Un sistema óptico de enfoque automático (o AF ) utiliza un sensor , un sistema de control y un motor para enfocar en un punto o área seleccionado automática o manualmente. Un telémetro electrónico tiene una pantalla en lugar del motor; el ajuste del sistema óptico debe realizarse manualmente hasta la indicación. Los métodos de enfoque automático se distinguen en tipos activos , pasivos o híbridos.
Los sistemas de enfoque automático se basan en uno o más sensores para determinar el enfoque correcto. Algunos sistemas AF se basan en un solo sensor, mientras que otros utilizan una serie de sensores. La mayoría de las cámaras SLR modernas utilizan sensores ópticos a través de la lente , con un conjunto de sensores separado que proporciona medición de luz , aunque este último puede programarse para priorizar su medición en la misma área que uno o más sensores AF.
El enfoque automático óptico a través de la lente suele ser más rápido y preciso que el enfoque manual con un visor normal, aunque se puede lograr un enfoque manual más preciso con accesorios especiales como lupas de enfoque. La precisión del enfoque automático dentro de 1/3 de la profundidad de campo (DOF) en la apertura más amplia de la lente es común en las cámaras SLR AF profesionales.
La mayoría de las cámaras AF multisensor permiten la selección manual del sensor activo y muchas ofrecen selección automática del sensor mediante algoritmos que intentan discernir la ubicación del sujeto. Algunas cámaras AF pueden detectar si el sujeto se acerca o se aleja de la cámara, incluidas la velocidad y la aceleración, y mantienen el enfoque, una función que se utiliza principalmente en deportes y otras fotografías de acción. Las cámaras Canon llaman a esto servo AI ; Las cámaras Nikon lo llaman "enfoque continuo".
Los datos recopilados de los sensores AF se utilizan para controlar un sistema electromecánico que ajusta el enfoque del sistema óptico. Una variación del enfoque automático es un telémetro electrónico , en el que los datos de enfoque se proporcionan al operador, pero el ajuste del sistema óptico aún se realiza manualmente.
La velocidad del sistema AF depende en gran medida de la apertura más amplia que ofrece la lente en la distancia focal actual. F-stops de alrededorf /2 af /2,8 generalmente se consideran mejores para la velocidad y precisión del enfoque. Lentes más rápidas que esta (por ejemplo:f /1.4 of /1.8) suelen tener una profundidad de campo muy baja, lo que significa que lleva más tiempo lograr un enfoque correcto, a pesar de la mayor cantidad de luz. La mayoría de los sistemas de cámaras de consumo solo enfocarán automáticamente de manera confiable con lentes que tengan una apertura máxima de al menosf /5.6, mientras que los modelos profesionales a menudo pueden soportar una apertura más amplia def /8, que es particularmente útil para lentes utilizados junto con teleconvertidores . [ cita necesaria ]
Entre 1960 y 1973, Leitz (Leica) [1] patentó una serie de tecnologías de enfoque automático y sensores correspondientes. En Photokina de 1976 , Leica presentó una cámara basada en su desarrollo anterior, llamada Correfot, y en 1978 mostró una cámara SLR con enfoque automático totalmente operativo.
La primera cámara con enfoque automático producida en masa fue la Konica C35 AF , un modelo simple de apuntar y disparar lanzado en 1977. La Polaroid SX-70 Sonar OneStep fue la primera cámara réflex de lente única con enfoque automático , lanzada en 1978.
La Pentax ME-F , que utilizaba sensores de enfoque en el cuerpo de la cámara junto con una lente motorizada , se convirtió en la primera SLR de 35 mm con enfoque automático en 1981.
En 1983, Nikon lanzó la F3AF , su primera cámara con enfoque automático, que se basaba en un concepto similar al de la ME-F.
