Фазовый автофокус и Dual Pixel: как они работают и что меняется в новых камерах
У одной камеры написано «гибридный автофокус», у другой — Dual Pixel CMOS AF II, у третьей — распознавание объектов с искусственным интеллектом. По описанию все должны моментально находить глаз и больше никогда его не терять. В жизни камера иногда уверенно рисует рамку на лице, а резкость оказывается совсем не там.
Чтобы понять причину, полезно разделить две задачи. Камере нужно выбрать объект, по которому она собирается фокусироваться, и определить, куда двигать линзы для получения резкости. Современные алгоритмы тесно связывают эти процессы, но устроены они по-разному. Сегодня поговорим прежде всего о способах измерения фокуса и о том, что скрывается за поколениями Dual Pixel.
Контрастный автофокус
Самый наглядный способ — оценивать контраст мелких деталей. При правильной фокусировке границы становятся отчётливыми, при расфокусировке расплываются. Контрастный автофокус перемещает линзы и ищет положение, в котором выбранная область выглядит наиболее резкой.
Преимущество такого измерения в том, что оценка идёт по изображению на самой матрице. Но одно текущее значение контраста не всегда говорит, в какую сторону и на какое расстояние нужно переместить фокус. Системе приходится пробовать, оценивать изменение и корректировать движение. Отсюда знакомые проходы через резкость и возвраты.
Это не означает, что контрастный автофокус обязательно плох. На неподвижном предмете при хорошем свете он может работать точно. Для предметной съёмки со штатива небольшая задержка зачастую несущественна. Для бегущего человека или плавного видео постоянные поисковые движения уже мешают.
Фазовый автофокус
Фазовая система сравнивает изображения, полученные через разные части выходного пучка объектива. По их взаимному смещению она определяет направление расфокусировки и оценивает величину необходимой коррекции. Это позволяет быстрее дать объективу осмысленную команду, не начиная каждый поиск с неопределённости.
После перемещения линз система продолжает проверять результат. Движущийся объект меняет расстояние, объектив имеет собственную скорость привода, а сигнал становится менее надёжным при недостатке света и деталей. Поэтому даже фазовый принцип не означает единственное идеальное движение линз и гарантированную резкость каждого кадра.
Практическая польза особенно понятна при слежении. Пока человек приближается к камере, система получает новые измерения и уточняет положение фокуса. Чем быстрее и надёжнее проходят эти циклы, тем лучше она справляется с изменением дистанции. Но общая скорость зависит и от объектива, и от обработки сигнала, и от доступного света.
Автофокус в зеркалках и беззеркалках
В классической зеркалке при съёмке через оптический видоискатель фазовую фокусировку обычно измеряет отдельный модуль. Свет к нему направляется через зеркальную систему. Это позволяет быстро фокусироваться, но точность связана с согласованностью нескольких оптических путей.
Если измерительная система и плоскость матрицы оказываются недостаточно согласованы, может возникать повторяемый фронт- или бэк-фокус. Поэтому у части зеркалок предусмотрены поправки для объективов. При этом любой случайный нерезкий кадр нельзя автоматически объявлять такой неисправностью: причиной бывают движение объекта, длинная выдержка и неверно выбранная область AF.
У беззеркальной камеры фазовые измерения могут выполняться непосредственно на сенсоре изображения. Отдельный путь к нижнему AF-модулю ей не нужен. Это снимает соответствующую причину систематического смещения, но не устраняет ошибки алгоритмов, особенности объектива или недостаток контраста.
Есть и промежуточный случай: зеркалки Canon с Dual Pixel используют фазовый принцип на матрице при Live View. Через оптический видоискатель и по экрану у одного аппарата могут работать разные системы фокусировки. Поэтому фраза «эта зеркалка фокусируется так-то» без указания режима иногда вводит в заблуждение.
В Canon 800D фазовый автофокус на матрице работает при съёмке по экрану; в видоискателе используется отдельная система
Как устроен Dual Pixel CMOS AF
В реализации Canon пиксели, участвующие в Dual Pixel AF, содержат две светочувствительные части. Они получают немного разные изображения через объектив. Для фокусировки камера сравнивает сигналы этих частей, а при формировании фотографии использует их совместный сигнал.
Это разновидность фазового автофокуса на матрице. Слова Dual Pixel не обозначают отдельную альтернативу фазовому принципу и не означают удвоенное разрешение готовой фотографии.
