Hur kan kameran hitta fokus?

Pentax ME-F med autofokus (foto: ZanderZ)
Pentax ME-F med autofokus (foto: ZanderZ)

Idag är autofokus något som de flesta förväntar sig i sin kamera oavsett om det är en billig kompaktkamera till en dyr proffskamera. Annat var det längre tillbaka när kameran började hamna hos vanligt folk som inte var fotografer. De första var det inte mycket man kunde ställa utan man fick nöja sig med det man fick med på bilden. Men de begränsade kamerorna ersattes med uppdaterade versioner där man kunde ställa skärpan med hjälp av en avståndsskala på objektivet.

Efter det gick det fort och det blev allt enklare att ta en bild med skärpa. Särskilt när kameror med ljusschakt och spegelreflexkamerorna dök upp med mattskivor och prismor. Men det räckte inte, ville man att fler skulle köpa en viss kamera var man tvungen att göra det ännu enklare och slutligen på 1960-talet och början av 1970-talet ramlade patenten in på fungerande autofokussystem, 1978 presenterade Leica en kamera byggd utifrån deras erfarenheter och forskning som fungerade.

Den första massproducerade ”point and shot” kameran var Konica C35 AF (1977) och den första spegelreflexkameran var Polaroid SX-70 (1978). För bildformatet 35 mm var det först i och med när Pentax ME-F (1981) såg dagens ljus. Sen skulle man kunna säga att resten är historia.

De första autofokussystemen

Det har genom åren funnits ett flertal olika sätt att låta kameran beräkna fokus. Några av de första bygger på en aktiv autofokus. Den tekniken bygger på antingen ljud (ultraljud) eller ljusvågor (infrarött) som mäter avståndet till det man skulle fotografera. När det var dags att knäppa en bild skickade kameran ut ljudet och väntade sen på att ljudet skulle studsa från objektet. Utifrån hur lång tid det tog för ljudet så kunde kameran sen räkna ut var fokus skulle vara. Inte så olikt våra digital tumstockar som flera hemmabyggare använder, men systemet är inte optimalt som hemmabyggaren upptäckt när regeln är för lång eller för kort (med andra ord: använd tumstock!). Kameran kunde dock lätt bli lurad. Stod man med sin kamera och ville ta en bild av fågelbordet utanför sitt fönster så studsade ljudet mot fönstret och vips fokuserade kameran på glaset istället för Stensvalan.

Den andra metoden byggde på att kameran sände ut en ljuspuls som våra ögon inte kan uppfatta. Samtidigt mätte kameran antingen:

  • intensiteten hos ljuset som reflekterades tillbaka
  • triangulering med hjälp av flera sensorer för att räkna ut var objektet befinner sig
  • tiden det tog för ljuset att studsa tillbaka

I vårt exempel ovan med Stensvalan kunde det infraröda ljuset kunde gå igenom glaset men räckte inte alltid till när det blev längre avstånd. Dessutom kunde kameran bli lurad av eld och levande ljus, svarta ytor eller så hamnar fokus på något som ligger framför objektet. Styrkan hos de aktiva systemen var att de fungerade även om det var helt mörkt då de inte var beroende av ljuskällor.

Men som du kanske redan listat ut så fungerade inte autofokusen tillfredsställande så ingenjörerna fick gå tillbaka till sina skrivbord och fundera lite till.

Nästa evolutionssteg – fasdetekterande autofokus

Efter mycket funderande så kom ingenjörerna på nästa steg: passiv autofokus. Med andra ord kameran behöver inte skicka ut ljud eller ljus för att ställa fokus (dock är det en sanning med modifikation då en del fortfarande använder det i och med AF-lampan som tänds). Det första passiva systemet är det som kallas fasdetekterande. Det kännetecknas av att det snabbt hittar fokus och fungerar hyfsat med svagt ljus.

De två ljusstrålarna som faller in mot kretsen som mäter ljuset. Genom mätning av skillnaderna kan kameran justera fokus så det hamnar rätt. Det fasdetekterande systemet fungerar inte med för liten bländare då det inte kan få en korrekt mätbild. (illust. Kim Sanfridsson)

De två ljusstrålarna som faller in mot kretsen som mäter ljuset. Genom mätning av skillnaderna kan kameran justera fokus så det hamnar rätt. Det fasdetekterande systemet fungerar inte med för liten bländare då det inte kan få en korrekt mätbild. (illust. Kim Sanfridsson)

När du trycker ner avtryckaren till hälften så delar kameran upp ljuset som faller in i objektivet i två olika bilder som sedan jämförs. I en spegelreflexkamera så studsar ljuset genom en del av spegeln som är semitransparent ner till ett autofokuskretsen. Där splittras ljuset genom två mikrolinser och träffar sedan den ljuskänsliga kretsen. Kretsen ser egentligen inte bilden men den mäter och jämför ljusintensiteten mellan de två ljusstrålarna och räknar sedan ut hur mycket fokusringen ska flyttas för att objektet ska få skärpa (så att båda strålarna ser lika ut). Den kan också ”se” riktning och förflyttning vilket ger en större möjligheten för kameran att följa ett objekt med autofokusen.