La Minolta 7000 , lanzada en 1985, fue la primera SLR con un sistema de enfoque automático integrado, lo que significa que tanto los sensores AF como el motor de accionamiento estaban alojados en el cuerpo de la cámara, así como un avance de película integrado, que se convertiría en la configuración estándar. para cámaras SLR de este fabricante, y también Nikon abandonó su sistema F3AF e integró el motor de enfoque automático y los sensores en el cuerpo.
Canon decidió descontinuar su montura FD y cambió a la montura EF completamente electrónica con lentes motorizados en 1987.
Pentax fue el primero en introducir la medición de la distancia de enfoque para cámaras SLR con lentes de las series FA y FA* a partir de 1991. Sus primeros lentes Pentax con montura K AF y AF se introdujeron en 1989. [2]
En 1992, Nikon volvió a utilizar motores integrados en lentes con su gama de lentes AF-I y AF-S; Hoy en día, sus DSLR de nivel básico no tienen un motor de enfoque en el cuerpo debido a la disponibilidad de motores en todos los lentes AF desarrollados recientemente .
Los sistemas AF activos miden la distancia al sujeto independientemente del sistema óptico y posteriormente ajustan el sistema óptico para lograr un enfoque correcto.
Hay varias formas de medir la distancia, incluidas las ondas sonoras ultrasónicas y la luz infrarroja . En el primer caso, la cámara emite ondas sonoras y, midiendo el retraso en su reflexión, se calcula la distancia al sujeto. Las cámaras Polaroid , incluidas Spectra y SX-70, eran conocidas por aplicar con éxito este sistema. En este último caso, se suele utilizar luz infrarroja para triangular la distancia hasta el sujeto. Las cámaras compactas, incluidas la Nikon 35TiQD y 28TiQD , la Canon AF35M y las Contax T2 y T3 , así como las primeras videocámaras, utilizaban este sistema. Un enfoque más nuevo incluido en algunos dispositivos electrónicos de consumo, como los teléfonos móviles, se basa en el principio del tiempo de vuelo , que implica hacer brillar un láser o una luz LED hacia el sujeto y calcular la distancia en función del tiempo que tarda la luz en llegar. viajar al sujeto y regresar. Esta técnica a veces se denomina enfoque automático láser y está presente en muchos modelos de teléfonos móviles de varios proveedores. También está presente en dispositivos industriales y médicos [3] .
Una excepción al enfoque de dos pasos es el enfoque automático mecánico que incorporan algunas ampliadoras, que ajustan la lente directamente.
Los sistemas de AF pasivo determinan el enfoque correcto realizando un análisis pasivo de la imagen que ingresa al sistema óptico. Por lo general, no dirigen ninguna energía, como sonido ultrasónico u ondas de luz infrarroja, hacia el sujeto. (Sin embargo, se requiere un haz de ayuda al enfoque automático, generalmente de luz infrarroja, cuando no hay suficiente luz para tomar mediciones pasivas). El enfoque automático pasivo se puede lograr mediante detección de fase o medición de contraste.
