با فناوری‌ های فوکوس خودکار دوربین‌ های عکاسی آشنا شوید – دیجیتال مارک

یکی از ویژگی‌هایی که تأثیر زیادی بر کیفیت دوربین‌ها دارد سیستم فوکوس آن‌ها است. در این مقاله با انواع این سیستم‌ها و مزایا و معایب هریک آشنا می‌شوید.

وقتی صحبت از عکاسی با گوشی هوشمند می‌کنیم، نکته‌ای که اهمیت دارد وضوح و شفافیت عکس است. برای اینکه تصاویر گرفته شده با موبایل چنین خاصیتی داشته باشند، فوکوس صحیح قبل از گرفتن عکس اهمیت بالایی دارد. اخیرا، تعدادی از سازندگان موبایل راه‌های مختلفی را برای ارتقاء فوکوس خودکار در گوشی‌های هوشمند امتحان کرده‌اند. در این مقاله از دیجیتال مارک به راه‌ها و رویکردهای مختلف فوکوس اشاره خواهیم کرد و سعی می‌کنیم نقاط مثبت و منفی هر یک را فهرست کنیم.

هنگام انتخاب یک گوشی هوشمند بر اساس دوربین، افراد معمولا به عدد مگاپیکسل دوربین آن توجه می‌کنند. تصویری با اندازه‌ی ۸.۷ مگاپیکسل به اندازه‌ی یک کاغذ A4 است؛ اما گوشی‌های هوشمند امروزه به مرحله‌ی رسیده‌اند که مگاپیکسل بیشتر در آن‌ها لزوما به معنی کیفیت بالاتر نیست؛ بلکه باید به شاخصه‌های دیگری که می‌توانند تأثیر زیادی در کیفیت ثبت تصویر داشته باشند توجه شود. از جمله‌ی این شاخصه‌ها می‌توان به لرزشگیر اپتیکال تصویر و HDR یا بازه‌ی دینامیک بالا اشاره کرد که باعث ثبت تصاویر با نور، کنتراست و جزئیات بهتر می‌شوند؛ اما شاخصه‌ی مهم دیگری که در این مقاله به آن خواهیم پرداخت فوکوس خودکار یا اتوفوکوس است. قابلیتی که همواره شرکت‌های مطرحی چون اپل، سامسونگ و ال‌جی در گوشی‌های جدید خود سعی در بهبود آن داشته‌اند. در واقع، فوکوس خودکار را باید مگاپیکسل دوم دانست؛ چرا که دومین شاخصه‌ای است که شرکت‌ها همواره روی بهبود آن تمرکز می‌کنند.

برای درک بهتر عکس دارای فوکوس و عکس فاقد آن می‌توانید به مقایسه مبالغه‌آمیز زیر نگاه کنید. به‌طور کلی سوژه در عکس فوکوس شده واضح‌تر شفاف‌تر است. در دوربین‌ها، فوکوس خودکار در برابر فوکوس دستی قرار می‌گیرد.

در فوکوس دستی، عمق میدان لنز به صورت دستی تنظیم می‌شود تا تصویر واضح حاصل شود. در سیستم‌های فوکوس خودکار، ما به سیستم‌های الکترونیکی و مکانیکی برای تنظیم عمق میدان تکیه می‌کنیم. برای درک بهتر این اتفاق می‌توانید طرز کار با ذره‌بین را تصور کنید. برای این‌که با ذره‌بین به تصویر شفافی برسید باید آن را روی سوژه جلو و عقب ببرید تا این اتفاق بیفتد. با این عمل شما درواقع به صورت غیرمستقیم در حال فوکوس خودکار هستید؛ با این تفاوت که چشم شما نقش سنسور و مغز شما نقش کنترولر را بازی می‌کند و به شما می‌گوید که فاصله‌ی ذره‌بین را کم و زیاد کنید.

