سیستم فوکوس خودکار چگونه کار می کند؟

[آبجی]

فوکوس خودکار یک سیستم ارزشمند است که امروزه در بیشتر دوربینها وجود دارد و باعث صرفه جویی در زمان می شود. در بیشتر حالات، این سیستم به بالاتر رفتن کیفیت عکسی که می گیریم کمک زیادی میکند.
در این مقاله، در مورد دو نوع سیستم فوکوس خودکار موجود مطالبی را خواهید آموخت. ضمنا ترفندهایی را یاد می گیرید که از مات شدن عکسهایتان بر اثر اشتباه سیستم فوکوس خودکار جلوگیری نمایید.
فوکوس خودکار چیست؟
سیستم فوکوس خودکار یا اتوفوکوس (AF) را می توان سیستم فوکوس برقی نیز نامید، چون از یک کامپیوتر برای به حرکت در آوردن یک موتور مینیاتوری و فوکوس لنز برای شما بهره می‌گیرد. فوکوس عبارت است از حرکت به عقب و جلوی اجزائی از لنز تا زمانی که دقیق‌ترین تصویر ممکن بر روی فیلم یا سنسور تصویر تشکیل شود. باتوجه به فاصله سوژه از دوربین، لنز باید فاصله مشخصی از سنسور بگیرد تا بتواند تصویر واضحی را تشکیل دهد.
در بیشتر دوربین‌های پیشرفته، فوکوس خودکار یکی از امکانات خودکاری است که برای راحتی گرفتن عکس در دوربین تعبیه شده است. کلا دو نوع سیستم فوکوس خودکار وجود دارد: سیستم فعال و غیر فعال، در بعضی از دوربین ها ممکن است از ترکیبی از این دو سیستم استفاده شود. بطور کلی، در گذشته، دوربینها بیشتر از سیستم فعال استفاده می‌کردند، در حالی که بیشتر دوربینهای SLR حرفه‌ای با لنزهای قابل تعویض و دوربین های اتوماتیک امروزی، از سیستم‌های غیر فعال بهره می‌گیرند.
فوکوس خودکار فعال
در سال 1986، شرکت پولاروید از نوعی سیستم فاصله یاب صوتی (سونار)، مشابه آنچه که زیر دریایی‌ها در زیر دریا بکار می‌برند، برای یافتن فاصله دوربین تا سوژه استفاده نمود. این دوربین با یک پخش کننده، اصواتی با فرکانس بسیار بالا منتشر می کرد و سپس امواج برگشتی را دریافت می‌نمود. این مدلها که شامل Polaroid Spectra و SX-70 بودند، زمانی را که طول می‌کشید تا امواج برگشتی اولتراسونیک به دوربین برسند محاسبه نموده و فوکوس لنز را بر اساس آن تنظیم می کردند. استفاده از صوت، محدودیتهای خاص خود را داشت، مثلا اگر می‌خواستید از درون یک اتوبوس با پنجره‌های بسته عکس بگیرید، امواج صوتی بجای برخورد به سوژه مورد نظر در بیرون اتوبوس، به شیشه برخورد میکرد و باعث می شد تا دوربین در فوکوس اشتباه نماید.
این سیستم پولاروید، یک سیستم کلاسیک فعال محسوب می‌شد. این سیستم بخاطر این فعال نامیده می‌شد که دوربین برای تشخیص فاصله جسم تا دوربین، چیزی را از خود انتشار می‌داد (در این مورد امواج صوتی).
سیستم فوکوس خودکار فعال روی دوربین‌های امروزی، بجای امواج صوتی از سیگنالهای مادون قرمز استفاده می‌کنند که برای فوکوس روی اشیائی تا فاصله 6 متر و کمی بیشتر تا دوربین عالی عمل می‌کند. سیستم‌های مادون قرمز از تکنولوژیهای مختلفی برای سنجش فاصله جسم استفاده می‌کنند. این سیستمها معمولا شامل تکنولوژیهایی نظیر:
- مثلث بندی
- سنجش میزان نور مادون قرمز برگشتی از جسم
- زمان
می‌باشند.
مثلا در این سند (http://www.delphion.com/details?pn=US04843416) سیستمی شرح داده شده که یک پالس نور مادون قرمز را به سمت جسم می تاباند و از میزان نور بازتاب شده برای تشخیص فاصله جسم تا دوربین استفاده می‌کند. سیستم مادون قرمز، یک سیستم فعال محسوب می‌شود، چون دوربین همیشه باید یک انرژی نوری مادون قرمز نامرئی را هنگام فوکوس به بیرون دوربین بفرستد و آن را پس بگیرد.
تصور دوربینی که مانند پولاروید بجای امواج صوتی امواج مادون قرمز به بیرون می‌فرستد، کار مشکلی نیست. جسم نور مادون قرمز را به سمت دوربین منعکس می‌کند و ریزپردازنده دوربین، زمان بین ارسال و دریافت امواج را محاسبه می‌کند. با این اختلاف زمانی و مشخص بودن سرعت امواج، می توان فاصله دقیق را محاسبه نمود و به موتورهای لنز، فرمان لازم برای حرکت به سمت جلو یا عقب، برای رسیدن به فاصله مورد نظر را صادر کرد. این فرآیند فوکوس تا زمانی که کاربر شاتر را تا نیمه فشرده نگاه داشته باشد مرتب تکرار می شود. تنها تفاوت بین این سیستم و سیستم اولتراسونیک در سرعت پالسها می‌باشد. امواج اولتراسونیک با سرعت صدها کیلومتر در ساعت حرکت میکنند (شرعت صوت)، در حالی که سرعت امواج مادون قرمز صدها هزار کیلومتر در ثانیه (سرعت نور) است.
سنجش امواج مادون قرمز نیز دچار مشکلاتی می‌باشد. مثلا:
- یک منبع امواج مادون قرمز از یک شعله آتش (مثلا شمع‌های کیک تولد) می‌تواند سنسور سیستم مادون قرمز را دچار سردرگمی نماید.
- یک جسم سیاه می تواند شعاع نوری مادون قرمز را جذب نموده و برگشتی نداشته باشد.
- شعاع مادون قرمز ممکن است توسط چیزی جلوتر از سوژه مورد نظر برگشت داده شود و به سوژه مورد نظر ما نرسد.
یکمزیت سیستم فوکوس فعال این است که براحتی در تاریکی مطلق کار میکند و عکاسی با فلاش را بسیار موثر و راحت می‌کند.
روی هر دوربینی که از سیستم مادون قرمز استفاده می‌کند، می توانید هم پخش کننده نورمادون قرمز و هم دریافت کننده آن را در جلوی دوربین، تقریبا نزدیک منظره یاب مشاهده نمایید.
برای استفاده موثر از سیستم فوکوس خودکار مادون قرمز، باید مطمئن شویم که هم پخش کننده و هم دریافت کننده مادون قرمز مسیر باز و بدون تداخلی تا سوژه مورد نظر دارند و مثلا در جلوی آنها یک توری یا نرده _همانند قفس‌های باغ وحش – وجودندارد. اگر سوژه دقیقا در وسط نباشد، ممکن است نور از جسم دیگری که مد نظر ما نیست بازگردانده شود و فوکوس در نقطه اشتباه صورت بگیرد. بنابر این باید همیشه هنگام فوکوس سوژه را در میان کادر قرار داد. اشیاء بسیار درخشان یا نورهای درخشان ممکن است تشخیص نور برگشتی برای دوربین را با مشکل مواجه نمایند، بنابر این تا حد ممکن از قرار دادن چنین مواردی در کادر اجتناب نمایید.