La detección de fase (PD) se logra dividiendo la luz entrante en pares de imágenes y comparándolas. La detección de fase pasiva de registro de imagen secundaria a través de la lente (TTL SIR) se utiliza a menudo en cámaras de película y SLR digitales . El sistema utiliza un divisor de haz (implementado como una pequeña área semitransparente del espejo réflex principal, junto con un pequeño espejo secundario) para dirigir la luz a un sensor AF en la parte inferior de la cámara. Dos microlentes capturan los rayos de luz provenientes de los lados opuestos de la lente y los desvían hacia el sensor AF, creando un telémetro simple con una base dentro del diámetro de la lente. Luego, las dos imágenes se analizan en busca de patrones de intensidad de luz similares (picos y valles) y se calcula el error de separación para encontrar si el objeto está en la posición de enfoque frontal o posterior. Esto proporciona la dirección y una estimación de la cantidad requerida de movimiento del anillo de enfoque. [4]
PD AF en modo de enfoque continuo (por ejemplo, "AI Servo" para Canon , "AF-C" para Nikon , Pentax y Sony ) es un proceso de control de bucle cerrado . Se cree ampliamente que PD AF en un modo de bloqueo de enfoque (por ejemplo, "One-Shot" para Canon , "AF-S" para Nikon y Sony ) es un proceso de control de bucle abierto de "una medición, un movimiento" , pero el enfoque es se confirma solo cuando el sensor AF detecta un sujeto enfocado. Las únicas diferencias aparentes entre los dos modos son que un modo de bloqueo de enfoque se detiene al confirmar el enfoque, y un modo de enfoque continuo tiene elementos predictivos para trabajar con objetivos en movimiento, lo que sugiere que son el mismo proceso de circuito cerrado. [5]
Aunque los sensores AF suelen ser tiras fotosensibles unidimensionales (solo unos pocos píxeles de alto y unas pocas docenas de ancho), algunas cámaras modernas ( Canon EOS-1V , Canon EOS-1D , Nikon D2X ) cuentan con sensores SIR de área TTL [ cita necesaria ] que son de forma rectangular y proporcionan patrones de intensidad bidimensionales para un análisis más fino. Los puntos de enfoque de tipo cruz tienen un par de sensores orientados a 90° entre sí, aunque un sensor normalmente requiere una apertura mayor para funcionar que el otro.
Algunas cámaras ( Minolta 7 , Canon EOS-1V , 1D , 30D / 40D , Pentax K-1 , Sony DSLR-A700 , DSLR-A850 , DSLR-A900 ) también tienen algunos puntos de enfoque de "alta precisión" con un conjunto adicional de prismas y sensores; sólo están activos con " lentes rápidas " con ciertas aperturas geométricas (normalmente número f 2,8 y más rápidas). La precisión ampliada proviene de la base de medición efectiva más amplia del "telémetro".
Algunos sensores modernos (por ejemplo uno en Librem 5 ) incluyen aproximadamente un 2% de píxeles de detección de fase en el chip. Con soporte de software adecuado, que permite el enfoque automático por detección de fase.
El enfoque automático con detección de contraste se logra midiendo el contraste (visión) dentro de un campo sensor a través de la lente . La diferencia de intensidad entre los píxeles adyacentes del sensor aumenta naturalmente con el enfoque correcto de la imagen. De este modo se puede ajustar el sistema óptico hasta que se detecte el contraste máximo. En este método, AF no implica ninguna medición de distancia real. Esto crea desafíos importantes al seguir sujetos en movimiento , ya que una pérdida de contraste no proporciona ninguna indicación de la dirección del movimiento hacia o desde la cámara.
El enfoque automático con detección de contraste es un método común en las cámaras digitales que carecen de obturadores y espejos réflex. La mayoría de las DSLR utilizan este método (o un híbrido de enfoque automático de contraste y detección de fase) cuando enfocan en sus modos de visualización en vivo . Una excepción notable son las cámaras digitales Canon con Dual Pixel CMOS AF. Las cámaras sin espejo con lentes intercambiables normalmente usaban enfoque automático con medición de contraste, aunque la detección de fase se ha convertido en la norma en la mayoría de las cámaras sin espejo, lo que les brinda un rendimiento de seguimiento de AF significativamente mejor en comparación con la detección de contraste.
La detección de contraste impone diferentes limitaciones al diseño de la lente en comparación con la detección de fase. Mientras que la detección de fase requiere que la lente mueva su punto de enfoque rápida y directamente a una nueva posición, el enfoque automático con detección de contraste emplea lentes que pueden recorrer rápidamente el rango focal, deteniéndose precisamente en el punto donde se detecta el contraste máximo. Esto significa que las lentes diseñadas para la detección de fase a menudo funcionan mal en cuerpos de cámara que utilizan detección de contraste.