رایج‌ترین سیستم‌های فوکس خودکار عبارتند از:

• فوکوس خودکار بر اساس کنتراست موسوم به CDAF
• فوکوس خودکار مرحله‌ای موسوم به PDAF
• فوکوس خودکار پیکسل دوگانه
• فوکوس خودکار لیزری موسوم به LAF
• فوکوس خودکار ترکیبی موسوم به HAF

فوکوس خودکار بر اساس کنتراست یا CDAF

بیشتر گوشی‌های هوشمند امروزه از روش فوکوس خودکار بر پایه‌ی کنتراست استفاده می‌کنند. این روش ماهیتا بر اساس آزمون و خطا عمل می‌کند؛ یعنی لنز گوشی شما به جلو و عقب حرکت می‌کند تا بیشترین فوکوس روی سوژه انجام بگیرد. برای تشخیص این‌که چه زمان سوژه در نقطه‌ی کانونی یا فوکوس قرار دارد، گوشی هوشمند شما از الگوریتمی بر پایه‌ی اندازه‌گیری کنتراست استفاده می‌کند. به طور کلی، سطح کنتراست تصویر زمانی که سوژه در نقطه‌ی کانونی قرار بگیرد در بالاترین حد خود است؛ یعنی تصویر واضح و رنگ‌ها زنده هستند. اگر تصویر خارج از فوکوس باشد، رنگ‌ها مات و در هم آمیخته می‌شوند که به معنای کاهش سطح کنتراست کلی سوژه است.

مشکل اصلی در استفاده از این روش این است که گوشی شما نمی‌داند که چه زمان به بیشینه‌ی کنتراست رسیده است. به همین دلیل، همیشه ابتدا نقطه‌ی کانونی را رد می‌کند و سپس مجددا به آن بازمی‌گردد. احتمالا این موضوع را هنگام عکاسی با گوشی خود شاهد بوده‌اید. در این روش بعد از فعال کردن دوربین تصویر قبل از این‌که شفاف‌تر شود ابتدا مات‌تر می‌شود. البته در فناوری‌های نوین تشخیص کنتراست، سرعت فناوری فوکوس به شکل قابل توجهی افزایش یافته است و تنها در چند دهم ثانیه تشخیص و عملیات فوکوس روی آن انجام می‌شود.

نقاط مثبت CDAF

• به سخت‌افزار جداگانه نیاز ندارد و به همین دلیل نسبتا ارزان بوده و به سادگی قابل به‌کارگیری است.
• به طور کلی نتایج نسبتا خوبی می‌دهد.

نقاط منفی CDAF

• در شرایط نوری ضعیف به خوبی کار نمی‌کند؛ زیرا این روش بر سنجش کنتراست تصویر تکیه دارد. به همین دلیل وقتی کنتراست کافی برای شروع در تصویر وجود نداشته باشد کار نخواهد کرد.
• فناوری تشخیص کنتراست بهترین نمونه‌ی موجود برای استفاده در دوربین‌های فیلمبرداری نیست؛ سیستم فوکوس خودکار مبتنی بر کنتراست به شما نمی‌گوید که سوژه نزدیک یا دور شده است؛ بنابراین دستگاه مجبور است جستجوی جدیدی را برای پیدا کردن نقطه‌ی کانونی آغاز کند.

به دلیل ضعف‌های سیستم CDAF‌، فناوری PDAF به‌وجود آمد.

فوکوس خودکار تشخیص فاز یا PDAF

فوکوس خودکار مرحله‌ای یا تشخیص فاز روشی جدید و پیشرفته‌تری در فناوری‌های فوکوس به شمار می‌آید. این روش که پیش‌تر فقط در دوربین‌های DSLR استفاده می‌شد، چند سالی است به گوشی‌های هوشمند و دوربین‌های کامپکت نیز راه پیدا کرده است. سامسونگ گلکسی اس ۵ و آیفون ۶ جزو اولین گوشی‌هایی بودند که از این فناوری استفاده کردند. در آیفون این فناوری Focus Pixels نام دارد.

