Faz algılamalı otomatik odaklama nasıl çalışır?

DSLR kamera teknolojisi tartışılırken , Faz Algılama Otomatik Netleme (PDAF) sisteminin nasıl çalıştığı konusunda sıklıkla kafa karışıklığı yaşanır. Bu konu birçok kişi için ilgi çekici olmayabilir, ancak kameranızda neden ve nasıl otomatik netleme sorunları oluştuğunu merak ediyorsanız , bu makale fotoğraf çekerken kameranın içinde neler olduğunu açıklayacaktır. Canon 5D Mark III, Nikon D800, Pentax K-5 ve diğer dijital SLR kameralar gibi üst düzey cihazlarda otomatik netleme sorunlarıyla ilgili sayısız olumsuz yorum bulunmaktadır. Çoğu fotoğrafçı, asıl sorunun belirli bir model veya kamera türü değil, bu kameraların netleme şekli olduğunun farkında değil gibi görünüyor. Hızlı bir internet araması, 10 yıldan daha eski tarihlere dayanan her tür DSLR kamerada otomatik netleme sorunlarıyla ilgili binlerce raporu ortaya çıkaracaktır. Bu nedenle, modern kameralarda gördüğümüz ön ve arka netleme sorunları yeni bir şey değil; faz algılama sensörüne sahip ilk DSLR'den beri varlar.

DSLR kameralar nasıl çalışır?

Bu sorunu daha derinlemesine anlamak için öncelikle bir DSLR kameranın nasıl çalıştığını anlamak şarttır . Tipik DSLR çizimlerinde genellikle 45 derecelik bir açıyla konumlandırılmış tek bir reflektör gösterilir. Ancak bu çizimlerde gösterilmeyen şey, reflektörün arkasında bulunan ve ışığın bir kısmını faz algılama sensörüne yansıtan ikincil bir aynadır. Nikon D800'ün tipik bir görüntüsünden yola çıkarak oluşturduğum aşağıdaki basitleştirilmiş çizime bir göz atın:

Yukarıdaki resimde gösterilen her bir sayının açıklaması aşağıdadır:

1. ışık demeti
2. Ana/Yansıtıcı Ayna
3. İkinci ayna, aynı zamanda "alt ayna" olarak da bilinir.
4. Kamera deklanşörü ve görüntü sensörü
5. Ana aynanın ayarlanması için merkezden uzak pim (1.5 mm altıgen).
6. İkinci aynanın ayarlanması için eksantrik pim (1.5 mm altıgen başlı).
7. Faz Algılama Sensörü (AF Sensörü)
8. Pentaprizma
9. Vizör

Fotoğraf çekerken kameranın içinde neler olduğuna bir göz atalım. Işık ışınları lense (1) girer ve kameranın içine ulaşır. Yarı saydam birincil ayna (2), ışığın çoğunu dikey olarak beşgen prizmaya (8) yansıtan 45 derecelik bir açıyla konumlandırılmıştır. Beşgen prizma, dikey ışığı yatay bir ışığa dönüştürür ve yansıtır, böylece vizörden (9) baktığınızda tam olarak ne gördüğünüzü görebilirsiniz. Işığın küçük bir kısmı birincil aynadan geçer ve aynı zamanda bir açıyla (yukarıda gösterildiği gibi birçok modern Nikon kamerada 54 derece) eğimli olan ikincil ayna (3) tarafından yansıtılır. Işık daha sonra faz algılama/otomatik odaklama sensörüne (7) ulaşır ve bu sensör onu bir dizi sensöre (her otomatik odaklama noktası için iki sensör) yönlendirir. Kamera daha sonra bu sensörlerden gelen görüntüleri analiz eder ve karşılaştırır ( menzil bulucularda odaklamanın nasıl değerlendirildiğine benzer şekilde ) ve eğer aynı görünmüyorlarsa, lense uygun ayarlamaları yapması için talimat verir (daha fazla ayrıntı için aşağıya bakın).

Yukarıdaki işlem oldukça basit görünse de, bu yaklaşımda büyük bir sorun var. Faz algılama sensörü, gerekli ayarlamaları yapması için lense talimat verirken, görüntü tamamen farklı bir cihaz tarafından yakalanır - kameranın arkasındaki sensör. Bu neden bir sorun? Unutmayın ki, fotoğraf çektiğinizde hem birincil hem de ikincil aynalar yükselir, deklanşör açılır ve lensten gelen ışık doğrudan kamera sensörüne ulaşır (4). Faz algılamalı otomatik odaklamanın doğru çalışması için, lens yuvası ile kamera sensörü arasındaki mesafe ve lens yuvası ile faz algılama sensörü arasındaki mesafe tam olarak aynı olmalıdır . Hafif bir sapma bile olsa, otomatik odaklama yanlış olacaktır. Ayrıca, ikincil aynanın açısı olması gerektiği kadar hassas değilse, bu da otomatik odaklama sorunlarına yol açacaktır.

Faz algılama sensörü nasıl çalışır?

Faz algılama sensörünün çalışması, optik faz karşılaştırma prensibine dayanır ve bir telemetre kamerasına benzer şekilde çalışır. İkincil bir aynadan yansıyan ışık, mikro lenslere monte edilmiş bir dizi küçük görüntü sensörü (otomatik odaklama sistemindeki odak noktası sayısına bağlı olarak iki veya daha fazla) tarafından alınır. Vizörde görülen her odak noktası için, faz farklarını algılamak üzere ayrılmış iki küçük sensör vardır; sayfanın üst kısmındaki diyagramda (7) gösterildiği gibi, lensin her iki tarafında birer tane (diyagram, iki ayrı ışık demetinin iki ayrı sensöre ulaştığını göstererek bu davranışı abartmaktadır).