La luz de asistencia (también conocida como iluminador AF) "activa" los sistemas de enfoque automático pasivo en situaciones de poca luz y bajo contraste en algunas cámaras. La lámpara proyecta luz visible o infrarroja sobre el sujeto, que el sistema de enfoque automático de la cámara utiliza para lograr el enfoque.
Muchas cámaras y casi todos los teléfonos con cámara [a] carecen de una lámpara de asistencia de enfoque automático dedicada. En su lugar, utilizan su flash incorporado, iluminando al sujeto con ráfagas de luz. Esto ayuda al sistema de enfoque automático de la misma manera que una luz de asistencia dedicada, pero tiene la desventaja de asustar o molestar a las personas. Otra desventaja es que si la cámara utiliza la asistencia de enfoque con flash y está configurada en un modo de operación que anula el flash, también puede desactivar la asistencia de enfoque. Por lo tanto, es posible que el enfoque automático no pueda captar el sujeto.
A veces se utiliza un destello estroboscópico similar para reducir el efecto de ojos rojos , pero esto solo tiene como objetivo estrechar las pupilas del sujeto antes de disparar.
Algunas pistolas de flash externas tienen lámparas integradas de asistencia de enfoque automático que reemplazan el flash estroboscópico de la cámara. Muchos de ellos son rojos y menos llamativos. Otra forma de ayudar a los sistemas AF basados en contraste en condiciones de poca luz es emitir un patrón láser al sujeto. El método láser se llama comercialmente Hologram AF Laser y se utilizó en las cámaras Sony CyberShot alrededor del año 2003, incluidos los modelos Sony F707, F717 y F828 .
En un sistema de enfoque automático híbrido, el enfoque se logra combinando dos o más métodos, como por ejemplo:
El doble esfuerzo se utiliza normalmente para compensar mutuamente las debilidades intrínsecas de los distintos métodos con el fin de aumentar la confiabilidad y precisión generales o acelerar la función AF.
Un raro ejemplo de un sistema híbrido temprano es la combinación de un sistema de enfoque automático ultrasónico o IR activo con un sistema pasivo de detección de fase. Un sistema IR o ultrasónico basado en la reflexión funcionará independientemente de las condiciones de luz, pero puede ser engañado fácilmente por obstáculos como los cristales de las ventanas, y la precisión suele estar restringida a un número bastante limitado de pasos. El autoenfoque por detección de fases "ve" a través de los cristales sin problemas y es mucho más preciso, pero no funciona en condiciones de poca luz o en superficies sin contrastes o con patrones repetidos.
Un ejemplo muy común de uso combinado es el sistema de enfoque automático por detección de fase utilizado en las cámaras réflex de lente única desde la década de 1985. El enfoque automático de detección de fase pasiva necesita algo de contraste para funcionar, lo que dificulta su uso en escenarios con poca luz o en superficies uniformes. Un iluminador AF iluminará la escena y proyectará patrones de contraste en superficies uniformes, de modo que el enfoque automático por detección de fase también pueda funcionar en estas condiciones.
