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Après notre premier examen de la mise au point automatique, nous allons maintenant adopter une approche plus technique. Je suis fermement convaincu que plus vous comprenez votre appareil photo et son interprétation du monde d'un point de vue technique, plus vous pouvez en tirer parti pour créer votre vision avec précision..
Leitz, maintenant connu sous le nom de Leica, a commencé à breveter une série de technologies de système de mise au point automatique en 1960 et a présenté un appareil photo à mise au point automatique à Photokina (qui a débuté en 1950) en 1976. La première caméra AF produite en série était la caméra compacte Konica C35. sorti en 1977. Le premier reflex AF 35 mm était le Pentax ME-F en 1981, suivi d'un Nikon F3AF similaire en 1983.
À l'origine, tous ces appareils reflex AF étaient équipés d'un moteur d'objectif, essentiellement un objectif standard sur lequel était collé un gros bloc moteur. Cela a continué jusqu'à ce que le Minolta Maxxum 7000 de 1985 intègre le moteur dans le boîtier de l'appareil photo ainsi que les capteurs..
Ce fut le premier AF SLR à connaître un succès commercial raisonnable. Les tentatives précédentes étaient lentes, inexactes et ne fonctionnaient que dans des conditions idéales, ce qui ne justifiait pas vraiment le double coût par rapport à des caméras similaires à mise au point manuelle. Le Maxxum 7000 a coûté 130 millions de dollars à Minolta en 1991 après une longue bataille de brevets avec la société américaine Honeywell au sujet de la technologie AF..
Nikon a suivi la poursuite de Minolta, mais est revenu aux moteurs d'objectif en 1992, d'où le fait que les Nikon d'entrée de gamme modernes ne disposent pas d'un moteur d'entraînement AF intégré. Le système de mise au point automatique EOS (système électro-optique) de Canon a vu le jour en 1987; il a ennuyé de nombreux photographes en abandonnant la monture d'objectif FD et en créant la monture EF entièrement électronique..
FD avec ses liaisons mécaniques et son support à baïonnette à collier, par opposition à l'EF avec contacts électroniques et son verrouillage à baïonnette sur le corps. En général, c’est ce qui s’est passé et l’ordre dans lequel cela s’est produit. Alors qu’en est-il de la technologie elle-même? Creusons un peu plus.
La mise au point automatique à détection de phase est la mise au point automatique rapide trouvée sur les reflex numériques (et de plus en plus de caméras sans miroir dans le cadre d'un système AF hybride). Dans les reflex numériques, une partie du miroir principal est semi-argentée et transmet environ le quart de la lumière de la lentille à un petit miroir secondaire situé derrière et vers la base de la boîte à miroir. Dans la base, de petites lentilles concentrent la lumière des bords de la lentille sur le réseau de capteurs CCD..
Base d'un boîtier miroir, à géométrie antireflet et ports pour l'éclairage AF. Les bords des lentilles sont presque visibles à travers les trous. A l'air un peu poussiéreux aussi!La matrice est généralement composée d’un certain nombre de bandes de pixels unidimensionnelles dans différentes orientations. Chaque bande ne peut voir qu'une caractéristique qui lui est opposée perpendiculairement, le seul changement visible étant le long de la ligne. Si une caractéristique de l'image est parallèle à la bande, elle ne peut voir qu'un aspect particulier de la caractéristique à la fois, plutôt que sa "forme"..
La détection de contraste existe généralement directement sur le capteur d'imagerie lui-même, d'où son utilisation en visualisation en direct sur les reflex numériques. C'est généralement le seul système de détection disponible sur les appareils photo compacts et sans miroir. C'est une implémentation logicielle, il n'y a donc plus d'aspect physique réel, juste le capteur et un processeur.
Comme son nom l'indique, une combinaison des deux systèmes. Cela peut prendre la forme de convertir certains pixels du capteur en pixels AF, ou de disposer un réseau de détection de phase superposé au capteur, qui fonctionne ensuite avec le système de détection de contraste en tandem pour améliorer la vitesse AF..
Ok, nous connaissons maintenant la configuration physique de chaque type de système AF. Voyons comment ils utilisent leurs implémentations respectives pour faire leur travail..
L'objectif composé (un seul système optique constitué d'un certain nombre d'objectifs simples, généralement appelés "éléments" dans la littérature sur la photographie) de l'objectif de votre appareil photo utilise un ou plusieurs objectifs mobiles pour focaliser les rayons lumineux sur le plan de l'image.
La distance qui le sépare du sujet détermine le degré de déplacement de la lentille correctrice pour la mise au point. Considérez-le comme une paire de lunettes pour l’optique principale, sauf que, au lieu de changer la puissance de la lentille, sa position est modifiée.
Prenons un exemple très simple avec un seul objectif simple, pour montrer que, lorsque le sujet se déplace, l’image se floue, approximée par la formule de l’objectif mince:
$$ 1 \ sur f = 1 \ sur S_1 + 1 \ sur S_2 $$
Cette équation suppose des lentilles d'épaisseur négligeable dans l'air. Elle ne correspond donc pas exactement aux lentilles du monde réel, mais me permet de faire passer le message plus simplement..
Nous utilisons une source de lumière ponctuelle avec un objectif de longueur focale 1m (1000mm). Ceci donne une valeur \ (1 \ over f \) de 1. Si \ (S_1 \) vaut deux mètres, \ (1 \ sur S_1 \) vaut 0,5. Ainsi, \ (S_2 \) vaut également 2 m lorsque l'objectif est mis au point. Si nous éloignons le sujet de la source ponctuelle à 8 m de l'objectif, \ (1 sur S_1 \) devient 1/8. Pour compenser, \ (1 \ sur S_2 \) doit devenir 7 \ 8, ce qui nécessite une valeur \ (S_2 \) égale à 8/7, soit 1,14 m. Bien entendu, la valeur \ (S_2 \) est fixée lorsque le capteur est immobile, de sorte que l’image est floue..
Si nous insérons une seconde lentille corrective à la distance \ (d \) de la première dans ce système optique pour créer une lentille composée, nous pouvons faire la mise au point lorsque le sujet se déplace. La nouvelle distance focale combinée est, selon l'équation composée pour lentilles minces:
$$ 1 \ sur f = 1 \ sur f_1 + 1 \ sur f_2 - d \ sur f_1 f_2 $$
Nous avons donc une nouvelle distance focale. La distance entre le nouvel objectif et le nouveau point focal du système combiné s'appelle la longueur focale arrière, ce qui devrait être un terme relativement familier en photographie, car il s'agit de la distance entre l'élément arrière et le capteur. Si j'appelle la focale arrière "\ (d_2 \)", ceci est donné par:
$$ d_2 = f_2 (d - f_1) \ plus d - (f_1 + f_2) $$
Essayons un exemple où l'image est focalisée sur un plan d'image fixe, puis le sujet se déplace. Ajouter des lentilles correctrices divergentes et graver les chiffres nous donne ceci:
Système composé, plutôt comme un véritable objectif de photographie. Le ou les éléments de focalisation déplacent une infime fraction par rapport à la distance du sujet. Le calcul n'est peut-être pas parfait, mais il suffit de faire passer le message! Pour que le sujet bouge, la lentille correctrice doit bouger pour compenser car le plan d'imagerie est fixe.
Dans les systèmes AF, l'électronique calcule où l'objectif doit être déplacé et demande au moteur de l'objectif de le déplacer. Comment fait-il cela? Cela nous amène aux systèmes de détection.
Les petites lentilles situées à la base de la boîte à miroir focalisent la lumière des côtés opposés de la lentille. En raison de la distance qui sépare ces deux points, une parallaxe est créée, chacune offrant une vue légèrement différente du sujet, tout comme les deux objectifs d'entrée d'un appareil télémétrique..
Les points individuels sont mis au point, comme dans un télémètre; c'est la combinaison infinie de points sur le champ d'image bidimensionnelle qui crée le flou focal dans une image réelle. C'est pourquoi les larges ouvertures créent plus de flou; pas par une sorte de manipulation optique, mais simplement parce que plus de diamètre du verre est utilisé, créant plus de points de chevauchement et de flou. Imaginez que AF utilise une ouverture de f / 22 ou inférieure de chaque côté de l'objectif, de sorte que la vue reste nette, quelle que soit la position focale de l'objectif.
Bien que la lumière provienne des côtés opposés de l'objectif, les images fractionnées envoyées aux capteurs AF appartiennent à la même partie du sujet, les points AF dans le viseur étant alors identiques..
Les bandes CCD sont lues et envoyées à une puce AF dédiée, qui effectue une comparaison entre les deux. Tandis que les fabricants individuels, l'amélioration de la technologie, l'évitement de la contrefaçon de brevets et divers prix différents des équipements modifient probablement l'algorithme exact utilisé, il s'agit généralement d'exécuter une fonction mathématique appelée autocorrélation, ou similaire..
L'autocorrélation est un algorithme d'appariement de formes sous le parapluie de la corrélation croisée dans le traitement du signal, mais au lieu de comparer deux signaux différents, il compare un signal à une version décalée de lui-même. Il s'agit essentiellement d'une fonction intégrale (ou plus probable dans ce cas d'ensembles de valeurs discrètes, somme) qui calcule, compare et maximise l'aire sous les graphes de signal superposés..
L'objectif est de calculer jusqu'où il doit déplacer l'un des signaux afin de maximiser cette zone et ainsi faire correspondre les deux vues. Les mathématiques impliquées sont très longues (il faudrait probablement plusieurs articles pour travailler sur un exemple élémentaire), mais le résultat de l'algorithme final global devrait être compris entre 1 et -1, la caméra cherchant à trouver la valeur de décalage où la corrélation la valeur est aussi proche que possible de 1.
Ce faisant, il voit et comprend la même caractéristique provenant de chaque côté de la lentille, et sachant que le décalage physique entre elles le long de la bande de pixels le dit, avec une trigonométrie basée sur les dimensions connues de la caméra, à quelle distance et dans quelle direction la lentille est floue. Il peut ensuite envoyer un signal de mise au point à l'objectif et vérifier la mise au point après le déplacement. C'est à ce moment que votre appareil photo indique que la mise au point est verrouillée et permet à l'image d'être prise..
Vous avez peut-être entendu parler de points AF de type "point" ou "point", par opposition à des points AF de type "croix". La différence entre ceux-ci est que les points de type ponctuel sont des bandes de pixels uniques, unidimensionnelles, tandis que les points de type croisé sont deux lignes disposées perpendiculairement. Un capteur AF étant unidimensionnel, il ne peut voir que la luminance changer le long de sa longueur. Les capteurs de type point ne sont donc sensibles au détail que dans un sens, alors que les types croisés peuvent voir dans deux dimensions.
Si un capteur de type point est parallèle à un élément de détail majeur, il ne peut pas voir la différence entre celui-ci et son élément de contraste adjacent, et a donc beaucoup de difficulté à faire la mise au point..
Cette méthode lit quelques pixels à la position de mise au point souhaitée à partir du capteur d’imagerie. Le processeur calcule la valeur de contraste entre ces pixels, la différence de luminance sur l'espace de pixel étant mesurée. En calculant le gradient de la courbe le long des lignes et des colonnes de pixels, il peut chercher à maximiser la valeur de ce gradient.
La mise au point de l'objectif est ensuite déplacée de manière fractionnée et le contraste est calculé à nouveau. Si le contraste est plus faible, le système a déplacé l'objectif dans la mauvaise direction et l'a donc déplacé dans la direction opposée. Le contraste est mesuré à nouveau, la lentille est déplacée plus loin et ce processus se répète lorsque la valeur du contraste augmente jusqu'à ce qu'elle plonge. Quand il tombe, l’objectif est allé trop loin et l’algorithme le déplace à nouveau, ce qui permet des micro-ajustements supplémentaires..
La méthode de détection de contraste de la mise au point automatique a le potentiel d'être extrêmement précise car elle se situe au niveau du capteur, pas de système séparé. Il ne fait que déplacer l'objectif jusqu'à ce que le contraste soit maximisé. Malheureusement, pour la même raison, il semble peu probable que ce soit rapide. vous pourriez prétendre que cela ne devrait nécessiter qu'une mesure à deux positions focales afin de savoir à quel point l'objectif est flou, mais cela nécessite que l'appareil photo sache exactement le contraste du sujet pour commencer..
Il n’a aucun moyen de savoir quelle sera la "vraie" distribution des valeurs de luminance mesurées, car elles dépendent du sujet. C'est pourquoi il ne peut pas non plus y avoir de "gradient de seuil" ni de "valeur de luma de pic idéale". Ces choses varient énormément d'une scène à l'autre.
Ainsi, dans un avenir prévisible, les professionnels du cinéma continueront à utiliser des extracteurs de mise au point manuels comme à leur habitude, et les prises de vue sans miroir resteront lentes. Sauf si…
Et si vous pouviez obtenir le meilleur des deux mondes? Et si vous pouviez avoir la vitesse de phase détecter et éliminer la chasse, mais combiner cela avec la précision et la simplicité de la détection de contraste? Eh bien, c'est exactement ce que les fabricants font maintenant.
Au lieu de placer les bandes de détection de phase sur le fond d'un boîtier miroir, ce qui est inutile pour les caméras sans miroir et les reflex numériques en direct, elles sont plutôt créées sous forme de matrices dédiées sur le capteur d'image lui-même. Mais il n’ya sûrement pas de phase-match sur le capteur, parce que toute la lumière du reste de la lentille éclate dans un grand cercle de confusion flou, comme je l’ai dit plus tôt? Pas si vite!
Parce que les pixels (techniquement "sensoriels", puisqu'ils sont des éléments de capteur et non des éléments d'image) sur un capteur d'imagerie sont recouverts de microlentilles pour une meilleure collecte de la lumière, il suffit de bloquer la moitié du pixel pour obtenir l'image. d'un côté de la lentille. Est-ce idéal? Non, l'image sera toujours floue, mais à moitié aussi floue que lorsque vous regardez l'objectif complet, et nous pouvons maintenant l'utiliser pour détecter plus précisément la mise au point, car il y aura une parallaxe entre les deux images..
Sur les Fuji X100, cette technologie est utilisée pour renforcer les aides visuelles à mise au point manuelle avec un filtre EVF superposé, mais Sony l'utilise comme un véritable système hybride associé à un contraste qui permet de détecter l'AF comme "AF rapide hybride". -end caméras NEX. Canon et Nikon utilisent également ce concept dans leurs appareils photo bas de gamme. Dans l'A99 de Sony, un second réseau de détection de phase dédié tire parti du miroir translucide en le superposant directement devant le capteur d'imagerie, appelé Dual AF..
Par conséquent, la détection de phase sur capteur avec une faible luminosité ne suffit pas beaucoup, elle a tendance à se limiter à un point central afin de réduire le nombre de pixels supprimés de l’imagerie et la technologie en est à ses balbutiements. Mais avec des systèmes plus dédiés tels que les matrices Dual AF de Sony et peut-être certains pixels de capteur d'image "sacrifiés" (utilisant une interpolation logicielle) avec des microlentilles plus directionnelles, cela ressemble à l'avenir de la mise au point automatique..
Nous venons donc de l'invention de la mise au point automatique, à travers son développement et son adoption généralisée. Nous avons examiné la mécanique optique fondamentale de la mise au point. Nous savons quels types de mise au point automatique existent, où ils se trouvent dans l'appareil photo, comment ils fonctionnent et comment ces attributs affectent pratiquement les performances de l'appareil photo. Nous avons examiné les développements récents dans les systèmes de mise au point automatique hybrides et avons envisagé leurs points de départ..
Lorsque vous utilisez la fonction AF, prenez en compte la manière dont l'appareil photo voit la scène et réglez-le en conséquence. Lorsque vous magasinez pour des appareils photo, examinez bien leurs systèmes de mise au point automatique et déterminez leur efficacité en fonction de votre style de prise de vue..
Voilà qui résume cet aperçu technique de la mise au point automatique. Des questions? Commentaires? Hit les commentaires ci-dessous!
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