Zamýšľali ste sa niekedy nad špecifikáciami autofocusu?

U bezzrkadloviek býva uvádzaná len citlivosť (low-light AF sensitivity), napríklad -4EV u A7S.
U zrkadloviek je okrem citlivosti (ktorá bola asi prvý krát vychvaľovaná u Canonu 6D, lebo so svojimi -3EV u stredového bodu, to bola vtedy najcitlivejšia zrkadlovka v predaji) ešte uvádzaná aj clona a prípadné krížové body.

Je nejaký rozdiel medzi citlivosťami zrkadloviek a bezzrkadloviek?
Áno, je.

Podľa praktických skúseností, bezrkadlovky dokážu využiť aj svetelnosť svetelných skiel, vďaka čomu môžu lepšie zaostrovať v zlých svetelných podmienkach, aj keď podľa deklarovanej špecifikácie ich zaostrovací modul môže byť menej citlivý.

Špecifikácie PDAF

Ako som už napísal, okrem citlivosti je u zrkadloviek uvádzaná aj pracovná clona a “krížovosť” (či dokáže detekovať hrany len horizontálne, alebo aj vertikálne). V poslednej dobe sa výrobcovia snažia neimplementovať nekrížové AF body (keďže krížové sú lepšie) a tak sa v špecifikáciách možno už bežne dočítať, že aj všetky AF body sú krížové:

45 bodov AF krížového typu (45 f/5,6 bodov AF krížového typu, 27 f/8 bodov [9 krížového typu], stredový bod je f/2,8 a f/5,6 dvojitého krížového typu)

Alebo sa dá dočítať:

65-bodové AF krížového typu (stredový bod je extra citlivý duálny bod krížového typu pri f/2,8, krížový typ pri f/8 a s citlivosťou do -3EV)

Problém číslo 1: extra citlivý bod

Čo vlastne znamená “extra citlivý duálny bod krížového typu pri f/2,8”?

V špecifikáciách najnovšej 6D mark II je napísané len:

AF working range: Via optical viewfinder: EV -3 – 18 (at 23 °C & ISO 100) with centre AF point & f/2.8 or brighter lenses

Ako vidno z popisu, uvedená citlivosť sa týka len svetelných skiel (so svetelnosťou F/2.8 alebo menej) a iba stredového bodu.  Neznamená to, že “duálne” alebo “krížové” body sú citlivejšie, znamená to, že ostatné body sú menej citlivé!

No bohužiaľ, v oficiálnych špecifikáciách sa o tomto nepíše, ani som nevedel vygoogliť text/obrázok s presnými hodnotami (hoci sa mi marí, že som nejaký obrázok s týmito hodnotami pred pár rokmi videl). U spomínanej 6D (a dokonca podľa dpreview  aj u najnovšej 6D mark II) sú ostatné body citlivé len na -0.5 EV (ako má AF tých najlacnejších zrkadloviek, alebo ako mala jeho “predchodkyňa” z roku 2005: 5D mark II):

following in the footsteps of the original 6D’s autofocus system, only the center point is good in the dark, as it’s rated down to -3 EV; every single other point is rated to a rather disappointing -0.5 EV.

Preto je s bodmi mimo stredu horšie ostrenie ako so stredovým bodom: lebo sú menej citlivé (nie len preto, že nie sú krížové).

Na konceptuálnom diagrame AF bodov (z recenzie 6D na imaging-resources) dokonca vidno, že ten najcitlivejší AF bod nie je ani krížový, ale len vertikálny:

Fyzicky ale snímač AF modulu vyzerá úplne inak.
Napríklad takto vyzerajú cross-type senzory (z článku Canon EOS DSLR Autofocus Explained):

Zrkadlovky teda zaostrujú menej kvalitne mimo stredového bodu: nedokážu zaostriť v takom zlom osvetlení ako so stredovým bodom a navyše aj ostrenie samotné je menej presné
(keďže f/2.8 centrálny bod je navyše aj presnejší).

Problém číslo 2: efektívna clona

Ďalším problémom u zrkadloviek je aj to, že od určitej svetelnosti už AF nepracuje lepšie:
je mu jedno, či má objektív svetelnosť f/2.8 alebo f/1.4. Pre autofocus sa aj tak využíva len clona f/2.8, alebo dokonca len f/5.6.
(preto sa ani bežne nevyrábajú DSLR objektívy so svetelnosťou horšou ako f/6.3 .. a už s nimi bývajú problémy s ostrením .. keďže AF modul potrebuje na svoje fungovanie clonu f/5.6)

Priznám sa, že pôvodne som si myslel, že tieto hodnoty znamenajú, že objektív musí pri ostrení najprv zacloniť na túto clonu (aj keby sa fotilo na plnú dieru) a pri fotení sa musí táto clona zmeniť na nastavenú. Ale nie je to tak.

V skutočnosti sa clona meniť nemusí, ale na AF naozaj dopadá toľko isto svetla, či už sa použije objektív so svetelnosťou f/5.6 alebo f/1.4 (u bodov s citlivosťou f/5,6 samozrejme).
Je to preto, lebo v AF module sa nachádzajú “ďalšie clony”, ktoré prepúšťajú len určitú svetelnosť, bez ohľadu na to, že objektív môže byť aj svetelnejší.

Pekný pokus s autofocusom z D300 (ktorý je citlivý len na f/5.6) bol vykonaný v diskusii na dpreview. Kým ho ale popíšem, najprv musím vysvetliť, ako funguje AF u zrkadloviek:

Zloženie autofocusu zrkadloviek

Ako vidno na znázornenom obrázku (z článku Understanding DSLR Autofocus (Phase Detect Autofocus)), dopadajúce svetlo sa zrkadlom neodráža len do hranolu (alebo sústavy zrkadiel) a do hľadáčika, ale toto zrkadlo je zároveň polopriepustné: časť z toho svetla (asi 30%) prejde a odrazí sa ďalším pod-zrkadlom na autofocusový modul. Na autofocus zrkadloviek sa už v tomto kroku dostáva menej svetla ako na AF bezzrkadloviek, kde na snímač dopadá všetko svetlo.

No aj v autofocusovom module sú ďalšie optické súčiastky, ktoré majú podobnú funkcionalitu ako samotný fotoaparát: akoby mali vlastnú clonu (tvorenú štrbinou), majú PDAF šošovky a snímač. Ako vidno na obrázkoch z dikusie na dpreview:

Rozdiel medzi svetelným a menej svetelným sklom je v priemere vstupnej šošovky: čím je väčšia, tým sa na snímač môže dostať viac svetla (tým je objektív svetelnejší). Menej svetelnejší objektív má podobné vlastnosti, ako “prostriedok” toho svetelnejšieho objektívu. Podobný efekt sa dosahuje zaclonením.

Čosi podobné vidno aj u AF modulu na obrázku s princípom PDAF: na na snímač sa dostáva aj svetlo z kraja svetelného objektívu, no toto svetlo sa AF modulu nedostáva.
(v skutočnosti sa – pravdepodobne z podobného dôvodu – nedostáva ani do hľadáčika: aj na clone f/1.4 je v hľadáčiku záber s podobnou HO ako na clone f/2.8 )

Pokusy s AF modulom

V dpreview diskusii je niekoľko názorných obrázkov, nafotených za pomoci rozmontovaného AF modulu zrkadlovky D300, kde namiesto snímača bolo použité zobrazovadlo a výsledné zábery boli zosnímané. Tieto zábery dokazujú, že jas scény, ktorá sa dostala na snímač AF modulu bola až do f/5.6 rovnaká, na clone f/8 bol už menej zreteľný obraz (teda preto má AF problémy na vysokých clonách) no a na f/11 už nebolo vidno vôbec nič (teda nič nevidí ani autofocus).

Okrem toho sa tam rozbehla celkom zaujímavá diskusia.
Marianne Oelund tam ochotne odpovedá na otázky a zjavne sa tomu rozumie. Napríklad:

• Please, correct me if I am wrong, but I think that the smaller aperture of the AF optics is a disadvantage. If AF operates at f/5.6 while the actual shot is taken wide open at f/2.8 the depth of field as seen by AF is greater then DOF seen by the main sensor. Because of this AF optics is less sensitive to focusing error than the main sensor. For 36MP sensors in D800 and D810 it might cause some loss of sharpness.!
  Because of this AF optics is less sensitive to focusing error than the main sensor.!

• Two points:
  1. The AF doesn’t “operate” at f/5.6 DOF. It uses the f/5.6 circle of the main lens exit pupil as a baseline to triangulate from, but yes, this isn’t a very wide baseline and that’s why some camera companies offer f/4 or f/2.8 AF points. The DOF of the AF optics is another consideration entirely; its effective f-stop is typically around f/20 to f/30.
  2. Ultimate focusing precision depends on the resolution of the AF detection lines (I haven’t gotten to this part yet) as well as the quality of the AF optics, limitations from noise, etc. The AF system determines focus error by looking at image shift, rather than going by how sharp or blurred its image is. It is actually advantageous for it to have a very deep DOF, so it can still see some detail when the main lens is quite far out of focus. The disadvantage of the deep DOF (high focal ratio) is just the dimmer image that results.