Una forma más nueva de sistema híbrido es la combinación de enfoque automático de detección de fase pasiva y enfoque automático de contraste pasivo, a veces asistido por métodos activos, ya que ambos métodos necesitan algo de contraste visible para trabajar. En sus condiciones operativas, el enfoque automático por detección de fase es muy rápido, ya que el método de medición proporciona información, la cantidad de compensación y la dirección, de modo que el motor de enfoque puede mover la lente directamente hacia (o cerca de) el enfoque sin necesidad adicional. mediciones. Sin embargo, mediciones adicionales sobre la marcha pueden mejorar la precisión o ayudar a realizar un seguimiento de los objetos en movimiento. Sin embargo, la precisión del enfoque automático por detección de fase depende de su base de medición efectiva. Si la base de medición es grande, las mediciones son muy precisas, pero sólo pueden funcionar con lentes con una apertura geométrica grande (por ejemplo, 1:2,8 o mayor). Incluso con objetos de alto contraste, el AF con detección de fase no puede funcionar en absoluto con lentes más lentas que su base de medición efectiva. Para trabajar con la mayoría de los lentes, la base de medición efectiva generalmente se establece entre 1:5,6 y 1:6,7, de modo que el AF continúa funcionando con lentes lentos (al menos mientras no estén detenidos). Sin embargo, esto reduce la precisión intrínseca del sistema de enfoque automático, incluso si se utilizan lentes rápidos. Dado que la base de medición efectiva es una propiedad óptica de la implementación real, no se puede cambiar fácilmente. Muy pocas cámaras proporcionan sistemas multi-PD-AF con varias bases de medición conmutables según la lente utilizada para permitir un enfoque automático normal con la mayoría de las lentes y un enfoque más preciso con lentes rápidas. Contrast AF no tiene esta limitación de diseño inherente a la precisión, ya que solo necesita un contraste mínimo del objeto con el que trabajar. Una vez que esté disponible, podrá funcionar con alta precisión independientemente de la velocidad de la lente; de hecho, mientras se cumpla esta condición, puede funcionar incluso con la lente parada. Además, dado que el AF de contraste continúa funcionando en modo detenido en lugar de solo en modo de apertura abierta, es inmune a errores de cambio de enfoque basados en la apertura.Los sistemas AF con detección de fase sufren porque no pueden funcionar en modo detenido. Por lo tanto, el AF de contraste hace innecesarios los ajustes arbitrarios de enfoque fino por parte del usuario. Además, el AF de contraste es inmune a errores de enfoque debido a superficies con patrones repetidos y puede funcionar en todo el encuadre, no solo cerca del centro del encuadre, como lo hace el AF con detección de fases. La desventaja, sin embargo, es que el AF de contraste es un proceso iterativo de circuito cerrado que cambia el enfoque hacia adelante y hacia atrás en rápida sucesión. En comparación con el AF con detección de fases, el AF por contraste es lento, ya que la velocidad del proceso de iteración del enfoque está limitada mecánicamente y este método de medición no proporciona ninguna información direccional. Combinando ambos métodos de medición, el AF con detección de fases puede ayudar a que un sistema AF de contraste sea rápido y preciso al mismo tiempo, para compensar errores de cambio de enfoque basados en la apertura y para continuar trabajando con lentes paradas, como, por ejemplo , en modo medición parada o vídeo.
Los desarrollos recientes hacia las cámaras sin espejo buscan integrar los sensores AF con detección de fase en el propio sensor de imagen. Normalmente, estos sensores de detección de fase no son tan precisos como los sensores independientes más sofisticados, pero dado que el enfoque fino ahora se realiza mediante enfoque de contraste, los sensores AF con detección de fase solo necesitan proporcionar información direccional aproximada para poder acelerar el proceso de enfoque automático de contraste.
En julio de 2010, Fujifilm anunció una cámara compacta, la F300EXR, que incluía un sistema de enfoque automático híbrido que constaba de elementos basados en detección de fase y contraste. Los sensores que implementan el AF con detección de fase en esta cámara están integrados en el Super CCD EXR de la cámara. [6] Actualmente lo utilizan las series Fujifilm FinePix , [7] Fujifilm X100S , Ricoh , Nikon 1 series , Canon EOS 650D/Rebel T4i y Samsung NX300 .
Los sistemas activos normalmente no enfocan a través de las ventanas, ya que el vidrio refleja las ondas sonoras y la luz infrarroja. Con los sistemas pasivos esto generalmente no será un problema, a menos que la ventana esté manchada. La precisión de los sistemas de enfoque automático activos suele ser considerablemente menor que la de los sistemas pasivos.
Los sistemas activos también pueden fallar al enfocar un sujeto que está muy cerca de la cámara (por ejemplo, fotografía macro ).
Es posible que los sistemas pasivos no encuentren el enfoque cuando el contraste es bajo, especialmente en grandes superficies de un solo color (paredes, cielo azul, etc.) o en condiciones de poca luz. Los sistemas pasivos dependen de un cierto grado de iluminación del sujeto (ya sea natural o no), mientras que los sistemas activos pueden enfocar correctamente incluso en la oscuridad total cuando sea necesario. Algunas cámaras y unidades de flash externas tienen un modo especial de iluminación de bajo nivel (normalmente luz naranja/roja) que se puede activar durante la operación de enfoque automático para permitir que la cámara enfoque.
Un método conocido como trampa de enfoque , trampa de enfoque o captura de enfoque utiliza el enfoque automático para tomar una fotografía cuando un sujeto se mueve hacia el plano focal (en el punto focal relevante); esto se puede utilizar para obtener una toma enfocada de un objeto que se mueve rápidamente, particularmente en fotografía de deportes o vida silvestre , o alternativamente para colocar una "trampa" de modo que se pueda tomar una fotografía automáticamente sin una persona presente. Esto se hace usando AF para detectar pero no establecer el enfoque: usar el enfoque manual para establecer el enfoque (o cambiar a manual después de configurar el enfoque) pero luego usar la prioridad de enfoque para detectar el enfoque y solo abrir el obturador cuando un objeto está enfocado. La técnica funciona eligiendo el ajuste del enfoque (desactivando el AF), luego configurando el modo de disparo en "Único" (AF-S), o más específicamente la prioridad de enfoque, luego presionando el obturador; cuando el sujeto se enfoca, el AF detecta esto (aunque no cambia el enfoque) y se toma una foto. [8] [9] [10]
La primera SLR que implementó el enfoque por trampa fue la Yashica 230 AF. El enfoque automático también es posible en algunas cámaras Pentax (por ejemplo, Kx y K-5 ), Nikon y Canon EOS . La EOS 1D puede hacerlo usando software en una computadora conectada, mientras que cámaras como la EOS 40D y 7D tienen una función personalizada (III-1 y III-4 respectivamente) que puede evitar que la cámara intente enfocar después de fallar. [ cita necesaria ] En cámaras EOS sin enfoque trampa genuino, se puede utilizar un truco llamado "enfoque casi trampa", que logra algunos de los efectos del enfoque trampa. [11] Al utilizar el firmware personalizado Magic Lantern , algunas DSLR de Canon pueden realizar un enfoque automático.
AI Servo es un modo de enfoque automático que se encuentra en las cámaras SLR de Canon y en otras marcas como Nikon , Sony y Pentax , bajo el nombre de "enfoque continuo" (AF-C). [12] También conocido como seguimiento de enfoque , se utiliza para seguir a un sujeto mientras se mueve alrededor del encuadre, o se acerca y se aleja de la cámara. Cuando está en uso, la lente mantendrá constantemente su enfoque en el sujeto, por lo que se usa comúnmente para fotografía de deportes y acción . La IA se refiere a la inteligencia artificial : algoritmos que predicen constantemente dónde está a punto de estar un sujeto en función de los datos de velocidad y aceleración del sensor de enfoque automático.
El enfoque automático moderno se realiza mediante uno de dos mecanismos; ya sea un motor en el cuerpo de la cámara y engranajes en la lente ("tornillo") o mediante transmisión electrónica de las instrucciones de accionamiento a través de contactos en la placa de montaje a un motor en la lente. Los motores basados en lentes pueden ser de diferentes tipos, pero suelen ser motores ultrasónicos o motores paso a paso .
Algunos cuerpos de cámara, incluidos todos los cuerpos EOS de Canon y los modelos DX de Nikon más económicos , no incluyen un motor de enfoque automático y, por lo tanto, no pueden enfocar automáticamente con lentes que carecen de un motor incorporado. Algunas lentes, como los modelos designados DA* de Pentax , aunque normalmente usan un motor incorporado, pueden recurrir al funcionamiento con destornillador cuando el cuerpo de la cámara no admite las clavijas de contacto necesarias.
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