De första sensorerna bestod oftast av en vertikal alternativt horisontell rad med ljuskänsliga element. Medan idag har dessa kretsar blivit större (för högre upplösning) och sätts tillsammans så de bildar en 90° graderas vinkel mot varandra (så den mäter i båda ledder) under namnet korslagda fokuspunkter.

Kontrastdetekterande autofokus

Har du någon gång använt ett högkontrast schema på Windows eller kanske haft svårigheten att läsa i dunkelt ljus skulle man kunna säga att du kommit i kontakt med nästa autofokussystem. Till skillnad från de aktiva systemen och fasdetekterande så mäter kontrastdetekterande inget avstånd. Istället jämför den kontrasten mellan utvalda pixlar på kamerans sensor. När objektet är i fokus är det som högst kontrast mellan pixlarna, ur fokus så är kontrasten låg. Systemet kan dock ha svårigheter med följande autofokus eftersom kontrastmätningen inte ger någon information om rörelse eller förflyttning av objektet.

Vad den kontrastdetekterande autofokusen letar efter. Pixlarna motsvarar sensorns pixlar som ljuset faller in mot. (illus. Kim Sanfridsson)

Vad den kontrastdetekterande autofokusen letar efter. Pixlarna motsvarar sensorns pixlar som ljuset faller in mot. (illus. Kim Sanfridsson)

När kameran letar fokus märks en tydlig skillnad mot det fasdetekterande systemet som arbetar snabbt och verkar veta precis var den vill. För här går kameran igenom en stor del av fokusområdet och kontrollmäter, när den slutligen hittar när kontrasten är som högst stannar den. Därav påverkar detta också konstruktionen av objektiv då man behöver en annan typ av styrning av motorn för autofokusen. Så använder du ett objektiv som är byggt för fasdetekterande autofokus på ett kamerahus vars autofokus är kontrastdetekterande kommer resultatet inte bli lika bra (tar bland annat längre tid för kameran att hitta rätt).

Den kontrastdetekterande autofokusen har vissa fördelar jämfört med de andra varianterna (även om hastigheten inte är en av dem). Den har potential att ge bäst skärpa, ingen risk för bakfokusering eller liknande och har stor utvecklingspotential.

Programvaran

Ingen autofokus är bättre än den programvara som styr den. Tydligast blir detta när man talar om följande autofokus. För sport och naturfotografer (och den stressade föräldern som vill fotografera fyraåringen) är detta ett måste när man tar flera bilder på ett objekt som rör sig. Då vill man att kameran ska kunna följa det man lagt fokus på. Det är här man märker hur mycket (eller lite) arbete kameratillverkaren lagt på programvaran eftersom det är den som gör kalkylerade gissningar om var objektet kommer befinna sig på näst bild och flyttar fokus utifrån det.

Framtidens autofokus?

Alltfler kameror av idag använder en kombination av fas- och kontrastdetekterande autofokus. Detta eftersom de olika systemen uppväger varandras nackdelar, kommer möjligheterna till skarpa bilder bli större. Idag strävar man efter att försöka sammanföra de två olika metoderna genom att placera även de fasdetekterande sensorerna på sensorn vilket gör att kamerakonstruktionen kan bli ännu mindre. Dock blir de fasdetekterande pixlarna inte lika bra som om de hade varit i en separat krets, men det är ingen stor förlust eftersom de i det här sammanhanget enbart är till för att hjälpa den kontrastdetekterande autofokusen. Du hittar den konstruktionen bland annat i Nikon 1, Fujifilms Finepix-serie samt Canon 650D.

Riktigt spännande blir det med framtidens kameror som registrerar hur ljusstrålarna faller in i kameran och låter dig välja var fokus ska ligga efter att bilden är tagen. Tekniken kallas för Light Field och finns bland annat i företaget Lytros kamera.

En annan minst lika spännande tanke är vad som skulle hända när kameran faktiskt ”ser” vad det tar kort på. Genom mönsterigenkänning och förståelse av bilden så kan den lista ut att det är familjefotot du vill ta och inte på huset som är bakom tjocka släkten. En del av den här tekniken märker vi när kameran ser var ansiktena är på bilden eller att den väntar med att lösa ut tills någon ler. Här kommer tekniken som finns exempelvis i Google glasses med augmented reality föra fotograferandet framåt.

Facebooktwittergoogle_plusredditlinkedinmailFacebooktwittergoogle_plusredditlinkedinmailby feather

Kommentera

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *