Sposoby działania autofokusa w telefonach: detekcja kontrastu

Pierwsze aparaty fotograficzne wbudowane w telefony komórkowe charakteryzowały się wyjątkowo dużą głębią ostrości. Było tak ze względu na fakt, że kamery te wyposażano w bardzo małe matryce światłoczułe oraz obiektywy o niskiej jasności (i krótkiej ogniskowej, ale to akurat nie zmieniło się do dzisiaj). W tych prostych modułach fotograficznych nie stosowano żadnego systemu ustawiania ostrości – nawet manualnego, gdyż wbudowane obiektywy były instrumentami o stałym fokusie (ang. fixed-focus lens). Ich ostrość była po prostu ustawiona fabrycznie; najczęściej na tzw. odległość hiperfokalną – czyli na pewną, charakterystyczną dla danego modelu obiektywu wartość. Kiedy obiektyw jest ustawiony na odległość hiperfokalną, to uzyskuje wtedy głębię ostrości rozciągającą się od połowy tej odległości do aż nieskończoności. Biorąc pod uwagę to, że jakość obrazowania aparatów fotograficznych montowanych w tamtych czasach w telefony komórkowe nie była powalająca, opisane rozwiązanie sprawdzało się zupełnie dobrze. Warto sobie uświadomić, że to wszystko wcale nie działo się w zamierzchłej przeszłości! Jeszcze iPhone 3G, który zadebiutował w 2008 roku, miał na pokładzie obiektyw o stałej ostrości :)

Obecne smartfony swoimi możliwościami coraz bardziej przypominają zaawansowane aparaty fotograficzne. W pogoni za jakością zdjęć w nowoczesnych telefonach montuje się matryce światłoczułe o coraz większych wymiarach fizycznych, i o coraz większym upakowaniu pikselami. Pociąga to za sobą konieczność stosowania układów do automatycznego ustawiania ostrości (systemów tzw. autofokusa), jako że głębia ostrości uzyskiwana dzięki tym instrumentom nie zapewnia już satysfakcjonującej jakości wszystkich planów zdjęcia.

Automatyczne ustawianie ostrości może być realizowane na kilka sposobów. Do zbadania, czy fotografowany obiekt jest już ostro odwzorowywany (lub – w aktywnym systemie autofokusa – do ustalenia wprost odległości do tego obiektu) wykorzystuje się kilka zjawisk fizycznych. Pierwszą zastosowaną i ciągle najpowszechniejszą receptą na działanie autofokusa w smartfonach jest detekcja kontrastu.

Ustawianie ostrości w oparciu o detekcję kontrastu opiera się na prostej obserwacji. Kontrastowość odwzorowywanego na matrycy obiektu rośnie wraz z ostrością jego odwzorowania. Inaczej mówiąc, im obraz przechwycony przez sensor światłoczuły jest ostrzejszy, tym ma większy kontrast.

Zasadę działania autofokusa działającego dzięki detekcji kontrastu doskonale ilustruje interaktywny aplet zamieszczony w tym miejscu. Gorąco zachęcam do jego uruchomiania i pobawienia się suwakiem change the len’s position.

Na koniec kilka zdań o zaletach i wadach opisywanej metody automatycznego ustawiania ostrości. Zaletą wykorzystania detekcji kontrastu jest niewątpliwie bardzo wysoka dokładność działania tego rozwiązania. Jak to się mówi: ostrość jest ustawiana „w punkt” – chociaż tylko w pewnych warunkach. Po drugie jest to stosunkowo prosty do zaimplementowania system, bo do jego działania nie jest konieczna właściwie żadna modyfikacja sensora światłoczułego, gdyż to on sam jest instrumentem pomiarowym. Dlaczego więc obecnie tak często producenci smartfonów chwalą się laserowymi lub hybrydowymi autofokusami?

Autofokus oparty na detekcji kontrastu – oprócz wspomnianych zalet – ma szereg wad. Po pierwsze jest wolny. Musi w trybie ciągłym „kręcić obiektywem” oraz badać kontrast na wybranym fragmencie matrycy światłoczułej i szukać jego maksimum. Po każdym takim pomiarze nie jest w stanie stwierdzić, czy to maksimum zostało już osiągnięte. Dlatego musi je przekroczyć, czyli rozostrzyć w „drugą stronę” wyostrzony już maksymalnie obraz, żeby się przekonać o tym, że maksymalna ostrość została już uchwycona. Po czym obiektyw musi się „odkręcić” do poprawnego położenia. To wszystko trwa i powoduje, że przy pomocy detekcji kontrastu nie jest łatwo złapać i utrzymać ostrość na obiektach będących w ruchu.

Koleją wadą jest to, że takiemu systemowi trudno jest zogniskować obiektyw na obiektach mało kontrastowych z natury, takich, jak przykładowo gładka ściana. Ostra czy nieostra, to i tak jest mało kontrastowa…

Ostatnia wada, którą wymienię, wiąże się z poprzednią. Nawet kontrastowe obiekty w marnych warunkach oświetleniowych (np. w nocy) przestają takimi być… Jak to się mówi: w nocy wszystkie koty są czarne :) Autofokus oparty o detekcję kontrastu zawodzi przy kiepskim oświetleniu fotografowanej sceny.

Już niebawem opowiem o systemach autofokusa działających dzięki tzw. detekcji fazy.

Przeczytaj także:

Fotokomórkomania

Sposoby działania autofokusa w telefonach: detekcja kontrastu

1 komentarz dla "Sposoby działania autofokusa w telefonach: detekcja kontrastu"

Dodaj komentarz Anuluj pisanie odpowiedzi