Vysvetľuje aj dôvody, prečo sú majú AF body citlivosť F/5.6 => tie svetelnejšie body by zaberali viac miesta a museli by byť umiestnené viac do prostriedku:

In reply to steras • Aug 20, 2014
Q: steras wrote: Is the f/5.6 AF aperture the reason why “full frame” cameras have such little spread out AF-sensors?
A: I would say that the use of the f/5.6 circle is the reason why the AF sensors can have as much spread as they do. The f/4- and f/2.8-sensitivity points need to be kept even closer to center.Trying to set AF points closer to the image borders just gets one into trouble with the limited AF sub-mirror size, lens distortion and aberrations, and eclipsing of the exit pupil; those are the main reasons why we don’t have wider coverage of our FX sensors.

Porovnanie AF s bezzrkadlovkou

Z vlastnej skúsenosti viem, že zaostrovanie bezzrkadlovkou s F/1.8 sklami (ktoré používam najčastejšie) nie je žiaden problém, dokonca aj v stolnotenisovej hale na pohybujúcich sa hráčov: AF reaguje rýchlo a presne.

Keď som ale skúšal fotiť so setovým teleobjektívom, ako-tak to šlo len na minimálnom zoome (kde je clona F/4) a namaximálnom zoome (kde už som som mal clonu F/5.6) sa pohyb vôbec nedal fotiť a aj zaostrenie statického záberu trvalo značne dlho (no toto mohlo byť aj objektívom: aj na dobrom svetle bolo zaostrovanie na max. zoome pomalšie .. ale nie až tak .. navyše vtedy som skúšal zaostrovať na bežiaceho psa pomocou AF-C…)

Párkrát som porovnával rýchlosť zaostrovania mojej E-P5 so svetelnými sklami s bráchovou 6D (alebo kamošovou) a viedla si veľmi dobre. Pri pokusoch zaostriť na deku položenú na posteli (osvetelnú len jasom televízora) mal dokonca navrch (nad Taronom 24-70/2.8). S tým tamronom bol dokonca problém vôbec zaostriť a chytil sa až keď bola v telke svetlejšia scéna ako zvyčajne býva 🙂

Porovnanie zaostrovania bezzrkadlovky so zrkadlovkou (so svetelnými sklami) spravili aj na dpreview, v článku Sony Alpha 7R II can match or beat DSLR low light AF performance.
Na ich prekvapenie, lepšie zaostrovala práve bezzrkadlovka, hoci podľa špecifikácií citlivosti AF mala značne zaostávať. No my už vieme prečo to bolo tak 😉
(vlastne aj v tom článku je to naznačené, odporúčam si ho preto aspoň pozrieť)

 

Záver

Autofocus zrkadloviek pracuje len na svojej pracovnej clone:

• pri použití menej svetelného skla je tento AF bod nevyužitý
  (napríklad pri seťáku a pri AF bode s citlivosľou f/2.8)
• pri svetelnejšom skle sa zase využíva len toľko svetla, ako by malo menej svetelné sklo

Zacitujem priamo z diskusie:

It’s also important to understand that the f/2 lens passes exactly the same brightness, or light flux, within its central f/5.6 circle, as an f/5.6 lens does.  It is not “brighter” across that sub-circle within its exit pupil.

Znamená to ale, že AF zrkadloviek sa so zlepšujúcou svetelnosťou objektívu nezlepšuje.
Dokonca v praktických testoch zaostroval 24-70/2.8 zoom lepšie ako svetelné f/1.4 sklo.
(predpokladám, že to bolo spôsobené tým, že to svetelné sklo nebolo na plnú dieru až také ostré ako ten zoom)

Okrem toho zrkadlovky mimo stredu zvyčajne zaostrujú horšie (na rozdiel od bezzrkadloviek).
Dokonca aj deklarovaná zvýšená citlivosť u stredového bodu (so svetelnosťou f/2.8) nemusí u svetelnejšieho objektívu vždy pomôcť, keďže tento AF bod nebýva vždy krížový.

U bezzrkadloviek (aspoň u tej mojej) to ale funguje tak, ako by sme predpokladali:
Čím svetelnejší objektív, tým rýchlejšie dokáže v kritických situáciách foťák zaostriť.
Autofocusu pomáha aj stabilizácia: tým, že udržiava AF bod nasmerovaný na rovnaké miesto.

Pravdepodobne vďaka týmto dvom faktorom môžu niekedy bežné bezzrkadlovky (so slabšími hodnotami v špecifikáciách) v zaostrovaní prekonávať aj tie najlepšie zaostrujúce zrkadlovky.