Fázová detekce v kompaktu – je to revoluce?

V létě oznámil Fujifilm svoje modely F300 EXR a Z800 EXR. O kompaktech vybavených EXR senzorem jsme tu už několikrát s velkým uznáním psali (viz třeba zde). Jenže tentokrát to není jen pouhé navýšení z dvoustovky na třístovku. Novinka má zcela nový systém ostření, založený na bázi fázové detekce. Jako to mají zrcadlovky.

Jak funguje autofokus
Automatické ostření doposud běžných kompaktů, včetně moderních kompaktů s výměnnou optikou (a částečně i zrcadlovek v režimu live view) je založeno na principu vyhodnocování kontrastu. Na snímači je vyčleněn – pro jednoduchost uvažujme o jednom elementu – proužek fotodiod. Zase pro jednoduchost předpokládejme, že zaostřujeme na černý proužek na bílém podkladu. V ideálním stavu zaostření by měly fotodiody zaznamenat jen dva druhy hodnot světla – jednu vysokou (světlo odražené od bílé plochy), jednu nízkou (světlo odražené od černého proužku). I z naší ukázky jasně vidíme, že zaostřený obraz má jen dva odstíny, kdežto nezaostřený jich má mnoho.

Mikromotorky umístěné v objektivu pohybují tam a zpátky čočkou, která má na starosti ostření; systém si pamatuje, v které poloze bylo odstínů nejméně a tam čočku vrátí: to je důvod, proč při špatných světelných podmínkách některé objektivy bezradně bzučí a hledají ideální situaci.

Tento systém je vtipný a spolehlivý, jenže je pomalý. To je zásadní nevýhoda kompaktů, že totiž jejich autofokus je pomalý a tudíž s kompaktem těžko fotíme živé fotky. Daleko rychlejší jsou systémy, které nezkoumají kontrast, nýbrž jsou vybaveny moduly pro fázovou detekci.

Co je fázová detekce

Klasické zrcadlovky mívaly matnici vybavenou dálkoměrným klínem. Rozostření obrazu se na něm projevilo tak, že – dejme tomu – hrana domu neprobíhala souvisle, ale byla v oblasti klínu přerušena. Také v systému fázové detekce je světlo odražené od objektu děleno na dva světelné proudy. Když si světlo představíme jako vlnu, oba proudy světla odraženého od objektu mjsí mít souhlasné vlny. Jakmile jsou vlny vůči sobě posunuté, motorky v objektivu nastavují čočku tak dlouho, dokud se vlny nesrovnají. Zní to složitě, ale podstatné je, že tyto systémy jsou mnohem rychlejší než systémy založené na analýze kontrastu.

Revoluce v AF
Řekli jsme, že až dosud mají kompakty AF založený na analýze kontrastu. Na webu společnosti Fujifilm čteme, že jejich novinka má hybridní autofokus. Kromě měření kontrastu má i systém fázové detekce, cituji:

Fujifilm umístil fázovou detekci do EXR senzoru, který tak pohlcuje snímané světlo a přepočítává fázový posun a vyhodnocuje, zda li byl zaostřený objekt vpředu či vzadu. Tento mechanismus je stejný jako senzory u zrcadlovek a umožňují neuvěřitelné automatické ostření v rychlosti 0.158 sec. Výhoda pro fotografy je okamžitá a zřejmá : téměř okamžité zachycení objektu do rámečku , bez zbytečných obav, zda li jste promeškali snímek či objekt se vám zcela nevešel do záběru. Toto je nejvíce efektivní, když snímáte vzdálené objekty(telefoto), běžným fotoaparátům trvá zaostřování delší čas.
Nový EXR má schopnost inteligentně rozhodnout mezi dvěma systémy ostření ve fotoaparátu, které jsou označeny jako HYBRID AUTO FOCUS SYSTEM
• Pokud je jasný, vysoce kontrastní objekt v pozici uprostřed rámečku, Fázová Detekce AF, pracuje rychlostí 0.158 sec, která je stejná jako mrknutí lidského oka.
• Při tmavých scénách, KONTRASTNÍ AF, pracuje přesně jako při běžných podmínkách
  F300EXR , automaticky vybere lepší systém ostření buď, Fázové Detekce AF, nebo KONTRASTNÍ AF, naměřenou hodnotou světla, nebo kontrastem ve scénách
  Mít oba systémy v jednom fotoaparátu je perfektní.

