Принцип работы автофокуса

Все ли знают, что означает прямоугольник в центре дисплея фотоаппарата, меняющий цвет контура с белого на зелёный или красный (в некоторых камерах возможны вариации, и есть ещё жёлтый сигнал или какой-нибудь мигающий), когда мы производим преднажатие кнопки спуска? Почему вообще это именно прямоугольник, а не круг, и почему именно такого размера? Всё дело в том, что автоматическая фокусировка производится на основании данных, взятых не со всего кадра, а только его части, которая и изображена этим самым прямоугольником, и это и есть примерные габариты датчика автофокуса.

Предлагаю обратиться к схеме.

Датчик "смотрит" с помощью двух сенсоров в точку фокусировки (название "точка", кстати, - чисто условное) под двумя разными углами, как бы немного правее и немного левее. Световые потоки (синий и зелёный на схеме), принимаемые вышеупомянутыми двумя сенсорами, преломляются линзой объектива на определённые углы. Таким образом, датчик получает два совершенно одинаковых изображения, но несколько смещённые относительно друг от друга (см. верхний рисунок: чтобы было видней, я нарисовал даже не смещение, а сильное удаление "картинок" (синий и зелёный прямоугольники на датчике), хотя на самом деле это некорректно). А теперь для пущей наглядности проделайте следующую процедуру. При просмотре интернет-страниц, наведите курсор на какую-нибудь некликабельную картинку, щёлкните кнопкой мыши и, удерживая её нажатой, отведите немного в сторону. На экране появится полупрозрачная смещённая копия данной картинки. Вот примерно так, судя по всему, "видит" два одинаковых изображения датчик автофокуса. Это и есть случай нерезкости, а чтобы её, резкость, получить, надо что? Правильно: совместить эти изображения.

Достигается это путём преломления световых потоков за счёт изменения положения линзы относительно датчика (нижний рисунок схемы). На сколько нужно линзу приблизить или, наоборот, удалить с помощью микромоторчиков, процессор камеры "знает", поскольку это зависит строго математически от расстояния, на которое были смещены те два изображения.

Но что такое резкость для фотоаппарата (как, в принципе, и для глаза)? Это - контрастность между соседними пикселами. В Photoshop'е даже есть такой фильтр - "Контурная резкость", применив который к какой-либо картинке, мы повысим контрастность между соприкасающимися тёмными и светлыми пикселами, и выглядит это как увеличение резкости по краям предметов. Так что, для успешной автоматической фокусировки, в поле зрения датчика необходимо присутствие каких-то контрастных объектов, иначе ему просто будет нечего и не с чем совмещать.

Это легко проверяется следующим опытом. Возьмём чистый лист бумаги и нарисуем на нём небольшую чёрточку. Теперь возьмём фотоаппарат и наведём его таким образом, чтобы в рамку в центре дисплея не попало ничего, кроме пустой части бумаги. Прижимаем кнопку спуска... Что нам отвечает фотоаппарат? Конечно же он ругается и окрашивает прямоугольник красным цветом. Ведь датчик получает два однородных белых по всей площади изображения, из-за чего вычислить степень их смещения не
представляется возможным. А теперь переместим камеру так, чтобы хотя бы чуть-чуть захватить датчиком нарисованную нами чёрточку, и - о чудо! - контуры прямоугольника стали зелёными, фотоаппарат сфокусировался!

Однако не только сплошной цвет (бумага, небо) сбивает с толку датчик фокусировки. Такой же эффект может производить любая текстура, обладающая однородностью, непрерывно повторяющимся узором. Самый простой способ сфокусироваться в этом случае - повернуть камеру так, чтобы показать датчику более подходящие для этого объекты, прижать кнопку спуска и, когда фокусировка будет выполнена, не отпуская кнопки вернуть фотоаппарат в исходное нужное положение. Но бывает, что произвести такие манёвры нвозможно. Например, мы очень долго и упорно устанавливали фотоаппарат на штативе, готовясь к макросъёмке, выверяли его
положение по миллиметрам, короче говоря, лишний раз его уже не пошевелить. Но при фокусировке обнаруживаем, что "попали" датчиком в однородную зону, о чём нам не замедлит сообщить красный цвет. Вот для таких случаев и предусмотрен режим автофокусировки по зонам.

