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 هر یک آشنا میشوید.
وقتی صحبت از عکاسی با گوشی هوشمند میکنیم، نکتهای که اهمیت دارد وضوح و شفافیت عکس است. برای اینکه تصاویر گرفتهشده با موبایل چنین خاصیتی داشته باشند، فوکوس صحیح قبل از گرفتن عکس اهمیت بالایی دارد. اخیرا تعدادی از سازندگان موبایل راههای مختلفی برای ارتقاء فوکوس خودکار در گوشیهای هوشمند امتحان کردهاند. در این مقاله از زومیت 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؛ زیرا 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 فوکوسشده واضحتر و شفافتر است. در دوربینها، فوکوس خودکار در برابر فوکوس دستی قرار میگیرد.
در فوکوس دستی، عمق میدان لنز بهصورت 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 بهصورت غیر مستقیم در حال فوکوس خودکار هستید؛ با این تفاوت که چشم شما نقش سنسور و مغز شما نقش کنترلر 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 (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. بهطور کلی، زمانی که سطح کنتراست تصویر 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 درهمآمیخته 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 و بهسادگی قابل بهکارگیری است.
بهطور کلی نتایج نسبتا خوبی میدهد.
نقاط منفی CDAF
در شرایط نوری ضعیف بهخوبی 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؛ بنابراین دستگاه مجبور است جستجوی جدیدی برای پیدا کردن نقطهی کانونی آغاز کند.
به دلیل ضعفهای سیستم CDAF، فناوری PDAF به وجود آمد.
فوکوس خودکار تشخیص فاز (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 را که از دو دریچهی مقابل دیافراگم عبور میگذرد، تحلیل و مقایسه میکند. چنانچه تصویر بهدرستی 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 بهسرعت بدون نیاز به عقب و جلو راندن زمانبر سیستم CDAF، به مسیر درست حرکت میکند 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 واردشده به لنز انجام میگیرد، در 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 غیر فعال (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 ساطع میکند تا زمان انعکاس نور را محاسبه کند. سپس با استفاده از این زمان، فاصله تا سوژه را به دست میآورد.
مسافت طیشده توسط اشعهی لیزر = سرعت نور × زمان رسیدن بازتاب
فاصله تا سوژه = نصف مسافت طیشده 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 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 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 بهجای سوژه روی پنجره فوکوس خواهد کرد.
هزینهبر است و به سختافزار اضافه نیاز دارد. قابلیت فوکوس لیزری اکنون تنها در برخی گوشیهای ردهبالا وجود دارد.
فوکوس خودکار دوال پیکسل
این نوع فوکوس را باید بهنوعی 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 گلکسی اس ۷ سامسونگ، 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 بهصورت 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 یادشده در تمام سطح سنسور قرار گرفتهاند و تمامی پیکسلها را پوشش میدهند.
دوربین مجهز به این سیستم میتواند بهسرعت 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 بهسرعت انجام دهد.
با بهرهگیری از دو ماژول لنز جداگانه، گوشیهای هوشمندی مانند وان ام ۸ اچتیسی و آنر ۶ پلاس هواوی، از برتری محسوسی در مورد فوکوس خودکار برخوردارند. همچون دوربینهای لایترو، کاربران در آنر ۶ پلاس قادرند میزان گشودگی لنز و 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 اشیاء 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؛ بهطوری 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 دقیقا بستگی به نوع ترکیب سیستمها دارد. سادهترین ترکیب مقرونبهصرفه، ترکیب فوکوس ردیابی کنتراست و فوکوس تشخیص فاز است. بهترین و گرانترین ترکیب 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 میآید و فوکوس را میسر میکند.
عموم دوربینهای عکاسی و بهخصوص نمونههای بالارده و پرچمدار، از ترکیب تمامی فناوریهای فوکوس خودکار بهره میبرند.