وقتی که در مورد ساز و کار تکنولوژی‌های به کار رفته در سیستم فوکوس خودکار دوربین‌هایDSLR صحبت می‌کنیم و مخصوصاً زمانی که به مبحث سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز (Phase Detection) وارد می‌شویم، داستان کمی پیچیده می‌شود. به‌همین منظور، موضوع بررسی چگونگی ساز و کار سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز، شاید برای تمامی خوانندگان و فعالان این عرصه، جالب و خوش‌آیند نباشد. امّا در هر حال در این کتاب قصد دارم کاملاً به این موضوع پرداخته و حقایق آن را به‌طور واضح و آشکاری روشن کنم. در واقع قصد دارم درباره مشکلات مربوط به این سیستم فوکوس و همچنین راه حل‌های آن و البتّه چگونه عملکرد این سیستم در هنگام ثبت یک عکس بیان و شما را به‌طور کامل با این تکنولوژی آشنا سازم.
همه چیز درباره سیستم فوکوس خودکار و تشخیص فاز (Phase Detection)
در نظر سنجی‌های به عمل آمده مشخص شد که تعداد بسیار زیادی از عکّاسان از نحوه عملکرد سیستم فوکوس خودکار دوربین خود حتّی در دوربین‌های DLSR سطح بالایی همچون نیکون D850،D6 ، کانُن 5D Mark IV و پنتاکس K-5 گله‌مند هستند و با آن مشکل دارند. مطمئناً بسیاری از عکّاسان به این موضوع پی‌برده‌اند که مشکل از سطح و رده دوربین آنها و مبتدی و پیشرفته بودن آن نبوده و به مدل دوربین‌شان هیچ ربطی ندارد. در حقیقت این دوربین‌ها نمی‌توانند به خوبی بر روی سوژه مورد نظر خود فوکوس کنند.
اگر یک بار در اینترنت در این مورد جستجو کنید شاهد بازیابی سؤالات بسیار زیادی در مورد مشکلات مربوط به سیستم فوکوس خودکار در سری‌های مختلف دوربین‌های شرکت‌های گوناگون خواهید بود. از زمانی که تکنولوژی سیستم فوکوس خودکار بوجود آمده و در دوربین‌های دیجیتال به کار گرفته شده است همواره مشکل فوکوس تا به امروز وجود داشته است. بنابراین دیدن مشکلات مربوط به سیستم فوکوس خودکار (همچون نقص در فوکوس جلوتر [front focus] یا عقب‌تر [back focus] از سوژه) بر روی دوربین‌های دیجیتال و پیشرفته امروزی نیز نمی‌تواند امری غیر عادی باشد. در حقیقت این مشکلات از زمانی پدیدار شدند که اوّلین دوربین DSLR مجهّز به سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز ساخته شد.
یک دوربین DLSR چگونه کار می‌کند
به دلیل یکسان بودن نامگذاری تمام گزینه‌های کوجود در منوی تنضیمات تمامی دوربین‌های عکّاسی DSLR و دوربین گوشی‌های تلفن همراه شرکت‌هایی چون پاناسونیک، سامسونگ، سونی، سیگما، فوجی‌فیلم، لایکا، نیکون، هاسدبلاد، هواوی و غیره، در این کتاب تنها به بیان گزینه‌های رایج پرداخته شده است. چگونگی استفاده از تنظیمات در تمام دوربین‌های تجهیزات دنیا یکسان، و تنها نام گزینه‌ها در منوهای کانُن با سایر محصولات متفاوت است؛ امّا عملکرد همه این گزینه‌ها یکسان می‌باشد.
به‌منظور حلِّ دقیق مشکلات مربوط به سیستم فوکوس خودکار ابتدا می‌بایست اطلاعات جامعی در مورد چگونگی و نحوه ثبت تصویر در یک دوربین DLSR داشته و با تمامی اجزای داخلی آن آشنایی داشته باشیم و سپس باید با مفهوم و درک شارپنس آشنا گردید.