[آبجی]

سیستم‌ها فوکوس خودکار غیر فعال
سیستم‌های فوکوس خودکار غیر فعال در بیشتر دوربین های SLR و اتوماتیک امروزه مشاهده می شود و فاصله جسم تا دوربین را با تحلیل کامپیوتری تصویری که دریافت می‌کند انجام می‌دهد. دوربین منظره واقع در کادر را در نظر می‌گیرد و با عقب و جلو بردن لنز، بهترین فوکوس ممکن را جستجو می‌کند.
سنسور فوکوس مورد استفاده یک CCD است (از جنس همان سنسورهای تصویر دوربین‌های دیجیتال) که ورودی الگوریتم‌هایی را که کنتراست اجزاء واقعی تصویر را محاسبه می‌کند، فراهم می‌نماید. سنسور CCD مورد استفاده معمولا یک نوار باریک 100 یا 200 پیکسلی است. نور تشکیل شده از لنز به این باریکه برخورد می‌کند و ریز پردازنده دوربین مقادیر شدت نور در هر پیکسل را مورد بررسی قرار می‌دهد. تصاویر زیر به شما کمک می‌کند تا آنچه را که دوربین می بیند، درک نمایید:


http://www.akkasee.com/digitalcamera/image/autofocus/image001.jpg

منظره خارج از فوکوس
http://www.akkasee.com/digitalcamera/image/autofocus/image002.jpg
تصویر خارج از فوکوس روی نوار باریک



http://www.akkasee.com/digitalcamera/image/autofocus/image003.jpg

منظره فوکوس شده
http://www.akkasee.com/digitalcamera/image/autofocus/image004.jpg