در روش فوکوس تشخیص فاز، دوربین نوری که از دو دریچه‌ی مقابل دیافراگم عبور می‌کند را تحلیل و مقایسه می‌کند. چنان‌چه تصویر به درستی در نقطه‌ی کانونی قرار گرفته باشد، امواج نوری در مشخصات شدت خود هم‌پوشانی خواهند داشت. در غیر این‌صورت، سیستم تشخیص خواهد داد که دقیقا فوکوس چقدر نیاز به تنظیم دارد. پس از این تشخیص، دوربین به سرعت بدون نیاز به عقب و جلو راندن‌های زمان‌بر سیستم CDAF، به مسیر درست حرکت کرده و عملیات فوکوس را انجام می‌دهد. به گفته‌ی سامسونگ، گلکسی اس ۵ می‌توانست با استفاده از سیستم PDAF در ۰.۳ ثانیه فوکوس کند. همچنین شرکت سونی در گوشی‌های پرچم‌دار خود مانند اکسپریا XZ و اکسپریا XZ 2 سیستم فوکوس تشخیص را ارتقاء و سیستمی به نام Predictive PDAF را ارائه داده که قادر است حرکت سوژه را پیش‌بینی کند و اجازه ندهد سوژه با حرکت به جلو و عقب از نقطه‌ی کانونی خارج شود.

نقاط مثبت فوکوس مرحله‌ای

• سریع و دقیق است و در زمان بسیار کوتاهی فوکوس می‌کند. سرعت فوکوس آن تقریبا سه برابر CDAF است. به همین دلیل سرعت شما در ثبت لحظات افزایش خواهد یافت که این مورد در ثبت تصاویر ورزشی و سوژه‌های متحرک بسیار کارآمد است‌.
• قابلیت فوکوس مداوم وجود دارد. به همین جهت، سوژه‌ی متحرک همواره در نقطه‌ی کانونی قرار خواهد داشت. این موضوع در ضبط ویدیو اهمیت ویژه‌ای دارد.

نقاط منفی فوکوس خودکار مرحله‌ای

• عملکرد در نور ضعیف همچنان راضی‌کننده نیست.
• از آن‌جایی که فوکوس به کمک تجزیه تحلیل نور وارد شده به لنز انجام می‌گیرد، در شرایط نور کم بعضی اوقات تحلیل تصویر سخت خواهد شد.

فوکوس خودکار لیزری

در دوره‌ای که اپل و سامسونگ تلاش خود را روی فوکوس خودکار مرحله‌ای متمرکز کرده بودند، ال‌جی سیاست کاملا مجزایی اتخاذ کرد و در گوشی‌های جی ۳ و جی ۴ سراغ فوکوس لیزری رفت.

در روش‌های ردیابی کنتراست و مرحله‌ای، نور راه‌یافته به دوربین تجزیه تحلیل می‌شود. به همین جهت، در مجموع هر دو روش در گروه فناوری‌های غیرفعال (Passive) قرار می‌گیرند. در مقابل، فوکوس خودکار لیزری سیستمی کاملا متفاوت دارد. این فناوری که به سیستم فوکوس فعال نیز شهرت دارد برای فوکوس کردن هیچ گونه وابستگی به نور ورودی ندارد. دوربین یا گوشی امواج مادون قرمزی را به سمت سوژه ساتع می‌کند تا زمان انعکاس نور را محاسبه کند. سپس با استفاده از این زمان فاصله تا سوژه را به دست می‌آورد.

مسافت طی شده توسط اشعه‌ی لیزر = سرعت نور × زمان رسیدن بازتاب
فاصله تا سوژه = نصف مسافت طی شده توسط اشعه‌ی لیزر

در این روش اساسا از سیستم رادار استفاده می‌شود. پس از محاسبه‌ی فاصله‌ی دوربین تا سوژه، لنز متعاقبا در وضعیت مناسب قرار می‌گیرد و فوکوس انجام می‌شود. به گفته‌ی ال‌جی، تمام این فرآیند تنها ۰.۲۷۶ ثانیه طول می‌کشد و از جهات مختلف از PDAF سریع‌تر عمل می‌کند.

