Нужна ли корректировка фазовой автофокусировки на датчике для повышения точности?

Рассмотрим эволюцию систем автофокусировки за последние несколько десятилетий:

Для традиционных цифровых зеркальных камер требуется точная настройка автофокусировки PDAF на основе отдельного датчика, чтобы устранить несколько различных возможных ошибок. Среди этих ошибок:

• Немного разные оптические расстояния между датчиком изображения и объективом по сравнению с оптическим расстоянием между датчиком PDAF и объективом.
• Ошибки позиционирования объектива, когда объектив фактически перемещается на несколько иное расстояние, чем указано камерой. Это может быть такая простая вещь, как механический износ механизма фокусировки объектива или немного неправильно отрегулированный электромеханический датчик положения фокусировки, расположенный в объективе.
• Небольшое изменение расстояния регистрации объектива (фокусное расстояние a/k/a фланца или, в мире кино, расстояние заднего фокуса). Если объектив находится немного ближе или дальше от датчика изображения и датчика PDAF, чем указано в спецификации конструкции, то могут потребоваться разные регулировки для ближнего и дальнего фокуса, поскольку объектив был разработан для использования на указанном расстоянии регистрации и движениях фокусировочного устройства. механизм не будет в точном соотношении необходимых расстояний.

В большинстве камер, которые используют фокусировку на основе информации от датчика изображения, ни одна из этих вещей не имеет большого значения, поскольку окончательная фокусировка выполняется с использованием методов обнаружения контраста, а не обнаружения фазы. Самые ранние системы CDAF не имели возможности PDAF, поэтому вся фокусировка выполнялась с использованием CDAF. Но это также относится и к камерам, которые имеют «гибридный» сенсорный PDAF в сочетании с CDAF.

• Если камера включает в себя функцию PDAF на основе основного датчика изображения, функция PDAF используется для очень быстрого приближения объектива к желаемому расстоянию фокусировки, а затем CDAF используется для подтверждения или дальнейшей точной настройки положения фокусировки.
• Очевидно, нет никакой разницы в длине оптического пути от объектива до сенсора, поскольку это точно такой же сенсор.
• Корректировка положения объектива с использованием обнаружения контраста также не подвержена ошибкам в количестве движения, указанном камерой, по сравнению с количеством движения, фактически совершаемым объективом, потому что камера просто продолжает перемещать объектив, пока не найдет положение, которое имеет самый высокий уровень контраста, а не сообщает объективу, как далеко двигаться, и зависит от объектива, чтобы точно следовать этой инструкции.
• Любой механический износ, ошибки регистрации или несоосность датчиков положения фокуса являются спорными, поскольку камера не зависит от них для окончательного положения фокуса. Вместо этого он измеряет контраст изображения, проецируемого объективом на сенсор, и перемещает объектив до тех пор, пока контраст не станет максимальным.

Простая аналогия между фокусировкой с использованием специального датчика PDAF и фокусировкой с использованием CDAF на основе датчика изображения (включая гибридный PDAF + CDAF) может заключаться в сравнении фокусировки объектива на старой графической камере Speed ​​с фокусировкой с использованием старой SLR с ручной фокусировкой.

• В Speed ​​​​Graphic нет сквозного видоискателя. Фотограф оценил (или измерил с помощью измерительного устройства, внешнего по отношению к камере) расстояние между камерой и объектом. Затем фотограф отрегулировал фокусное расстояние объектива, используя индексированные метки расстояния на объективе. Точность фокусировки зависит от правильного размещения меток расстояния на объективе и правильной оценки/измерения расстояния от камеры до объекта.
• Пленочная зеркальная фотокамера обеспечивала вид объекта через объектив. Фотограф перемещал механизм фокусировки на объективе (обычно вращая кольцо фокусировки) до тех пор, пока объект не оказался в фокусе. Предполагая, что зеркало камеры и фокусировочный экран были правильно выровнены, не имело значения, насколько точной или неточной была шкала расстояний, указанная на объективе, потому что в этом случае фотограф не фокусировал объектив на основе шкалы расстояний, он фокусировал его. на основании того, что они видели в видоискатель.
• Гибридная система автофокусировки на основе датчика изображения PDAF + CDAF будет похожа на использование шкалы расстояний объектива, чтобы приблизиться к объекту, а затем смотреть в видоискатель, чтобы установить его еще ближе.

С помощью системы автофокусировки, основанной только на основном датчике изображения, используемой системой автофокусировки Canon Dual Pixel CMOS AF в режиме Live View как для видео, так и для неподвижных изображений, аспекты PDAF вне датчика и CDAF на датчике объединяются.Вместо однократного измерения автофокуса, за которым следует одна инструкция объективу относительно того, насколько далеко нужно сместиться, как это делает типичный PDAF с использованием отдельного датчика PDAF¹, DP CMOS AF от Canon выполняет дополнительные измерения по мере перемещения объектива. это то, что обычно делается с CDAF. Это возможно, потому что PDAF выполняется с использованием основного датчика изображения, поэтому нет времени, используемого для переворачивания рефлекторного зеркала между измерением PDAF и до того, как изображение может быть захвачено. PDAF может оставаться активным до тех пор, пока датчик изображения не потребуется очистить перед захватом изображения без снижения скорости съемки камеры.

• Очевидно, нет никакой разницы в длине оптического пути от объектива до сенсора, поскольку это точно такой же сенсор.