Více informací podává Dpreview. Vysvětluje, jak je zařízeno, aby ostřivccí systém „viděl“ odražené světlo nadvakrát. Schema jsme převzali z webu Fujifilm.com:

Vtip je v tom, že v soustavě fotodiod (vidíte, že to jsou typické „fujinovské“ voštiny Super CCD) jsou vyčleněné fotodiody, které mají zakrytou buď levou nebo pravou polovinu. Tím je dosaženo toho, že systém vidí buď „pravou“ nebo „levou“ část obrazu a je schopen obě porovnávat.

Komentář
Aparát jsem v ruce neměl, jen to je mi divné, že se mluví o „hybridním systému“ – a že se naznačuje, že nový systém pracuje dobře jen při dobrých světelných podmínkách. Problém zřejmě je v miniaturizaci celého systému. Když se podíváte na dno své zrcadlovky, uvidíte tam AF systém jako poměrně velkou krabičku. Na čipu se pohybujeme v řádech mikronů, takže odchylky oněch fází budou nejspíš minimální a budou zaznamenatelné jen při vysokých světelných hladinách. Nicméně, první krok byl učiněn. Osobně se domnívám, že řešení bude v implementaci skutečných AF systémů na bázi fázové detekci, nejdřív do kompaktů vyšší třídy, tedy s výměnnými objektivy. Ale to je můj dohad, realita je Fuji Finepix F300EXR, dvanáctimegový kompakt s patnáctinásobným zoomem:

V létě oznámil Fujifilm svoje modely F300 EXR a Z800 EXR. O kompaktech vybavených EXR senzorem jsme tu už několikrát s velkým uznáním psali (viz třeba zde). Jenže tentokrát to není jen pouhé navýšení z dvoustovky na třístovku. Novinka má zcela nový systém ostření, založený na bázi fázové detekce. Jako to mají zrcadlovky.

Jak funguje autofokus
Automatické ostření doposud běžných kompaktů, včetně moderních kompaktů s výměnnou optikou (a částečně i zrcadlovek v režimu live view) je založeno na principu vyhodnocování kontrastu. Na snímači je vyčleněn – pro jednoduchost uvažujme o jednom elementu – proužek fotodiod. Zase pro jednoduchost předpokládejme, že zaostřujeme na černý proužek na bílém podkladu. V ideálním stavu zaostření by měly fotodiody zaznamenat jen dva druhy hodnot světla – jednu vysokou (světlo odražené od bílé plochy), jednu nízkou (světlo odražené od černého proužku). I z naší ukázky jasně vidíme, že zaostřený obraz má jen dva odstíny, kdežto nezaostřený jich má mnoho.

Mikromotorky umístěné v objektivu pohybují tam a zpátky čočkou, která má na starosti ostření; systém si pamatuje, v které poloze bylo odstínů nejméně a tam čočku vrátí: to je důvod, proč při špatných světelných podmínkách některé objektivy bezradně bzučí a hledají ideální situaci.

Tento systém je vtipný a spolehlivý, jenže je pomalý. To je zásadní nevýhoda kompaktů, že totiž jejich autofokus je pomalý a tudíž s kompaktem těžko fotíme živé fotky. Daleko rychlejší jsou systémy, které nezkoumají kontrast, nýbrž jsou vybaveny moduly pro fázovou detekci.