تصویر فوکوس شده روی نوار باریک ریز پردازنده دوربین به پیسکلهای روی نوار سنسور نگاه میکند و تفاوت شدت نور در سلولهای همجوار را اندازه می‌گیرد. اگر منظره خارج از فوکوس باشد، پیسکلهای مجاور دارای شدت نورهای مشابه هم می‌باشند. ریزپردازنده لنز را حرکت می‌دهد و دوباره پیکسلهای سنسور را بررسی میکند و می‌بیند که آیا اختلاف بین شدت نور پیکسلهای مجاور بیشتر شده (رو به فوکوس) یا کمتر شده است. سپس ریزپردازنده به جستجوی نقطه‌ای می‌پردازند که بیشترین اختلاف شدت بین پیکسلهای مجاور وجود داشته باشد، این نقطه، بهترین موقعیت فوکوس است. به تفاوت پیکسلها در مستطیل‌های قرمز توجه نمایید: در مستطیل بالایی، تفاوت در شدت نور بین پیکسلهای مجاور بسیار جزئی است، در حالی که در مستطیل پایینی، این تفاوت بیشتر شده است. چیزی که در مستطیل‌های قرمز میبینید، همان چیزی است که ریز پردازنده دوربین می‌بیند و بر اساس آن موتور لنز را به عقب و جلو می‌برد.
در سیستم غیر فعال فوکوس باید نور و کنتراست در تصویر وجود داشته باشد تا بتواند وظیفه خود را بخوبی انجام دهد. در تصویر باید جزئیاتی موجود باشد تا کنتراست کافی ایجاد نماید. اگر بخواهید از یک دیوار خالی یا یک جسم بزرگ با رنگ یکنواخت عکس بگیرید، دوربین نمی‌تواند پیکسلهای مجاور را مقایسه نماید و بنابر این در فوکوس دچار مشکل می‌شود.
در سیستم فوکوس غیر فعال همانند سیستم های فعال مادون قرمز یا اولتراسونیک، محدودیتی برای فاصله جسم تا دوربین وجود ندارد. ضمنا سیستم فوکوس غیر فعال، براحتی از میان یک پنجره نیز فوکوس را براحتی انجام میدهد، چون آن هم، همانطور که شما می‌بینید، تصویر را می‌بیند.
سیستم‌های فوکوس غیر فعال معمولا نسبت به جزئیات در راستای عمودی واکنش نشان می‌دهند (یعنی سنسورهای فوکوس معمولا افقی قرار گرفته‌اند). وقتی دوربین را بصورت افقی نگاه داشته‌اید، سیستم فوکوس غیر فعال برای فوکوس روی یک کشتی واقع در افق مشکل دارد، ولی براحتی روی یک میله پرچم فوکوس می‌کند. اگر دوربین را در وضعیت افقی معمولی نگاه داشته‌اید، سعی نمایید روی لبه‌های عمودی اشیاء فوکوس نمایید. برعکس در صورتی که دوربین را در وضعیت عمودی نگاه داشته‌اید، بهتر است روی جزئیات افقی فوکوس نمایید.
در طراحی دوربین‌های جدیدتر و گرانقیمت‌تر سعی شده که از ترکیبی از سنسورهای افقی و عمودی برای حل این مشکل استفاده شود. اما هنوز جلوگیری از سردرگمی دوربین بر اثر فوکوس روی اجسام با رنگ یکنواخت بر عهده عکاس است.
باید با نگاه کردن از درون منظره یاب به یک تصویر کوچک یا کلید برق بر روی یک دیوار بزرگ خالی، ببینید سنسور فوکوس خودکار دوربین‌تان چه سطحی را می‌پوشاند. دوربین را از راست به چپ حرکت دهید و ببینید در چه نقطه‌ای دچار سردرگمی می شود. نقطه حساس و موثر فوکوس را در دوربینتان پیدا نمایید و برای فوکوس دقیق‌تر و سریع‌تر، سوژه مورد نظر را در این نقطه قرار دهید و بعداز فوکوس کادربندی لازم را برای عکس انجام دهید.