• Регулировка положения объектива с использованием измерений «промывка и повторение» также не так подвержена ошибкам в количестве движения, указанном камерой, по сравнению с количеством движения, фактически совершаемым объективом, поскольку камера продолжает оптически измерять фокус. и обновляйте инструкции о том, как далеко перемещать объектив, пока он не найдет положение с наибольшим контрастом², вместо того, чтобы сообщать объективу, как далеко нужно переместиться один раз, а затем в зависимости от объектива точно следовать этой инструкции без оптической перепроверки.

• Любой механический износ, ошибки регистрации или несоосность датчиков положения фокуса являются спорными, поскольку камера не зависит от них для окончательного положения фокуса. Вместо этого он измеряет контраст изображения, проецируемого объективом на сенсор, и перемещает объектив до тех пор, пока контраст не станет максимальным.

В итоге:

• PDAF, основанный на специальном датчике автофокусировки, измеряет , насколько объект находится не в фокусе , рассчитывает, насколько далеко и в каком направлении должен сместиться объектив, и дает указание объективу переместиться в это положение. Обычно повторное оптическое измерение не требуется для подтверждения того, что объектив действительно переместился на точно указанное расстояние или что объект теперь находится в приемлемом фокусе. Это связано с тем, что PDAF предназначен в первую очередь для скорости. Если это подтверждает, что объектив сместился на указанное расстояние, это обычно достигается с помощью механического датчика положения в объективе, а не путем оптического измерения. Это связано с тем, что зеркало уже может поворачиваться вверх (в этом случае датчик PDAF «слеп»), поскольку датчик положения объектива используется для регулировки конечного положения объектива в соответствии с указаниями камеры.
• CDAF измеряет контрастность объекта и перемещает объектив, пока не найдет положение, обеспечивающее максимальный контраст. Он не зависит от конкретного положения объектива, обеспечивающего правильную фокусировку на определенном расстоянии, а зависит только от нахождения положения объектива, обеспечивающего наибольшую контрастность.
• PDAF на основе датчика изображения может использовать последующие измерения и пересмотренные инструкции так же, как CDAF делает «нулевую точку» на мишени AF. По мере того, как расстояние, на которое линза должна двигаться, уменьшается, уменьшаются и любые связанные с этим ошибки, если линза перемещается на немного другое расстояние, чем указано. При использовании объективов STM наименьшая возможная единица движения — это один шаг шагового двигателя, и автофокусировка не сможет приблизиться ближе, чем на ближайший шаг, независимо от того, какая технология автофокусировки используется.

Я предполагаю, что pdaf на датчике без cdaf все еще должен преодолевать ошибки (например, фокусное расстояние фланца, позиционирование объектива). Позволяет ли pdaf на датчике преодолевать такие ошибки, может быть, итерациями?

Большинство, если не все, ошибки фокусировки такие же, как и при фактической съемке изображения, и, таким образом, компенсируются, поскольку PDAF выполняется в основном датчике изображения, а не в отдельном датчике PDAF. PDAF на основе основного датчика изображения также имеет то преимущество, что он не является «слепым» без рефлекторного зеркала, блокирующего основной датчик изображения. При повторном измерении фокуса после перемещения объектива после первоначального измерения и до того, как изображение будет снято без зеркала в миксе, не так много штрафа за скорость. Благодаря возможности выполнять пошаговые измерения по мере перемещения объектива можно значительно уменьшить ошибки, возникающие из-за различий между заданным и фактическим значениями перемещения.Ошибка в 1% для перемещения на 0,1 мм будет значительно меньше, чем ошибка в 1% для перемещения в 10 мм, в 100 раз.

_{¹ Даже в режимах «Следящая» или «Непрерывная» автофокусировка выполняется следующим образом: одно измерение PDAF → одно движение объектива → одно измерение PDAF → одно движение объектива → до тех пор, пока кнопка спуска затвора не будет полностью нажата. Нет уточнения положения объектива до «нуля» на расстоянии неподвижного объекта. Скорее, он основан на предположении, что объект, скорее всего, будет находиться на разном расстоянии для каждого измерения PDAF → цикл движения объектива . Каждое дополнительное измерение выполняется для измерения того, как перемещался объект, а не того, насколько близко объектив подошёл к правильной фокусировке объекта в предыдущем цикле измерения → перемещения . Прогностическая логика также используется для оценки того, где субъект будет находиться в xx.количество микросекунд, когда затвор открывается после поднятия зеркала.
² Как PDAF, так и CDAF зависят от контраста между деталями объекта, чтобы измерить, насколько сфокусирован объектив.}

Это не зависит от типа датчика (специальный PDAF против PDAF датчика изображения).

Необходимость регулировки связана с тем, что фазовая автофокусировка работает, используя данные сенсора для определения абсолютного расстояния фокусировки объектива. Если объектив делает не то, что делает камера (из-за физических недостатков, несовместимости объективов), страдает точность фокусировки.

(Напротив, автофокусировка на основе контраста ;-) управляет объективом, не зная и не нуждаясь в абсолютных положениях, и, следовательно, без необходимости точной настройки. Он просто говорит объективу двигаться вперед или назад, пока результат не будет приемлемым. Даже если механизм объектива немного неисправен, он все равно в конечном итоге установит правильную фокусировку.)

На более глубоком уровне ни одна цифровая камера не нуждается в регулировке автофокуса. Это пережиток древних времен, когда пленочные камеры не могли проверить, что же на самом деле запечатлено. В настоящее время каждая камера может просто учиться на основе немедленно доступных результатов и автоматически настраивать расстояния автофокусировки с определением фазы с минимальным вмешательством пользователя. Но насколько я знаю, они этого не делают.