładniejszą odpowiedź na temat działania punktów krzyżowych i wizualizację, jak punkty f / 2.8 wymagają linii, które są bardziej od siebie oddalone, zobacz tę odpowiedź.

Aby uzyskać nieco inne ujęcie i kilka dokładniejszych spojrzeń, w jaki sposób maksymalna przysłona może wpłynąć na działanie AF (w porównaniu z Jak włączyć Canon AF z telekonwerterem?), zapoznaj się z dwiema pozytywnymi odpowiedziami: Czy Canon 5D MK II z 100-400 1: 4.5-5.6 będzie działał poprawnie z konwerterem Kenko 1.4?

Bez wchodzenia w szczegóły działania autofokusa z detekcją fazy, nie jest błędem stwierdzenie, że jest to analogiczne do widzenia stereoskopowego , które prawdopodobnie znasz.

Możesz ocenić odległość obiektu, który widzisz, ponieważ twoje oczy patrzą na niego z nieco innej perspektywy. Jeśli podniesiesz palec i spojrzysz za niego, zobaczysz dwa palce. Twoje oczy muszą być skierowane do wewnątrz, aby dopasować obrazy. Im bliżej jest palec, tym większa będzie separacja dwóch obrazów i tym bardziej oczy będą musiały zwrócić się do wewnątrz. To są informacje, których twój mózg używa do obliczenia odległości obiektu.

Nietrudno zauważyć, że efekt ten będzie silniejszy, jeśli oczy będą dalej od siebie oddalone. Zatem większa odległość między oczami pozwala na dokładniejsze oszacowanie odległości.

System autofokusa robi coś bardzo podobnego, ale zamiast używać dwojga oczu, wykorzystuje przeciwległe krawędzie soczewki po przekątnej. Na przykład może porównać widok przez skrajną lewą część soczewki z widokiem przez skrajną prawą część. Oba obrazy zostaną przesunięte, gdy ostrość nie będzie dokładnie ustawiona, w taki sam sposób, w jaki widzisz dwa palce, gdy patrzysz za nie. Im większa apertura, tym większa odległość między tymi widokami i tym dokładniejsza może być ocena „odległości” (tj. Gdzie należy się skupić).

Z grubsza mówiąc, kąty tych dwóch widoków użycie czujnika ostrości jest stałe. Dlatego dla każdego czujnika ostrości istnieje limit przysłony, powyżej którego nie będzie działać. Nie ma to nic wspólnego z ilością światła. Jeśli przysłona jest zbyt mała, widok czujnika ostrości będzie zasłonięty. Próbuje spojrzeć zbyt daleko w lewo iw prawo.

Mam nadzieję, że ta ilustracja powinna wyjaśnić sprawę:

Po lewej stronie mamy obiektyw, potem listki przysłony zasłaniające jego część, a potem sensor AF. Czujnik AF patrzy wąsko w dwóch oddzielnych kierunkach, oznaczonych strzałkami. Nie patrzy przez środek soczewki. Jeśli przysłona jest zbyt mała, zasłoni to widok czujnika AF.

Oto schemat autofokusa z detekcją fazową

Gdy obraz jest ostry, (2), dwa ołówki światła idą w to samo miejsce. Kiedy jest nieostry, udają się w różne miejsca (1, 3 lub 4). Oba mają różnicę między nimi zakodowaną w belce, np. sprawiając, że jeden jest nieco pionowo eliptyczny, a drugi poziomo eliptyczny.

Odległość między nimi jest pośrednią miarą tego, jak nieostry jest obraz. Czułość, a tym samym zdolność decydowania o tym, że obraz jest ostry lub nieostry, zależy od tego, jak szybko się rozdzielają.

Z trójkątnej geometrii obiektów widać, że czułość jest najlepsza, gdy kąt między nimi jest ołówki są największe.

Autofokus z wykrywaniem kontrastu działa inaczej i zamiast tego podejmuje decyzję na podstawie ostrości obrazu; podobnie, gdy obraz jest wszędzie równie ostry (mała apertura, głęboka głębia ostrości), systemowi trudno jest określić, gdzie jest najlepsza ostrość.

