1. Tri základné prvky automatického zaostrovania

Na rozdiel od manuálneho zaostrovania nie je moderné automatické zaostrovanie poháňané jedinou technológiou. Namiesto toho je výsledkom troch systémov, ktoré spolupracujú:

Optické princípyurčiť, ako je svetlo zaostrené na obrazový snímač.

Mechanické pohonyfyzicky presuňte šošovku do správnej polohy.

Algoritmy automatického zaostrovaniaanalyzovať obrazové údaje a rozhodnúť, ako sa má šošovka pohybovať.

Iba vtedy, keď tieto tri komponenty spolupracujú, môže fotoaparát dosiahnuť rýchle a presné automatické zaostrovanie.

2. Optický princíp: Prečo pohyb šošovky mení zaostrenie

Základom automatického zaostrovania je optické zobrazovanie.

Objektív fotoaparátu ohýba prichádzajúce svetlo a premieta ho na obrazový snímač. Keď sa objekt priblíži alebo vzdiali, ohnisková rovina sa posunie. Ak už snímač nie je umiestnený v tejto ohniskovej rovine, obraz bude rozmazaný.

Automatické zaostrovanie obnovuje ostrosť obrazu pohybom objektívu, kým sa ohnisková rovina opäť presne nezarovná so snímačom.

Predstavte si to ako nastavovanie lupy nad listom papiera. Pohybom šošovky sa mierne zmení miesto, kde sa svetlo zbieha, čo umožní, aby bol obraz opäť ostrý.

Kľúčové komponenty

Optická šošovka

Obrazový snímač

Ohnisková rovina

Typický pracovný postup

Odhadnite vzdialenosť objektu.

Vypočítajte požadovanú ohniskovú polohu.

Posuňte objektív.

Skontrolujte ostrosť obrazu.

3. Aktuátory zaostrenia: Ako sa šošovka skutočne pohybuje

Vedieť, kam sa zamerať, je len polovica procesu. Objektívom je tiež potrebné fyzicky pohybovať s mimoriadne vysokou presnosťou.

Moderné kamerové moduly zvyčajne používajú miniatúrne ovládače, ako napríklad:

Motor s hlasovou cievkou (VCM)

Krokový motor

Piezoelektrický ovládač (v špecializovaných systémoch)

Medzi nimi ajVCMje najpoužívanejšie riešenie pre smartfóny a moduly kompaktných fotoaparátov.

VCM dokáže posunúť objektív len o niekoľko stoviek mikrometrov pri zachovaní vynikajúcej presnosti polohovania, čo umožňuje plynulé a rýchle automatické zaostrovanie.

Typický proces automatického zaostrovania

Prijmite príkaz automatického zaostrovania.

Ovládajte pohon.

Posuňte objektív.

Skontrolujte ostrosť obrazu.

Po dosiahnutí optimálneho zaostrenia zastavte.

4. Algoritmy automatického zaostrovania: Mozog za systémom

Akčný člen pohybuje šošovkou, ale nerozhodujekdepohybovať sa.

Táto úloha patrí do algoritmu automatického zaostrovania.

Obrazový snímač nepretržite zachytáva ukážkové snímky, zatiaľ čo obrazový procesor vyhodnocuje ostrosť obrazu a vypočítava optimálnu polohu objektívu.

Dnešné moduly fotoaparátov bežne používajú niekoľko metód automatického zaostrovania:

Automatické zaostrovanie s detekciou kontrastu (CDAF)

Táto metóda vyhodnocuje kontrast obrazu.

Ostrejšie obrázky majú vyšší lokálny kontrast, čo umožňuje procesoru určiť, či sa má zaostrenie posunúť dopredu alebo dozadu.

Výhody:

Vysoká presnosť zaostrovania

Jednoduchá implementácia

Obmedzenia:

Nižšia rýchlosť zaostrovania

Môže loviť pred uzamknutím zaostrenia

Automatické zaostrovanie s detekciou fázy (PDAF)

PDAF porovnáva fázové rozdiely v prichádzajúcom svetle a určuje tak smer zaostrovania, ako aj požadovaný pohyb šošovky.

Výhody:

Extrémne rýchly

Vynikajúce pre pohybujúce sa objekty

Bežné v smartfónoch a digitálnych fotoaparátoch

Laserové automatické zaostrovanie

Niektoré moduly kamier obsahujú aj laserový snímač vzdialenosti.

Namiesto odhadovania zaostrenia z obrazových údajov laser priamo meria vzdialenosť objektu, čo umožňuje rýchlejšie reagovať automatické zaostrovanie pri slabom{0}}osvetlení.

5. Typický pracovný postup automatického zaostrovania

Hoci sa technológie automatického zaostrovania líšia, väčšina modulov fotoaparátu sa riadi rovnakým-procesom riadenia.

Nasnímajte ukážkový obrázok.

Analyzujte ostrosť obrazu.

Vypočítajte potrebné nastavenie šošovky.

Ovládajte pohon.

Nasnímajte ďalší obrázok.

Opakujte, kým sa zaostrenie nezablokuje.

Táto súvislá spätná väzba umožňuje, aby automatické zaostrovanie zostalo presné, aj keď sa objekt pohybuje.

6. Skutočné-svetové príklady

Smartfóny

Moderné smartfóny kombinujú PDAF, CDAF, AI rozpoznávanie scény a ovládače VCM, aby dosiahli rýchlosť automatického zaostrovania meranú v milisekundách.

Priemyselné kamery

Systémy priemyselného videnia uprednostňujú presnosť polohovania pred rýchlosťou. Vysoko presné ovládače umožňujú presnosť automatického zaostrovania až na mikrónovú úroveň, vďaka čomu sú ideálne na kontrolu dosiek plošných spojov, výrobu polovodičov a presné meranie.