Dual Pixel использует раздельные сигналы для измерения фокуса и объединяет их для фотографии
Одно из практических достоинств подхода — возможность выполнять фазовое измерение на большой области изображения. Но доступное покрытие и ограничения зависят от конкретной камеры, объектива и режима. Нельзя взять рекламное «почти весь кадр» от одной модели и автоматически приписать его всем аппаратам с тем же названием технологии.
Количество выбираемых положений рамки также не равно числу физических датчиков отдельного AF-модуля зеркалки. Поэтому прямое сравнение «у этой девять точек, у той шесть тысяч — значит она в сотни раз точнее» не имеет смысла. Эти числа описывают разные способы организации системы.
Dual Pixel CMOS AF II и новые поколения
У второго поколения расширились возможности всей системы: работа по большой площади кадра, распознавание и слежение за объектами, взаимодействие с более производительной обработкой. В конкретных камерах появились более развитые способы находить глаза, головы, животных и транспорт.
Индекс II обозначает поколение системы Canon. Скорость фокусировки при этом зависит от конкретной камеры, объектива и режима съёмки. Каждый пиксель по-прежнему состоит из двух светочувствительных частей. Доступные настройки и функции нужно смотреть по модели и версии прошивки.
Например, камеры разных классов с Dual Pixel CMOS AF II могут иметь неодинаковые настройки, наборы распознаваемых объектов и скорость серийной съёмки. Для фотографа с портретным фикс-объективом и для оператора с видеозумом результат обновления будет разным: один ценит удержание глаза, другой — управляемую плавность перехода фокуса.
Название Dual Pixel Intelligent AF, встречающееся у Canon EOS R5 Mark II, дополнительно подчёркивает развитие распознавания и предсказания поведения объекта. Из слова Intelligent нельзя сделать вывод о новом числе фотодиодов. Чтобы понять пользу, нужно посмотреть, какие действия камера умеет распознавать, как выбирает человека и что происходит при его кратком перекрытии.
Гибридный автофокус и распознавание объектов
Гибридным обычно называют сочетание фазовых и контрастных методов на матрице. Производитель может использовать их совместно в зависимости от условий. Наличие обоих способов само по себе не гарантирует преимущество перед другой реализацией: важны качество сигнала, алгоритмы и привод объектива.
Распознавание отвечает на вопрос, какой участок изображения стоит считать человеком, глазом, птицей или другим объектом. Измерение фокуса отвечает на вопрос, насколько выбранная область находится вне резкости. Рамка вокруг глаза означает, что камера его нашла, но не доказывает, что объектив уже успел переместить линзы в нужное положение.
Распознавание выбирает объект, а система фокусировки наводит на него резкость
Из-за этого полезно отделять два вида неудач. Если камера перескакивает с нужного человека на прохожего, стоит разобраться с выбором объекта и областью слежения. Если объект выбран правильно, но приближающийся человек остаётся нерезким, возможны ограничения привода, освещения, режима AF или скорости обновления измерений.
В этом месте количество «умных» названий в спецификации уже мало помогает. Нужен понятный съёмочный сценарий и настройка под него. О выборе зон, режимов и настроек слежения подробнее рассказал в практической статье об автофокусе.
Птица в полёте — сложный сюжет для сопровождения: меняются и расстояние, и положение объекта в кадре
Проверка автофокуса перед покупкой
Возьмите объектив того класса, с которым действительно планируете работать. Быстрый современный зум и старый тяжёлый фикс могут по-разному выполнять команды одного корпуса. Если проверять камеру только с демонстрационным объективом, легко ожидать дома того же поведения и разочароваться.
Для простого теста сначала снимите несколько кадров неподвижного предмета с отчётливой фактурой при хорошем свете. Между попытками переводите фокус на другой план и возвращайте обратно. Затем попробуйте человека, который идёт к камере, с непрерывным AF и выдержкой, достаточной для остановки его движения. Смотрите серию целиком и оценивайте, где находится резкость, а не только наличие рамки на дисплее.
Такой тест покажет повторяемость в выбранных условиях, но не заменит проверку спорта в тёмном зале или птиц на сложном фоне. Для этих задач полезны испытания с похожим сюжетом и близкой оптикой. Если покупаете камеру с рук, добавьте к этому полную проверку б/у фотоаппарата.
Я бы воспринимал фазовый AF, Dual Pixel и название поколения как объяснение устройства, а окончательный выбор делал по поведению камеры в своей съёмке. Хороший автофокус действительно снимает с фотографа часть технической работы. Тем приятнее, когда за понятным названием стоит функция, которой вы регулярно пользуетесь, а не только новая строчка в меню.