Vi förklarar autofokus

Med en snabb autofokus har du chans att fånga händelserna utan att behöva ratta fokusringen till förbannelse – och missa bilden. Fotografer använder autofokusen dagligen och tänker inte på att de gör det eftersom det har blivit en sådan grundläggande del av fotograferandet. Därför är det få som vet hur kamerans sökande efter den knivskarpa bilden egentligen går till.

Genom att veta hur den fungerar har du möjlighet att hjälpa autofokusen på traven för att få den att hitta skärpan både snabbare och säkrare. Men innan vi berättar hur, börjar vi med att förklara de två huvudtyperna av autofokus – den aktiva och den passiva.

Aktiv autofokus

Aktiv autofokus innebär att kameran aktivt sänder ut någonting för att på så sätt beräkna avståndet till objektet, och sedan ställa in rätt fokus. Metoden användes första gången 1978 i Polaroid SX-70 Sonar Onestep, med inbyggd autofokus.

Sonar Onestep sände ut ljudvågor och beräknade sedan tiden innan ljudvågen kom tillbaka, och räknade på så vis ut avståndet till objektet för att kunna ställa in skärpan rätt.

Många av dagens blixtar använder fortfarande denna aktiva teknik för att hjälpa autofokusen på traven, men skickar då ut strålar av infrarött ljus i stället för ljud. Sedan mäts det reflekterade ljuset via en metod som kallas triangulering. Metoden innebär problem med avståndsbedömningen till vissa ljuskällor såsom levande ljus. Även svarta objekt och reflekterande material får de infraröda strålarna att studsa fel.

Passiv autofokus

Fördelen med passiv autofokus är att kameran inte behöver sända ut något för att hitta rätt fokus, utan kan ta in ljus från omgivningen för att i stället matematiskt analysera delar av bilden. Den passiva autofokusen har heller inte någon gräns i räckvidd som aktiv autofokus har, utan fungerar över oändligt avstånd.

Metoden är den mest förekommande i dag och är i sin tur indelad i två olika kategorier: kontrastmätande autofokus och fas-detekterande autofokus.

Fas-detekterande autofokus

Denna typ av autofokus är den vanligaste typen i dagens digitala systemkameror. Typen kallas bland annat för SIR TTL (secondary image registration through the lens) vilket innebär att en del av kamerans primärspegel har en halvtransparent yta för att släppa igenom en del ljus till den sekundära spegeln. Denna mindre spegel, som också viks in vid fotografering, sitter på primärspegelns baksida och riktar ljuset ned till två linser som sitter ovanför autofokussensorn.

I dag innehåller en kamera ofta flera olika autofokuspunkter. Dessa är samlade på en sensor, en sorts platta som har flera olika delsensorer – två för varje AF-punkt – med bara någon pixel på höjden och ett dussin pixlar på bredden. Därför utgörs en af-punkt av två sensorer som får två olika bilder från de två linserna, en från objektivets ovansida och en från dess undersida. Fokussensorn ser alltså inte hela bilden, utan två horisontella pixelrader av bilden, som skiljer sig något åt även om det bara handlar om millimetrar.

Jämförs matematiskt

Det är sedan dessa två rader som analyseras och jämförs, för att hitta rätt fokus. Genom matematiska formler (den invigde kan grotta ner sig mer om matematisk korskorrelation) kan man räkna ut skillnaden i ljusets styrka mellan de två olika pixelraderna. Eftersom det optimala är att ljustopparna, eller »fasen«, är placerade på samma ställe på de två pixelraderna kan man se hur det ligger till med skärpan.

Skillnaden i ljusets fas berättar inte bara för kameran om den har rätt fokus, den kan även räkna ut om en ofokuserad bild ska fokuseras framåt eller bakåt för att hitta rätt skärpa. På så sätt kan af-modulen tala om för af-motorn exakt hur mycket den ska justera fokusen och åt vilket håll, framåt eller bakåt. Sedan beräknas fokusen på nytt om ytterligare finjustering behövs. Hela processen sker blixtsnabbt.

Kanten ger skillnaden

Sensorerna för en autofokus är alltså två olika rader av horisontella pixlar. Detta innebär att af-punkten letar fokus i den ljusskillnad som bildas av vertikala kanter. Därför kan du få problem om du ska fokusera på exempelvis en horisont eftersom autofokusen söker ljusskillnader horisontellt – kanten som ger ljusskillnaden mellan himmel och vatten ligger vertikalt. Men försöker du i  stället ta samma foto på höjden fungerar af-sensorn eftersom den då står vinkelrät mot himmel och vatten.

Kameratillverkarna har löst detta problem genom att göra autofokus-punkter av så kallad korstyp, som kan mäta skillnader i ljusets styrka både horisontellt och vertikalt. På så sätt ökar chanserna för kameran att hitta rätt fokus oavsett hur kanten som bildar ljusskillnaden befinner sig.

Många av de moderna kamerorna har även tvådimensionella area-af-punkter som analyserar mindre tvådimensionella bildytor snarare än rader av pixlar. Denna metod ska hjälpa kameran att hitta fokus i områden som innehåller betydligt mindre ljusskillnader, exempelvis en vägg. Metoden är också bra om man vill att kameran ska analysera skärpan i djupet. Canon eos 1ds mark iii är ett exempel på en kamera som har en sådan area-AF-mätpunkt tillsammans med 19 korssensorer och 26 af-punkter.

Kontrastmätande autofokus

1977 kom den första kameran någonsin som hade inbyggd autofokus – kompakten Konica C35-AF. Fyra år senare kom Pentax med den första systemkameran med autofokus, ME-F. Båda kamerorna använde sig av kontrastmätande autofokus, en metod som i dag är vanlig i kompakt- och konsumentkameror.

Även här används matematiken som verktyg, i detta fall formler inom konditionell entropi. Mätmetoden går ut på att använda den faktiska bildsensorn för att hitta önskad fokus i  stället för att ha specifika sensorer för autofokus. Eftersom kontrast i detta fall kan likställas med skärpa, kan man genom att mäta och jämföra färgvärden på pixlar vid varandra i bilden hitta bästa fokus. När skillnaden är som störst har man maximal skärpa, något som uppnås genom att autofokusmotorn arbetar framåt och bakåt för att fokusera, mäta, flytta om fokus och så vidare.

Fördelen jämfört med fas-detekterande autofokus är att det räcker med att använda bildsensorn för att få fokus i bilden. Nackdelen är att den inte kan mäta avstånd och därför heller inte kan uppskatta om den ska fokusera framåt eller bakåt. Därför tar denna fokusmetod oftast längre tid än fas-detekterande, och kan ge upphov till så kallad jagande fokus när kameran fokuserar genom hela skärpedjupet. Det är också denna metod som används vid fimning i så kallat »live-view«-läge.