نقاط مثبت فوکوس لیزری

• بسیار سریع است.
• در شرایط نور کم کار می‌کند و وابستگی به نور ندارد. این سیستم به کمک اشعه‌ی مادون قرمز کار می‌کند و با محاسبه‌ی فاصله تا سوژه فوکوس را انجام می‌دهد. به همین دلیل برای عکاسی در محیط کم‌نور ایده‌آل است.

نقاط منفی فوکوس لیزری

• تنها برای عکاسی از سوژه‌های نزدیک مفید است. اگر سوژه خیلی دور باشد بازتابی دریافت نخواهید کرد و لذا فوکوسی شکل نخواهد گرفت. به گفته‌ی ال‌جی بهترین عملکرد فوکوس لیزری زمانی است که سوژه در فاصله‌ی ۰.۶ متری قرار داشته باشد. بازه‌ی کلی کارآمدی سیستم لیزری نیز تنها در حدود ۵ متر است. چنان‌چه فاصله از این مقدار بیشتر باشد، گوشی به ناچار از PDAF برای فوکوس استفاده خواهد کرد.
• بعضی اوقات سیستم به دلیل وجود بازتاب‌های مختلف سردرگم می‌شود. مثلا، اگر بخواهید از سوژه‌ای که در پشت پنجره وجود دارد عکس بگیرید، اشعه‌ی لیزر ممکن است توسط پنجره بازتاب داده شود. این موضوع باعث محاسبه‌ی اشتباه فاصله تا سوژه خواهد شد و دوربین به جای سوژه روی پنجره فوکوس خواهد کرد.
• هزینه‌بر است و به سخت‌افزار اضافی نیاز دارد. قابلیت فوکوس لیزری هم‌اکنون تنها در برخی گوشی‌های رده‌بالا وجود دارد.

فوکوس خودکار دوال پیکسل

این نوع فوکوس را باید به نوعی نسخه‌ی دوم فوکوس مرحله‌ای دانست. فوکوس مرحله‌ای ابتدا تنها در دوربین‌های دیجیتال یافت می‌شد و سپس به گوشی‌های هوشمند راه پیدا کرد تا جایی که امروزه اکثر گوشی‌ها به ترکیب فوکوس PDAF و CDAF مجهز هستند. دوال پیکسل نیز سیستمی است که تا سال ۲۰۱۶ تنها در دوربین‌های دیجیتال و بدون‌آینه وجود داشت؛ اما از سال ۲۰۱۶ و با عرضه‌ی گوشی سامسونگ گلکسی ۷ این فناوری به گوشی‌های هوشمند نیز راه پیدا کرد.

فوکوس مرحله‌ای به تعدادی فوتودیود یا دیود حساس به نور که داخل پیکسل‌های سنسور تعبیه شده‌اند وابسته است؛ اما این دیودهای نوری در سیستم فوکوس مرحله‌ای به تعداد کم و به صورت پراکنده در سطح سنسور وجود دارند و تنها ۵ تا ۱۰ درصد از پیکسل‌ها را پوشش می‌دهند. در سیستم فوکوس خودکار دوال پیکسل دیودهای نوری یاد شده در تمام سطح سنسور قرار گرفته و تمامی پیکسل‌ها را پوشش می‌دهند.

دوربین مجهز به این سیستم می‌تواند به سرعت روی هر سوژه‌ای در هر فاصله‌ای فوکوس کند.

نقاط مثبت فوکوس دوال پیکسل

• دوربین، فارغ از این‌که سوژه در چه فاصله‌ای از آن قرار دارد می‌تواند فوکوس را به سرعت انجام دهد.
• عملیات فوکوس نسبت به فوکوس مرحله‌ای ۸۰ درصد سریع‌تر انجام می‌گیرد.
• ضبط ویدیو نرم و روان‌ صورت می‌گیرد.
• عملکرد ردیابی سوژه برای فوکوس بهتر انجام می‌پذیرد.

نقاط منفی فوکوس دوال پیکسل

• از آن‌جایی که دیودهای نوری افزایش یافته‌اند در شرایط نور کم عملکرد بهبود یافته است اما در حد فوکوس لیزری نیست.
• گران‌قیمت است و صرفا در گوشی‌های رده‌بالا به کار می‌رود.

فوکوس خودکار با دوربین دوگانه

با بهره‌گیری از دو ماژول لنز جداگانه، پیش‌تر گوشی‌های‌هوشمندی مانند وان M8 اچ‌تی‌سی و Honor 6 Plus هوآوی، از برتری محسوسی در مورد فوکوس خودکار برخوردارند. همچون دوربین‌های لایترو، کاربران در Honor 6 Plus قادرند میزان گشودگی لنز و همچنین فوکوس در تصویر را پس از ثبت آن انتخاب کنند. با استفاده از دو ماژول لنز در کنار هم، یکی از سنسور‌ها تصویری تخت را با عمق کم ثبت می‌کند و سنسور دوم عمق نمای مورد نظر را به تصویر می‌کشد و از این‌رو کاربر می‌تواند روی هر کدام از اشیا و سوژه‌های نزدیک فوکوس کند. با این حال این فناوری در درازمدت نتوانست به سرعت و دقت سیستم‌های فوکوس خودکار پیشرفته‌ای مانند Dual Pixel برسد و اکنون دوربین دوم بیشتر برای درک عمق میدان و ایجاد جلوه‌های بوکه به کار می‌رود.

فوکوس خودکار هیبریدی

موردی که بالاتر در خصوص فوکوس لیزری به آن اشاره شد، مثال بارز فوکوس هیبریدی یا ترکیبی است. گوشی‌هایی که فوکوس لیزری دارند، چنان‌چه به دلیل دور بودن سوژه یا وجود مانعی مانند پنجره موفق به فوکوس نشوند از سیستم فوکوس دیگری استفاده می‌کنند. در واقع به بیان واضح‌تر، سیستم فوکوس هیبریدی استفاده از دو سیستم فوکوس در یک دوربین است به طوری که ضعف‌های هم را پوشش دهند و بسته به شرایط نوری و فاصله‌ای گزینه‌ی مناسب‌تر استفاده شود. این سیستم‌ها می‌توانند CDAF و PDAF نیز باشند. در این حالت هرجا امکان استفاده از کنتراست وجود داشته باشد از CDAF و هر جا فاصله تا سوژه به کمک نور قابل قابل تشخیص باشد به دلیل سرعت عمل بیشتر از PDAF استفاده می‌شود.

در مورد نقاط مثبت و منفی این سیستم باید گفت که دقیقا بستگی به نوع ترکیب سیستم‌ها دارد. ساده‌ترین ترکیب مقرون به صرفه بوده ترکیب فوکوس ردیابی کنتراست و فوکوس تشخیص فاز است. بهترین و گران‌ترکیب هم که در گوشی‌های رده‌بالایی مثل گوگل پیکسل ۲ یافت می‌شود ترکیب فوکوس لیزری و فوکوس دوال پیکسل است. در این حالت لیزر در شرایط کم‌نور به کمک دوربین آمده و فوکوس را میسر می‌کند.

عموم دوربین‌های عکاسی به خصوص نمونه‌های بالارده و پرچمدار نیز از ترکیب تمامی فناوری‌های فوکوس خودکار بهره می‌برند.

نظر شما کاربر محترم دیجیتال مارک در مورد سیستم‌های مختلف فوکوس خودکار چیست؟ دیدگاه‌ها و تجربیات خود را با دیجیتال مارک به اشتراک بگذارید.