[آبجی]

آیا سیستم‌های فوکوس خودکار همیشه سریعتر و دقیقتر هستند؟
نهایتا تشخیص اینکه سوژه مورد نظر در فوکوس قرار دارد یا نه بر عهده عکاس است. دوربین صرفا در این تصمیم گیری به شما کمک می کند. دو عامل اصلی مات شدن تصویر در هنگام استفاده از سیستم فوکوس خودکار عبارتند از:
- فوکوس اشتباه دوربین بر روی پس زمینه یا جلو زمینه
- حرکت کردن دوربین هنگام فشار دادن دکمه شاتر
چشم شما دارای یک سیستم فوکوس خودکار بسیار سریع است. این آزمایش ساده را انجام دهید: دستتان را در نزدیکی صورت تان نگاه دارید و روی آن فوکوس کنید. بعد بسیار سریع روی جسمی دورتر از دستتان توجه نمایید. جسم واقع در دور دست واضح است، ولی دست شما واضح و در فوکوس نیست. دوباره به دستتان نگاه نمایید. دستتان واضح است، ولی از گوشه چشم می بینید که جسم دور مات شده است. دوربین شما با این سرعت و دقت قادر به فوکوس روی اجسام دور و نزدیک نیست، بنابر این شما باید به آن کمک نمایید.
قفل فوکوس: راهی برای گرفتن تصاویر با فوکوس عالی
کاربر دوربین می تواند با استفاده نامناسب باعث اشتباه سیستم فوکوس خودکار دوربین شود. قرار دادن دو نفر در میان کادر ممکن است باعث تار شدن تصویر شود، چرا که دوربین روی فضای خالی بین آنها _فضای بین دو کروشه_ فوکوس می‌نماید. چرا؟ چون سیستم فوکوس خودکار دوربین معمولا در مد منظره در پس زمینه – دور دست- فوکوس می کند و در اینجا پس زمینه فضایی است که از میان دو نفر دیده می‌شود.
راه حل این است که سوژه‌های خود را خارج از مرکز قرار دهید و از قفل فوکوس دوربین‌تان استفاده نمایید. معمولا، قفل فوکوس با فشردن شاتر تا نیمه و نگاه داشتن آن فعال می شود، اکنون در حالی که شاتر ار تا نیمه نگاه داشته اید و روی سوژه مورد نظر فوکوس کرده‌اید میتوانید کادر بندی مورد نظر خود را اعمال نمایید. مراحل کار به این ترتیب است:
1- تصویر را بصورتی ترکیب بندی نمایید که سوژه در یک سوم راست یا چپ تصویر واقع شود. (تصاویری که به این صورت ترکیب بندی شوند چشم نوازترند). شما بعدا دوباره به این کادربندی بر می‌گردید.

http://www.akkasee.com/digitalcamera/image/autofocus/image005.gif
2- دوربین را به سمت چپ و راست حرکت دهید، به گونه‌ای که کروشه وسط تصویر روی سوژه مورد نظر واقع شود.


http://www.akkasee.com/digitalcamera/image/autofocus/image006.gif
3- شاتر را تا نیمه فشار دهید تا دوربین روی سوژه مورد نظر فوکوس نماید. انگشت خود را در همین وضعیت روی شاتر نگاه دارید.
4- به آرامی دوربین را به سمت راست یا چپ (یا احیانا بالا و پایین) حرکت دهید تا کادر بندی مورد نظر در بخش 1 را به دست آورید. شاتر را تا آخر فشار دهید تا عکس گرفته شود. ممکن است برای عادت کردن به این روش به کمی تمرین و تمرکز نیاز داشته باشید، ولی نتیجه کار عالی است.

http://www.akkasee.com/digitalcamera/image/autofocus/image007.gif
ضمنا می‌توانید از همین روش در وضعیت عمودی نیز استفاده نمایید، مثلا هنگامی که یک کوه یا ساحل را در پس زمینه عکس دارید.
چه هنگامی باید از فوکوس دستی استفاده نماییم؟
حلقه فوکوس دستی روی دوربینهای SLR و بعضی از دوربین غیر SLR وجود دارد. در بعضی از دوربین‌های اتوماتیک نیز، با استفاده از چرخاندن یک گردونه یا فشار یک دکمه، میتوان بصورت دستی فوکوس نمود. وقتی می‌خواهید از یک حیوان پشت نرده یا قفس در باغ وحش عکس بگیرید، سیستم فوکوس خودکار دوربین احتمالا بجای فوکوس روی حیوان، روی میله‌ها یا سیم توری قفس فوکوس میکند. در دوربین‌هایی که دارای فوکوس دستی هستند در چنین مواردی از فوکوس دستی استفاده نمایید:
- یک لنز زوم روی دوربینی با سیستم فوکوس فعال دارید و جسم شما بیش از 7-8 متر فاصله دارد.
- دوربینی با سیستم فوکوس غیر فعال دارید و جسم مورد نظر دارای حزئیات کمی است و یا جزئیاتی ندارد، همانند یک یک پیراهن سفید کامل بدون کراوات.
- سوژه شما دارای نور کافی نیست یا خیلی درخشان است و بیشتر از 7-8 متر فاصله دارد.
- در حال عکاسی ماکرو هستید که عمق میدان شما بسیار باریک است و دوربین دقیقا در محل مورد نظر شما فوکوس نمی‌کند.
- سایر مواردی که فکر می‌کنید سیستم فوکوس خودکار دوربین، قادر به فوکوس مورد نظر شما نیست.