Aslında, modern faz algılama cihazları ikiden çok daha fazla sensör içerir ve bu sensörler birbirine çok yakın konumlandırılmıştır. Işık bu iki sensöre ulaştığında, nesne odaklanmışsa, merceğin uç kenarlarından gelen ışık ışınları her sensörün merkezinde doğrudan birleşir (tıpkı bir görüntü sensöründe olduğu gibi). Bu durumda, her iki sensör de aynı görüntülere sahip olacak ve bu da nesnenin mükemmel bir şekilde odaklanmış olduğunu gösterecektir. Nesne odaklanmamışsa, ışık ışınları birleşmeyecek ve aşağıda gösterildiği gibi sensörün farklı taraflarına çarpacaktır (resim Wikipedia'dan alınmıştır):

Şekil 1 ila 4, odağın (1) çok yakın, (2) doğru, (3) çok uzak ve (4) çok uzak olduğu durumları temsil etmektedir. Diyagramlar, iki profil arasındaki faz farkının, odağın değiştirilmesi gereken yönün yanı sıra, optimum odağı elde etmek için bu değişikliğin büyüklüğünü de belirlemek için kullanılabileceğini göstermektedir. Gerçekte hareket edenin sensör değil, mercek olduğunu belirtmek önemlidir.

Faz algılama sistemi, nesnenin ön veya arka odakta olup olmadığını bildiği için, kamera merceğine dönmesi gereken odak yönü ve miktarı hakkında hassas talimatlar gönderebilir. Kamera bir nesneye odaklandığında (kapalı döngü otomatik odaklama) şunlar olur:

1. Lensin en uç kenarlarından geçen ışık, iki görüntü sensörü tarafından değerlendirilir.
2. Işığın görüntü sensörlerine nasıl ulaştığına bağlı olarak, otomatik odaklama sistemi nesnenin önden mi yoksa arkadan mı odaklandığını ve bu sapmanın ne kadar olduğunu belirleyebilir.
3. Otomatik odaklama sistemi daha sonra objektife odak ayarını yapması için talimat verir.
4. Yukarıda belirtilen adımlar, mükemmel odaklama sağlanana kadar gerektiği kadar tekrarlanır. Odaklama sağlanamazsa, lens kendini yeniden ayarlar ve tekrar odak aramaya başlar; bu da "odak arama" olgusuna yol açar.
5. Mükemmel odaklama sağlandığında, otomatik odaklama sistemi nesnenin odaklandığını doğrulayan bir sinyal gönderir (vizör içinde yeşil bir nokta, uyarı sesi vb.).

Bu işlemlerin tamamı saniyenin çok küçük bir bölümünde gerçekleşir; bu nedenle faz algılama sistemi, kontrast algılama sisteminden (odaklanma sağlanana kadar odağı ileri geri değiştirmeye ve görüntü sensörü seviyesinde çok fazla görüntü verisi analizi yapmaya dayanan sistem) çok daha hızlıdır.

Faz algılamalı otomatik odaklama (AF), üst düzey profesyonel kamera serilerine yapılan her güncelleme ile sürekli olarak geliştirilen oldukça karmaşık bir sistemdir. Yıllar içinde, otomatik odaklama noktalarının sayısı ve daha güvenilir çapraz tip otomatik odaklama noktalarının sayısı önemli ölçüde artmıştır. Örneğin, Canon 1D X ve Canon 5D Mark III kameralar, 41'i çapraz tip olmak üzere etkileyici 61 otomatik odaklama noktasına sahiptir. Kameradaki bu karmaşık otomatik odaklama sensörleri dizisine bir göz atın:

Otomatik odaklama (AF) noktalarının sayısı artmakla kalmadı, güvenilirlikleri de önemli ölçüde iyileştirildi. Günümüzün çoğu modern profesyonel kamerası, nesneleri sürekli olarak takip edebilen ve hassas odaklama sağlayabilen ultra hızlı, yüksek yapılandırmalı otomatik odaklama sistemleriyle donatılmıştır.

DSLR kameralarda otomatik odaklama sorunları

DSLR kameralardaki otomatik odaklama sorunları, birçok fotoğrafçının karşılaştığı bir zorluktur; çünkü faz algılamalı otomatik odaklama sistemi, doğru sonuçlar elde etmek için son derece yüksek hassasiyet gerektirir. En önemlisi, faz algılama/otomatik odaklama sistemi üretim sürecinde doğru şekilde kurulmalı ve hizalanmalıdır. Üretimde oldukça yaygın olan en ufak bir sapma bile otomatik odaklamayı yanlış yapacaktır. Bu, faz algılama sensörlü ilk DSLR kameranın ortaya çıkmasından beri faz algılama sisteminin sorun kaynağı olmasının başlıca nedenidir. Bu potansiyel sapmaları fark eden tüm DSLR kamera üreticileri, bunu dikkate alan ve denetim ve kalite güvence (KG) sürecinde bireysel kamera kalibrasyonuna olanak tanıyan yüksek hassasiyetli bir kalibrasyon sistemi geliştirmiştir.

Faz algılama sensörü hizalama sorunu tespit edilirse, sistem her odak noktasını tek tek kontrol eden ve kamera içinde manuel olarak ayarlayan bilgisayarlı otomatik bir test gerçekleştirir. Hatalı noktalar yeniden kalibre edilir ve ayarlanır, ardından telafi değerleri kameranın yazılımına yazılır. Bu işlem, faz algılama seviyesindeki AF İnce Ayar/AF Mikro Ayar işlemine benzer olarak düşünülebilir, ancak her otomatik odaklama noktası için ayrı ayrı gerçekleştirilir.