با باز کردن لنز یک دوربین DLSR، شاهد قرار گیری یک آینه رفلکس با زاویه 45 درجه، درست در جلوی دهانه ورودی لنز در داخل بدنه دوربین هستیم. چیزی که در این بخش به هیچ وجه در حالت عادی قابل مشاهده نمی‌باشد، مربوط به آینه دوم قرار گرفته در پشت آن می‌باشد. وظیفه این آینه تاباندن نوری است که از سمت آینه اوّلیه به سمت خود ساتع گشته است و البتّه این امواج نوری به سوی سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز (Phase Detection) تابانده می‌شوند. تصویر زیر که مربوط به نمایی داخلی از دوربین نیکون D810 می‌باشد به آشنایی هر چه بهتر شما با محیط و فضای داخلی دوربین‌های DSLR و محلّ قرار گیری آینه کمک بسزایی خواهد کرد. در قسمت زیر می‌توانید در مورد هر یک از شماره‌های درج شده در تصویر فوق، اطلاعات کافی را کسب کنید:
- پرتوی نور
- آینه رفلکس اصلی دوربین
- آینه ثانویه دوربین یا Sub-Mirror
- شاتر و حسگر دوربین
- پیچ 6 ضلعی mm5/1 تنظیم آینه اصلی
- پیچ 6 ضلعی mm5/1 تنظیم آینه ثانویه
- حسگر سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز (Phase Detection)
- منشور
- منظره‌یاب
با توجّه به تصویر بالا بیایید به زمانی که عکسی در درون یک دوربین DLSR به ثبت می‌رسد و ساز و کار انجام آن نگاهی بیندازیم. ابتدا پرتوهای نور (1) به داخل لنز وارد می‌شوند و بعد از گذشتن از لنز به فضای داخل دوربین منتقل خواهند شد. سپس امواج نوری به آینه اصلی دوربین (2) که نیمه شفاف است برخورد می‌کنند. این آینه با زاویه 45 درجه طوری قرار گرفته است که با برخورد پرتوهای نور به آن بخشی زیادی از آنها با حرکتی عمودی به سمت منشور (8) به حرکت در می‌آیند. سپس منشور موجود در این بخش توسّط شکل خاصی که دارد پرتوهای عمودی را به شکل افقی درآورده و سپس آنها را طوری هدایت می‌کند تا از بخش منظره‌یاب (9) دوربین عبور کرده و عکّاس بتواند به مشاهده آنچه در جلوی لنز قرار گرفته است بپردازد.
بخشی کوچکی از پرتوهای نور از دیواره نیمه شفاف آینه اصلی عبور کرده و به آینه ثانویه پشت آن برخورد می‌کنند. سپس آینه ثانویه با زاویه استقرار خاص خود (که در این دوربین با زاویه 54 درجه قرار گرفته است) پرتوهای نوری به سمت حسگر سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز (7) راهی می‌کند. سپس این امواج به سمت گروهی از حسگرها در داخل همین سیستم منتقل می‌شوند (هر نقطه فوکوس خودکار دارای دو حسگر است). سپس دوربین به آنالیز و مقایسه تصاویر به‌دست آمده توسّط حسگرها پرداخته (ساز و کار انجام آن شبیه به نحوه محاسبه فوکوس در یک دستگاه فاصله‌یاب می‌باشد) و اگر تصاویر به‌دست آمده با هم یکسان و مشابه نباشند، سیستم دوربین، لنزها را مجبور به جابهجایی به‌منظور ایجاد تصاویر یکسان و مشابه می‌کند.
در حالی که سیستم ذکر شده درباره نحوه حرکت پرتوهای نور به‌طور کامل و البتّه خلاصه‌وار توضیح داده شد، مشکلاتی در این راه برای این دسته از پرتوها ممکن است پدید آید. حسگر سیستم تشخیص فاز یکی از آنها بوده که در این راه لنز دوربین را مجبور به تطابق و تنظیم دقیق به جهت انجام فوکوس بهتر می‌کند. این در حالی است که سنسور[1] مربوطه هیچ تأثیری در ثبت عکس نداشته و تنها به انجام فوکوس خودکار دقیق کمک می‌کند. در واقع مسئولیت ثبت تصاویر با سنسور قرار گرفته در بخش انتهایی دستگاه است.
امّا چرا این مورد یک مشکل بزرگ تلقی می‌شود؟ در بخش قبلی با هم این موضوع را مرور کردیم که در هنگام ورود نور به داخل دوربین به‌منظور ثبت نهایی عکس آینه‌های اصلی و ثانویه دوربین به سمت بالا رفته و سپس شاتر دوربین باز می‌شود و در نهایت پرتوهای نور به‌منظور ثبت عکس به حسگر اصلی دوربین (4) برخورد می‌کنند. به‌منظور انجام دقیق فوکوس خودکار تشخیص فاز، می‌بایست فاصله بین مانت لنز و حسگر اصلی دوربین با فاصله مانت لنز با حسگر سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز یکی و برابر باشد. اگر حتّی به میزان بسیار ناچیزی در این بخش انحراف وجود داشته باشد، فوکوس خودکار تشخیص فاز به خوبی انجام نخواهد شد.
همچنین در طرف دیگر ماجرا اگر زاویه آینه ثانویه دوربین (که وظیفه آن، منعکس کردن پرتوهای نور بر روی حسگر سیستم تشخیص فاز است) آن طور که می‌بایست باشد نبوده و از محلّ اصلی خود انحراف داشته باشد دوباره مشکلاتی در عملکرد این سیستم فوکوس خودکار بوجود خواهد آمد. بنابراین بیشترین مشکلات مربوط به سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز به این شکل به وقوع می‌پیوندد.