[آبجی]

سیستم فوکوس خودکار دوربین‌های ویدئویی
سیستم فوکوس در یک دوربین ویدئویی، سیستم غیر فعال است که معمولا از ناحیه مرکزی تصویر برای فوکوس استفاده می‌نماید. هر چند این مکانیزم برای فوکوس سریع مناسب است، ولی دچار مشکلات خاص خود نیز می‌باشد:
- می تواند در شرایط خاصی عکس‌العمل کندی داشته باشد.
- در بعضی موارد بدون نتیجه برای یافتن جسمی که روی آن فوکوس کند، مرتب لنز را عقب و جلو میکند.
- وقتی جسم موردنظر در مرکز کادر نیست، روی نقطه ناخواسته فوکوس ‌می‌کند.
- وقتی چیزی از بین سوژه و لنز عبور نماید، فوکوس تغییر می‌کند.
دوربین های ویدئویی با فوکوس خودکار در نور مناسب بهتر عمل می‌کنند. در نور کم، بهتر است از فوکوس دستی استفاده نمایید.
لامپ کمی فوکوس
امروزه بیشتر سازندگان دوربین‌هایشان را با یک لامپ ( که معمولا کنار یا بالای لنز قرار دارد) مجهز می‌کنند که در شرایطی که نور کافی نیست، جسم مورد نظر شما را با آن روشن می‌کنند. این لامپ در شرایطی که دوربینهای عادی دچار مشکل هستند،به سیستم فوکوس دوربین برای فوکوس دقیق کمک میکند. معمولا برد این لامپ کوتاه و تا حدود 3-4 متر است. بعضی لامپ‌ها بجای نور مرئی، از نور مادون قرمز استفاده می‌کنند که برای عکاسی از سوژه‌های خاص بدون متوجه کردن یا اذیت کردن آن بهتر است. سیستم‌های فلاش خارجی و پیشرفته، لامپ کمکی فوکوس با برد بیشتر و عملکرد بهتری را فراهم می‌کنند.



http://www.akkasee.com/digitalcamera/image/autofocus/image008.jpg

سیستم کمکی فوکوس، روی این دوربین کانن S50، بالای لنز و کنار فلاش واقع شده استو در واقع یک سیستم دو منظوره است. در شرایط نور کم، ابتدا یک شعاع نوری طرحدار سفید می‌تاباند و سیستم فوکوس دوربین قفل می‌کند. سپس، اگر فلاش و سیستم ضد قرمزی چشم فعال باشد، قبل از گرفتن عکس چند بار نور می تاباند تا مردمک چشم تنگ‌تر شود و چشم قرمز نشود.


http://www.akkasee.com/digitalcamera/image/autofocus/image009.jpg

سیستم فوکوس خودکار هولوگرام، بر روی بعضی از دوربین‌های سونی وجود دارد و با تابش یک طرح ضربدری نور لیزر روی سوژه، به فوکوس دوربین کمک می‌کند. این نور درخشان لیزر به سیستم فوکوس خودکار تشخیص کنتراست دوربین کمک میکند تا روی جسم مورد نظر فوکوس و قفل نماید. این سیستم تا زمانی که جسم به اندازه کافی بزرگ باشدتا چند باریکه نور روی آن واقع شود، به خوبی کار می‌کند. از مزایای این سیستم این است که فوکوس روی اجسامی که دارای کنتراست و یا جزئیات کافی نباشند نیز براحتی انجام می‌شود. با بررسی سیستم‌های مختلف فوکوس، اکنون با راحتی و دید بازتری می توانیم دوربین خود را در شرایطی قرار دهیم تا بهترین فوکوس و فوکوس در نقطه مورد نظر را انجام دهد