До сих пор я вёл рассказ на примере одного датчика - центрального, который, как правило, работает по умолчанию. Но вообще-то датчиков фокусировки в современном фотоаппарате несколько, и количество зависит от степени его "продвинутости" и может достигать нескольких десятков. В режиме фокусировки по зонам ("точкам") камера "стреляет" одним из датчиков и, в случае несоответствия условий по контрастности, переходит к следующему датчику и так, пока не найдёт наиболее подходящий, где можно было бы "зацепиться". Процесс этот происходит, конечно же, гораздо быстрее, чем я о нём пишу, а результатом его станет появление одного или нескольких зелёных прямоугольников в разных частях дисплея, показывающих на каком уровне попадающие в кадр объекты будут максимально резкими. Вот теперь попробуем в таком режиме (он выбирается через меню и обозначается, как
правило, в виде разлинованного на множество прямоугольников кадра) провести эксперимент с бумагой и чёрточкой на ней: наведём камеру так, чтобы в кадр попала и чёрточка, но находилась бы она в отдалении от центрального датчика. Фотоаппарат тут же её "обнаруживает" и выделяет зелёной рамочкой. Я надеюсь, все понимают, что, в какой части кадра - правой, левой, снизу, сверху - ни находился бы объект, за который "зацепился" автофокус, границы глубины резкости будут пересекать строго перпендикулярно прямую линию, направленную от продольной оси объектива (вспомним схему, которую я рисовал, рассказывая про диафрагму и ГРИП).

Вот так производители фотоаппаратуры облегчают нам жизнь, хотя, впрочем, в ряде случаев не просто достаточно, а даже удобней пользоваться "центральным", а не "многоточечным" режимом автофокусировки.

Котэ мало-мало вытянул.

Раз, два - очень доходчиво. У меня, боюсь, так не получится.
А это конкретный пример.

От себя скажу только, что "завалов" таких сильно бояться не стоит - иногда они могут быть использованы как худ. прием.
например так

или так

Этот вопрос - по теме про разную светоотражаемость различных материалов. Когда в кадре преобладает какой-то один материал (мой случай - мушка на белой бумаге), экспонометр ошибается из-за не нейтральной светоотражаемости, и приходится делать поправки. Потому, что он проводит замер, оценивая общую ситуацию в кадре, а общая ситуация тут - подавление белым небольшого количества тёмных участков. Вот так происходит при центральновзвешенном режиме, а он работает практически всегда по умолчанию, если не переключить принудительно в другой режим.

Но в большинстве обычных сюжетов в кадр попадает примерно равное количество объектов с отражаемостью выше "нормы", ниже её и с нормальной, так что общая усреднённая картина будет "нейтральной", и экспозамер пройдёт без ошибок.

Но если в кадре слишком много светлого или очень тёмного, то замер по общей ситуации даст ошибки, и во избежание этого удобно замерять количество света по какому-то отдельному предмету, не чересчур светлому и не чересчур тёмному. Точечный режим позволяет фотографу выбрать какой-то определённый участок в кадре, в котором предметы будут предположительно "нейтральными", и замер экспозиции будет произведён только по этой зоне, таким образом, получается экспозиция без ошибок.

Матричный режим предполагает возможность замерить экспозицию по предмету, свет от которого попадает на какую-то любую выбранную ячейку матрицы. Это в теории вроде так, но я ни разу, честно говоря, не использовал матричный замер и как-то смутно себе представляю, как вручную выбирать один пиксел из нескольких миллионов. Может, кто-то другой объяснит.

"Зум-коэф" я не знаю, что такое. Может, это "местное" определение, принятое именно для этой модели фотоаппарата. Тут лучше к инструкции обратиться.