Co je fázová detekce

Klasické zrcadlovky mívaly matnici vybavenou dálkoměrným klínem. Rozostření obrazu se na něm projevilo tak, že – dejme tomu – hrana domu neprobíhala souvisle, ale byla v oblasti klínu přerušena. Také v systému fázové detekce je světlo odražené od objektu děleno na dva světelné proudy. Když si světlo představíme jako vlnu, oba proudy světla odraženého od objektu mjsí mít souhlasné vlny. Jakmile jsou vlny vůči sobě posunuté, motorky v objektivu nastavují čočku tak dlouho, dokud se vlny nesrovnají. Zní to složitě, ale podstatné je, že tyto systémy jsou mnohem rychlejší než systémy založené na analýze kontrastu.

Revoluce v AF
Řekli jsme, že až dosud mají kompakty AF založený na analýze kontrastu. Na webu společnosti Fujifilm čteme, že jejich novinka má hybridní autofokus. Kromě měření kontrastu má i systém fázové detekce, cituji:

Fujifilm umístil fázovou detekci do EXR senzoru, který tak pohlcuje snímané světlo a přepočítává fázový posun a vyhodnocuje, zda li byl zaostřený objekt vpředu či vzadu. Tento mechanismus je stejný jako senzory u zrcadlovek a umožňují neuvěřitelné automatické ostření v rychlosti 0.158 sec. Výhoda pro fotografy je okamžitá a zřejmá : téměř okamžité zachycení objektu do rámečku , bez zbytečných obav, zda li jste promeškali snímek či objekt se vám zcela nevešel do záběru. Toto je nejvíce efektivní, když snímáte vzdálené objekty(telefoto), běžným fotoaparátům trvá zaostřování delší čas.
Nový EXR má schopnost inteligentně rozhodnout mezi dvěma systémy ostření ve fotoaparátu, které jsou označeny jako HYBRID AUTO FOCUS SYSTEM
• Pokud je jasný, vysoce kontrastní objekt v pozici uprostřed rámečku, Fázová Detekce AF, pracuje rychlostí 0.158 sec, která je stejná jako mrknutí lidského oka.
• Při tmavých scénách, KONTRASTNÍ AF, pracuje přesně jako při běžných podmínkách
  F300EXR , automaticky vybere lepší systém ostření buď, Fázové Detekce AF, nebo KONTRASTNÍ AF, naměřenou hodnotou světla, nebo kontrastem ve scénách
  Mít oba systémy v jednom fotoaparátu je perfektní.

Více informací podává Dpreview. Vysvětluje, jak je zařízeno, aby ostřivccí systém „viděl“ odražené světlo nadvakrát. Schema jsme převzali z webu Fujifilm.com:

Vtip je v tom, že v soustavě fotodiod (vidíte, že to jsou typické „fujinovské“ voštiny Super CCD) jsou vyčleněné fotodiody, které mají zakrytou buď levou nebo pravou polovinu. Tím je dosaženo toho, že systém vidí buď „pravou“ nebo „levou“ část obrazu a je schopen obě porovnávat.

Komentář
Aparát jsem v ruce neměl, jen to je mi divné, že se mluví o „hybridním systému“ – a že se naznačuje, že nový systém pracuje dobře jen při dobrých světelných podmínkách. Problém zřejmě je v miniaturizaci celého systému. Když se podíváte na dno své zrcadlovky, uvidíte tam AF systém jako poměrně velkou krabičku. Na čipu se pohybujeme v řádech mikronů, takže odchylky oněch fází budou nejspíš minimální a budou zaznamenatelné jen při vysokých světelných hladinách. Nicméně, první krok byl učiněn. Osobně se domnívám, že řešení bude v implementaci skutečných AF systémů na bázi fázové detekci, nejdřív do kompaktů vyšší třídy, tedy s výměnnými objektivy. Ale to je můj dohad, realita je Fuji Finepix F300EXR, dvanáctimegový kompakt s patnáctinásobným zoomem: