Was beeinflusst die Geschwindigkeit der Fokussierung mehr, das Objektiv oder das Kameragehäuse?

Geschwindigkeit ist das größere Problem, aber eine Beschreibung der Genauigkeit wäre auch wünschenswert.

Autofokus-Systeme

Autofokus ist ein System. Es gibt kein einzelnes Teil, das besonders dafür verantwortlich ist, dass ein AF-System eine gute Leistung erbringt oder eine hohe Genauigkeit erzielt. In modernen Kameras befinden sich Komponenten und Software, die AF unterstützen, sowohl im Objektiv als auch im Kameragehäuse. In einigen Kameras, die immer noch auf älteren AF-Systemen basieren, können diese Komponenten modernen vollelektronischen AF-Systemen unterlegen oder sogar erheblich unterlegen sein.

Unter einem allgemeinen Gesichtspunkt bieten elektronische Autofokussysteme, bei denen der Motor im Objektiv untergebracht ist, die größte Leistung und höchste Genauigkeit. Ein AF-Objektiv mit einem Fokusmotor ist jedoch nur ein Teil des Bildes ... Sie benötigen noch etwas, um diesen Motor anzutreiben und ihn dazu zu bringen, seine Sache zu tun. Es gibt auch verschiedene Arten von Motoren, einige sind billiger und weniger effektiv, während andere teurer und effektiver sind. Neben mechanischen und elektrischen Komponenten benötigen Sie auch eine geeignete Software ... Firmware, um ein AF-System zu betreiben. In einem modernen elektronischen AF-System ist die Firmware normalerweise sowohl im Objektiv als auch im Kameragehäuse vorhanden. In älteren Systemen ist die Firmware wahrscheinlich nur im Kameragehäuse vorhanden (möglicherweise zusammen mit dem AF-Antriebsmotor, da einige ältere Designs den Motor eher im Kameragehäuse als im Objektiv enthalten).

Autofokus-Betrieb

Früher wurde der Autofokus mit partiellen Rückkopplungssystemen mit offenem Regelkreis erreicht, bei denen die Kamera eine AF-Antriebsbewegung initiierte, das Objektiv anpasste und das System anhielt, bis Sie es aufforderten, eine weitere AF-Einstellung durchzuführen. Abhängig von den genauen Implementierungen kann mehr als eine Linsenbewegung als Reaktion auf einen einzelnen AF-Befehl aufgetreten sein. Dies kann auf eine eingeschränkte oder keine Firmware im Objektiv zurückzuführen sein, wodurch eine ordnungsgemäße Rückkopplungsschleife verhindert wurde.

In modernen AF-Systemen wird der AF-Antrieb mit Rückkopplungssystemen mit geschlossenem Regelkreis erreicht. Bei einem geschlossenen Regelkreis werden die AF-Einstellungen kontinuierlich durchgeführt, bis der Fokus erreicht ist ... zumindest innerhalb bestimmter Toleranzen. Dies ist aufgrund der umfangreicheren Firmware in Autofokus-Objektiven möglich, die eine vollständigere bidirektionale Kommunikation zwischen Objektiv und Kamera ermöglicht. Die Kamera weist das Objektiv an, eine bestimmte Bewegung auszuführen, und das Objektiv kann Informationen darüber bereitstellen, ob es die angeforderte Bewegung ausgeführt hat und ob die Bewegung um den angeforderten Betrag erfolgte oder nicht. Die Kamera und das Objektiv können als Reaktion auf einen einzelnen AF-Befehl des Benutzers kontinuierlich Anpassungen vornehmen, um einen genaueren Fokus zu erzielen.

Eine solche Rückkopplung mit geschlossenem Regelkreis ist eine neuere Entwicklung bei AF-Systemen, die durch neuere Linsentechnologie, fortschrittlichere AF-Antriebssoftware in Kameragehäusen und genauere Phasenverschiebungserkennungssensoren unterstützt wird. AF-Geschwindigkeit und Genauigkeit hängen zunehmend von den AF-Sensorfunktionen, der Anzahl der AF-Sensorpunkte, den Funktionen der AF-Antriebssoftware und der Geschwindigkeit der In-Camera-Prozessoren ab.

Autofokus-Genauigkeit

Wenn es um Genauigkeit geht, spielen mehrere spezifische Faktoren eine Rolle. Der AF-Sensor ist wahrscheinlich der wichtigste Faktor, aber auch die Firmware im Objektiv sowie die optische Qualität des Objektivs zählen. Messsysteme, insbesondere Farbmesssysteme, werden ebenfalls in das AF-System moderner Kameras eingebunden und bieten erweiterte Funktionen, die bisher nicht oder nur bei sehr hochwertigen Kameras möglich waren. In aktuellen DSLR-Kameras gibt es eine Vielzahl von AF-Sensoren auf dem Markt, von einfachen 9-Punkt-Sensoren mit einem einzigen hochpräzisen Punkt bis zu 61-Punkt-Sensoren mit 41 hochpräzisen Punkten und einer Vielzahl von Optionen dazwischen. Die Größe jedes AF-Messfelds, ihre Dichte, die Ausrichtung der Phasenerkennungssensorleitungen und sogar die Konvergenz der Sensorleitungen wirken sich auf die Präzision und Genauigkeit eines AF-Systems aus.

Je komplexer der AF-Sensor ist und je höher die Anzahl der AF-Messfelder ist, desto komplexer muss natürlich die Software sein, die ihn steuert. In modernen "netzartigen" (netzartigen) AF-Systemen, in denen es eine hohe Anzahl von Punkten sowie eine hohe Anzahl von hochpräzisen Punkten gibt, ist die AF-Antriebssoftware im Allgemeinen ziemlich fortschrittlich. Ein Farbmesssensor, entweder Oliv / Blaugrün (Rot-Grün und Blaugrün) oder Voll-RGB, kann an Entscheidungen des AF-Systems beteiligt sein, sodass Farbe, Form und sogar Identifikation des Motivs anhand von Bibliotheken bekannter Motive unterstützt werden können bei der Auswahl der AF-Messfelder zur Bestimmung des Fokus.

Die Genauigkeit eines AF-Messfelds hängt von seiner Struktur ab. Es gibt einzelne Linienpunkte , sowohl horizontale als auch vertikale Sensoren, Kreuzungspunkte , an denen sowohl horizontale als auch vertikale Liniensensoren in einem einzelnen AF-Messfeld beteiligt sind, und diagonale Kreuzungspunkte, bei denen zwei 45-Grad-Liniensensoren für einen einzelnen Punkt gegenüberliegen AF-Messfeld und Doppelkreuzungspunkte , die sowohl einen Standard- als auch einen Diagonalkreuzungssensorsatz an einem einzelnen AF-Messfeld verwenden. Je mehr Liniensensoren mit beliebiger Ausrichtung an der Erkennung der Phasenverschiebung an einem einzelnen AF-Messfeld beteiligt sind, desto genauer wird der von diesem Messpunkt erfasste Fokus.

Das Design jedes Sensors variiert ebenfalls. Einige Liniensensoren sind extrem hochpräzise, ​​da sie mehr Fotodioden pro Linie enthalten. Dadurch kann die Phasenverschiebung in feineren Schritten erkannt werden, erfordert jedoch mehr Licht. Andere sind weniger präzise, ​​da sie weniger Fotodioden pro Zeile verwenden und mehr Licht pro Sensor erfassen, wodurch sie bei geringerem Gesamtlicht arbeiten. Einige AF-Messfelder arbeiten nur bis zu bestimmten maximalen Blendenöffnungen. Die Punkte mit der höchsten Genauigkeit erfordern normalerweise 1: 2,8, und in einem AF-System gibt es normalerweise weniger Punkte, die so genau sind. Die meisten AF-Messfelder benötigen mindestens 1: 4 oder 1: 5,6, arbeiten bei weniger Licht, bieten aber auch weniger Präzision. Einige fortschrittliche AF-Systeme unterstützen ein oder mehrere AF-Messfelder, die mit Objektiven mit einer maximalen Blende von 1: 8 betrieben werden können (z. B. ein 1: 5,6-Objektiv mit einem 1,4-fach-TC oder ein 1: 4-Objektiv mit einem 2-fach-TC).

Autofokus-Leistung

Wenn es um die Geschwindigkeit eines AF-Systems geht, läuft dies auf zwei Dinge hinaus: Licht und Verarbeitungsleistung. In fast allen Fällen ist der AF umso schneller, je mehr Licht auf das Objektiv fällt. Dies liegt an der Tatsache, dass eine AF-Einheit, ein kleines Gehäuse unter dem DSLR-Spiegel, in dem sich der AF-Sensor befindet, nur einen Bruchteil des Lichts nutzt, das tatsächlich durch die Blende fällt. Der Spiegel selbst ist halb versilbert und lässt etwa 50% des Lichts, das ihn erreicht, zu einem Sekundärspiegel durch, der diese 50% des Lichts auf die AF-Einheit reflektiert. Außerdem ist im Hauptspiegel nur der Bereich des Rahmens, der von AF-Messfeldern abgedeckt wird, tatsächlich halb versilbert, sodass in erster Linie nur ein Bruchteil der gesamten Lichtmenge beteiligt ist. Daher wurde mit weniger als 50% von gearbeitet die Gesamtlichtmenge, die durch die Linsenöffnung fällt. Außerdem, Ein spezielles Objektiv oben auf der AF-Einheit über dem Sensor ist dafür verantwortlich, das Licht, das es erreicht, weiter zu teilen. Das Licht, das die AF-Einheit erreicht, wird durch so viele AF-Messfelder geteilt, und für jedes AF-Messfeld wird das Licht erneut aufgeteilt, um die zwei, vier oder sogar acht Hälften jedes Liniensensors zu erreichen, die für die Erkennung der Phasenverschiebung für jedes AF-Messfeld verantwortlich sind . Ein AF-Sensor muss mit weniger als 50% des durch die Linse hindurchtretenden Lichts arbeiten, und jedes AF-Messfeld arbeitet mit einem Bruchteil dieses Lichts.

Vorausgesetzt, Sie haben genug Licht, um AF-Messfelder mit höchster Präzision zu verwenden, ist der Schlüsselfaktor für die Leistung die Effizienz der AF-Antriebssoftware und die Geschwindigkeit des Prozessors, der sie ausführt. Ein effizienter Algorithmus, der auf einem schnellen Prozessor arbeitet, gepaart mit einem hochwertigen Objektiv, das auch einen schnellen Prozessor und effiziente Algorithmen in seiner eigenen Firmware enthält, liefert einige der besten AF-Leistungen. Bei der Canon 1D X verfügt das AF- und Messsystem über einen dedizierten Prozessor, der unabhängig von den Kernbildprozessoren ist (ein einzigartiges Setup) und einen kontinuierlichen AF mit ununterbrochener Verarbeitungsleistung bietet. High Performance Computing ermöglicht es einem AF-System, sowohl dem Objektiv als auch der Kamera, mehrere Male im Bruchteil einer Sekunde eine AF-Feinabstimmung im geschlossenen Regelkreis durchzuführen, was eine extrem hohe Präzision unterstützt.

Das ist eine komplexe Frage, da es mehrere Möglichkeiten gibt, AF zu machen, die sich über Körper und Linse erstrecken, und das Ganze als System zusammenarbeitet. Dies hängt davon ab, mit welchem ​​Mechanismus die Optik bewegt wird.

Die schraubengetriebene Fokusgeschwindigkeit hängt teilweise davon ab, wie schnell der Körper den Nocken drehen kann, der das Objektiv antreibt, und teilweise davon, wie viel Gewicht und Reibung im Fokusmechanismus des Objektivs vorhanden ist. (Nebenbei bemerkt, dies ist einer der Gründe, warum sich schraubengetriebene AF-Objektive im Vergleich zu älteren manuellen Objektiven "billig" anfühlen: Sie müssen ein geringes Gewicht und Reibung aufweisen, damit sie schnell fokussieren können, ohne dass der Motor härter arbeiten muss Der Widerstand, der einer menschlichen Hand hilft, Feineinstellungen vorzunehmen, ist nicht wünschenswert, wenn die Linse vom Körper gedreht wird.)

In-Lens-Motoren sind in der Regel schneller (und leiser) als schraubengetriebene AF. Wie schnell die Fokussierung erfolgt, hängt also fast ausschließlich von der Linse ab, die nur auf Befehle des Körpers reagiert und möglicherweise Feedback zum Verlauf der Dinge gibt. Der Zustand der Energiequelle im Körper kann eine kleine Rolle spielen, abhängig davon, wie der Körper seine Kraft verwaltet.

Die Genauigkeit hängt davon ab, wie gut der Körper entscheiden kann, wie gut das Bild fokussiert ist, wie fein er den Fokusmechanismus steuern kann und wie gut der Mechanismus seine Position hält, wenn er nicht bewegt wird.

Vergleicht man einige der ersten Generation AF - Objektive von Minolta auf einer ersten Generation Maxxum 9000 Körper ( so ziemlich das erste echte AF SLRs ¹ ) zu einem halbwegs aktuellen (Sony Alpha A900) Körper zeigt , dass selbst bei genau den gleichen Linsen, eine neue Körpergeschwindigkeit verbessert dramatisch , während ein neues Objektiv auf einem alten Körper die Geschwindigkeit nur geringfügig verbessert (wenn überhaupt). Ich habe dies nicht objektiv gemessen, aber subjektiv würde ich sagen, dass ein alter Körper mit neuer Linse möglicherweise eine Verbesserung von 20 bis 30% ergibt, während eine alte Linse mit neuem Körper wahrscheinlich mindestens 5x schneller ist.

Ich würde hinzufügen, dass die Geschwindigkeitsverbesserung in dieser Zeit jedoch extrem nicht linear war. Ich habe auch ein Maxxum 9 aus den Jahren 1998 oder 1999, das dem A900 ziemlich ebenbürtig ist - wenn überhaupt, scheint es etwas schneller zu sein, obwohl ich mir dessen nicht wirklich sicher bin.

Ich sollte hinzufügen, dass das Alter der Objektive keinen großen Unterschied in der Geschwindigkeit macht, aber es kann (gibt) ziemlich erhebliche Unterschiede bei Objektiven mit genau demselben Alter geben. Zum Beispiel habe ich eine Reihe von Minolta AF-Objektiven der ersten Generation - 28, 35, 50, 135 und 28-135. Der 135 zum Beispiel fokussiert sehr schnell. Ich habe auch eine 85 / 1.4, die viel neuer ist - aber die 135 fokussiert immer noch viel schneller.

Zumindest bei der Standbildfotografie hängt die Genauigkeit in erster Linie vom Körper ab. Wenn die Fokussierung im offenen Regelkreis erfolgt, führt eine Ungenauigkeit zwischen der Entfernung, über die sich ein Objektiv bewegen soll, und der Entfernung, über die es sich tatsächlich bewegt, zu einer Ungenauigkeit der Fokussierung. Entgegen der landläufigen Meinung bin ich mir ziemlich sicher, dass die Fokussierung mit offenem Regelkreis nie die Norm war oder wahrscheinlich überhaupt nicht verwendet wurde (z. B. offenbart Minoltas Patent von 1982 ein System mit geschlossenem Regelkreis). Da es sich um eine geschlossene Schleife handelt, bedeutet eine genauere Linsenbewegung meist weniger Anpassungen, um einen genauen Fokus zu erzielen.

Bei einem etwas anderen Thema würde ich feststellen, dass bei Sensoren mit 1: 2,8 gegenüber 1: 4, 1: 5,6 (usw.) das eigentliche Problem nicht die Menge an Licht ist, die in den meisten Fällen verwendet wird. Das eigentliche Problem ist in erster Linie der Durchmesser der Linse (ausgedrückt als Winkel), den der Sensor sieht. Um das zu erklären, muss ich wahrscheinlich ein wenig sichern und erklären, wie ein AF-Sensor überhaupt funktioniert. Halten wir uns vorerst an einen einfachen einzeiligen Sensor. Dies beginnt mit zwei Prismen, ähnlich wie das geteilte Bild in der Mitte der Bildschirme der meisten Kameras mit manuellem Fokus. Hinter jedem Prisma befindet sich ein Liniensensor. Ähnlich wie bei einem Sucher mit geteilten Bildern findet die Kamera den Fokus, indem sie die Bilder ausrichtet, die durch diese beiden Prismen kommen.

Der grundlegende Unterschied zwischen einem 1: 2,8-Sensor und (zum Beispiel) einem 1: 5,6-Sensor ist der Winkel dieser Prismen. Dies bestimmt den Winkel zwischen zwei Strömen, die vom Fokussensor "betrachtet" werden. Je größer der Winkel zwischen dem von den beiden Prismen aufgenommenen Licht ist, desto größer ist die Fehlausrichtung zwischen den von diesen beiden Sensoren aufgenommenen Bildern bei einem bestimmten Grad an Fehlfokussierung. Dies erleichtert es der Kamera wiederum, den Grad der Fehlfokussierung zu bestimmen und den endgültigen Fokus genauer zu bestimmen.

Hauptpunkt: Es geht nicht um die Lichtmenge , sondern um den Winkel des Lichts. Ein 1: 2,8-Sensor in Innenräumen schlägt einen 1: 5,6-Sensor bei vollem Sonnenlicht (leicht), obwohl dieser mehr Licht zum Arbeiten hat. Ebenso ergibt ein Objektiv, das schneller als die Sensorbewertung ist (z. B. 1: 1,4-Objektiv, 1: 2,8-Sensor), im Wesentlichen überhaupt keine Verbesserung.

Was die Geschwindigkeitsunterschiede zwischen dem Motor im Körper und dem Objektiv angeht, muss ich leider noch einmal dem Allgemeinwissen widersprechen. Zum Beispiel stellte Minolta 300 / 2,8-Objektive sowohl in körpergetriebenen als auch in In-Lens-Versionen (SSM) her. Die SSM-Version ist (wie erwartet) praktisch geräuschlos und "fühlt" sich an, als würde sie schneller fokussieren - aber hier habe ich einige objektive Messungen durchgeführt, und es stellt sich heraus, dass die SSM-Version geringfügig langsamer ist als ihr mechanisch angetriebener Vorgänger. Als es herauskam, war es jedoch nicht mehr wirklich wichtig - mechanisch angetriebene Objektive waren "schnell genug".

Ich sollte jedoch hinzufügen, dass SSM / HSM / USM-Objektive für die Verfolgung des Fokus einen Vorteil zu haben scheinen. Ich vermute, dass dies weniger mit der Fokusgeschwindigkeit als mit der Genauigkeit der Bewegung zu tun hat. Bei einer Spiegelreflexkamera tritt normalerweise eine Verzögerung von 80 bis 100 ms auf, während der Spiegel hochklappt, bevor das Bild aufgenommen wird. Das AF-System betrachtet die Fokusbewegung und sagt voraus, wo sie sich befindet, wenn sich der Verschluss tatsächlich öffnet. Im Gegensatz zu normalen AF, jedoch ist es keine Frage , dass dies hat „open loop“ getan werden - sobald der Spiegel kippen startet, die AF - Sensor nicht mehr mit keinem Licht, so dass es kann nicht Sinn nichts. Während dieser Zeit bewegt das AF-System den Fokus des Objektivs einfach weiter, ohne prüfen zu können, wie genau diese Bewegung das widerspiegelt, was geschehen soll.

Obwohl ich momentan keinen Link dazu finden kann, hat eine Site vor einigen Jahren einen Test durchgeführt. Soweit ich mich erinnere, montierten sie ein Ziel an einem Auto, fuhren auf die Kamera zu und machten Fotos, bis das Auto die Kamera passierte.

Je nachdem, wie Sie die Ergebnisse interpretieren möchten, können Sie die Ergebnisse als bevorzugt für Sony oder Canon lesen. Die Sony A700 produzierte den höchsten Prozentsatz an fokussierten Bildern, aber die damals aktuelle Canon 1D (ich denke die Marke IV) produzierte dank einer höheren Bildrate eine größere Anzahl von fokussierten Bildern.

Zusammenfassung:

1. Zumindest bei den frühen AF-Systemen, die sehr langsam waren, macht der Körper den großen Unterschied. 1a. Aber der größte Teil dieses Unterschieds ereignete sich vor über einem Jahrzehnt.
2. Bei 1: 2,8- und 1: 5,6-Sensoren (usw.) kommt es wirklich auf die Blende an, nicht auf die Lichtmenge.
3. Die Unterschiede zwischen körpergetriebenem und linsengetriebenem Fokus waren früher groß, aber jetzt minimal - bis zu dem Punkt, dass es so ziemlich Linse für Linse ist, nicht eine Klasse gegen eine andere Klasse. 3a. Für die Verfolgung des Fokus haben In-Lens-Motoren jedoch immer noch einen großen Vorteil.

Obwohl ich kein Video aufnehme, würde ich vermuten, dass 3a wahrscheinlich auch für Videos gilt.

Davor gab es einige Versuche - für einige Beispiele die Nikon F3AF und eine Pentax, an deren Modellnummer ich mich nicht erinnere. Keiner verkaufte genug, um es zu bemerken. Aus rein technischer Sicht kann beides ehrlich gesagt nicht mehr als ein Proof of Concept betrachtet werden - wenn Sie genug Geduld hätten, könnten Sie sie auf etwas richten und feststellen, dass sie tatsächlich den richtigen Fokuspunkt finden würden - schließlich. Ich würde jedoch beide als völlig unpraktisch bewerten. Das Fokussieren war viel zu langsam, um nützlich zu sein, und die Objektivauswahl war so begrenzt, dass es sowieso kaum eine Rolle spielte - Pentax hatte nur ein AF-Objektiv und Nikon zwei.

Apropos Canon-Ausrüstung: Die Geschwindigkeit wird hauptsächlich vom Objektiv bestimmt, die Genauigkeit vom Körper. Die Genauigkeit hängt jedoch teilweise auch von der Präzision des Linsenmotors ab.

Grundsätzlich arbeiten Linse und Körper als geschlossenes System. Der Computer im Körper entscheidet über den aktuellen Fokuszustand. Diese Informationen werden über seine Sensoren gesammelt. Anzahl und Typ variieren je nach Körper. Zum Beispiel haben Low-End-Modelle einen Kreuzsensor in der Mitte und 8 andere Punktsensoren. Der Computer sendet dann eine Anforderung an das Objektiv, das Fokussierelement über ein 8-Datenbit-, 1-Stopp-Bit-SPI-Protokoll zu drehen.

Jetzt ruft der Mikrocontroller am Objektiv an, wie lange der Motor laufen soll, um die gewünschte Position zu erreichen. Dies selbst ist ein Open-Loop-System, dessen Geschwindigkeit und Genauigkeit ausschließlich vom Objektiv abhängt. Dies ist ein Open-Loop-Prozess und das Objektiv hat überhaupt keine Positionsrückmeldung. Es dreht sich einfach so viel, wie es denkt. Hier kommt die Präzision des Linsenmotors ins Spiel. Sobald die gewünschte Position erreicht ist, prüft der Körper erneut den Fokus. Wenn der Fokus zufrieden ist, sendet er eine Anzeige an den Benutzer oder fordert eine Korrektur der Position an.

In der Praxis wirkt sich die Präzision des Motors jedoch nicht wirklich auf die Fokusgenauigkeit aus. Das Alter der Kreuzungspunktsensoren und des Staubes wird wahrscheinlich ein viel größerer Faktor sein.