Część aparatu z autofokusem ma kilka czujników liniowych ¹ . Każdy piksel w czujniku liniowym ma przed sobą mały pryzmat, więc zbiera on tylko światło docierające do czujnika pod określonym kątem:

Gdy czujnik jest zaprojektowany dla szybszych obiektywów, ten kąt jest większy. W przypadku wystarczająco szybkiego obiektywu, który ułatwia zmierzenie różnicy faz.

Patrząc na to w odniesieniu do szybkości obiektywu, otrzymujemy coś takiego:

W tym przypadku czujnik f / 2.8 próbuje zareagować na światło, które musiałoby zostać przepuszczone poza przysłonę. Ponieważ przysłona blokuje takie światło, czujnik po prostu nie otrzymuje światła, na które może zareagować.

Czujnik przeznaczony dla przysłony (linia f / 4) odbiera światło, więc działa.

Istnieją przypadki graniczne. Czujnik liniowy jest dokładnie tym - linią. Wszystkie piksele w linii odbierają światło przesyłane pod tym samym kątem, więc nie wszystkie odbierają światło przepuszczane przez dokładnie tę samą część soczewki. W typowym przypadku aparat odczyta dane z obiektywu i wyłączy wszystkie czujniki, które wymagają większej przysłony niż zapewnia obiektyw. W przypadku tele-przedłużacza jest jednak możliwe, że kamera odbierze dane odpowiednie dla obiektywu bez przedłużacza. W takim przypadku aparat może nadal próbować używać czujnika, nawet jeśli przysłona jest mniejsza niż została zaprojektowana. W takim przypadku światło wpadające do czujnika może wyglądać następująco:

Część czujnika otrzymuje światło, a reszta nie. Jeśli nieco więcej niż połowa czujnika otrzymuje światło, nadal masz przynajmniej pewne szanse, że system nadal działa, nawet jeśli twoja przysłona jest mniejsza niż została zaprojektowana. Niemniej jednak znalezienie pokrywających się części obrazu może być trudne, dopóki nie będzie prawie ostry, więc jest dużo bardziej prawdopodobne, że „poluje” i może po prostu „poddać się”, nawet w przypadkach gdzie jest wystarczająco dużo światła i kontrastu, aby normalnie skupiać się szybko i dokładnie.

1. Tak, są skrzyżowane czujniki i tym podobne, ale są to po prostu więcej czujników linii.

W większości przypadków, oczywiście bez fotografowania słońca lub w ciemnej jaskini, przysłona wybrana na obiektywie jest zgrubnym przybliżeniem dostępnego światła. Oczywiście im mniejsza apertura, tym mniej światła wpada do czujnika. Oczywiście, znowu im mniej światła na czujniku oznacza, że ​​jest mniej dostępnych danych dla autofokusa z detekcją fazy, które można wykorzystać do określenia i zablokowania prawidłowej ostrości.

Czy instrukcja nie powinna zamiast tego mówić czegoś np. „brak autofokusa poniżej 50 luksów”

Jaką masz metodę pomiaru luksów lub luminancji, a nawet lepiej, kandeli na metr kwadratowy? Czy nie jest to termin, który większość użytkowników lustrzanek cyfrowych ledwo rozumie i ma niewiele lub nie ma żadnych środków do wykorzystania? Czy sugerujesz, że po zakupie lustrzanki cyfrowej i obiektywu z autofokusem powinniśmy zakupić także światłomierz?

Uważam, że stwierdzenie w instrukcji jest próbą krótkiego i szybkiego wyjaśnienia bardzo skomplikowanego tematu. Po tym, jak większość z nas używa przez jakiś czas aparatów i obiektywów z autofokusem, z ręcznego wyjaśnienia rozumiemy, że generalnie wraz ze spadkiem światła zmniejsza się również prawdopodobieństwo blokady autofokusa.