البتّه در دوربین‌های بدون آینه همان‌طور که از نام آنها مشخص است دیگر آینه‌ای وجود ندارد و نور مستقیماً از درون لنز به سنسور می‌رسد و عمل فکوس بسته به نوع سیستم فوکوس خودکار (بیشتر هیبریدی) صورت می‌پذیرد. همزمان با مشاهده صحنه توسط سنسور، تصویر بر روی یک نمایشگر کوچکتر در ویزور یا مستقیماً بر روی صفحه نمایش نشان داده می‌شود. که یکی از مشکلات در دوربین‌های بدون آینده همین مکانیسم نمایش صحنه مقابل دوربین با یک تأخیر کمتر از یک ثانیه بر روی نمایشگر دوربین است که می‌تواند مجر به از دست رفتن فرست در ثبت صحنه‌های خاص گردد.
ساز و کار حسگر سیستم تشخیص فاز چگونه است؟
همان‌طور که در بخش‌های پیشین به آن اشاره شد، ساز و کار سیستم فوکوس خودکار همانند یک دستگاه فاصله‌یاب[2] است. در حقیقت پرتوهای نوری که به آینه ثانویه موجود در پشت آینه اصلی دوربین برخورد می‌کنند توسّط تعدادی (بسته به‌تعداد سنسورهای سیستم تشخیص فاز) از حسگرهای موجود در بخش سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز جذب می‌شود. البتّه قبل از رسیدن به این قسمت، پرتوهای نوری از میکرو لنزهای موجود در قسمت فوقانی این حسگرها عبور کرده و به بخش‌های خاصی هدایت می‌شوند.
همان‌طور که قبلاً ذکر شد برای هر نقطه فوکوس قابل مشاهده در منظره‌یاب دوربین دو عدد حسگر بسیار کوچک در بخش سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز وجود دارد که در واقع هر کدام از آنها برای بخشی از تصویر لنز دوربین را پوشش می‌دهند. مکان آن (7) در تصویر صفحه 3 قابل مشاهده است. (البتّه در تصویر صفحه 3 در مورد پرتوهای نور با نشان دادن تنها دو خط که بر روی دو سنسور مجزا برخورد می‌کنند کمی بیش از حد معمول اغراق شده است و در حقیقت در دوربین‌های حرفه‌ای امروز که از سیستم تشخیص فاز پشتیبانی می‌کنند، بیش از دو عدد سنسور در آن بخش قرار گرفته‌اند و البتّه با این تعداد حسگر با فاصله بسیار کمی در کنار یکدیگر واقع گشته‌اند). ساز و کار تابش پرتوهای نور بر روی این سنسورها نیز همانند حسگر اصلی دوربین بوده و در واقع در این حالت به‌منظور انجام فوکوس خودکار تشخیص فاز وقتی که تصویر دارای شارپنس و وضوح بالایی باشد زمانی است که دو پرتوی نور از منتهاالیه کناری لنزی با طی مسیر گفته شده بر روی بخش میانی حسگر این سیستم دقیقاً بر روی یک نقطه متمرکز می‌شوند.
در حقیقت می‌توان گفت که هر دو سنسور دارای تصویر یکسان و مشابهی هستند. اگر جسم مورد نظر به‌درستی مورد فوکوس این سیستم قرار نگرفته باشد پرتوهای ساتع شده بر روی حسگر این سیستم به‌درستی در یک نقطه متمرکز نگشته‌اند و به‌همین دلیل هنوز نیاز به تغییر و جابهجایی در بخش عدسی‌های لنز وجود دارد. در تصویر زیر شاهد انواع حالات قرار گیری و انطباق پرتوهای نور وارد شده به سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز موجود در دوربین‌های DSLR هستیم.
همان‌طور که گفته شد حالت‌های 1 تا 4، مکان‌ها و حالت‌های مختلف تابش نور را نشان می‌دهند که در تصویر صفحه قبل شماره (1) شاهد فوکوس بسیار نزدیک، در تصویر شماره (2) شاهد فوکوس صحیح، در تصویر شماره (3) شاهد فوکوس دور و همچنین در تصویر شماره (4) فوکوس بسیار دور در نظر گرفته شده است. همچنین همان‌طور که در نمودار این تصاویر مشاهده می‌کنید میزان اختلافات بین پرتوهای نور نشان داده شده است که البتّه این میزان توسّط محاسباتی که توسّط سیستم انجام می‌شود تبدیل به میزان حرکت عدسی‌ها و گروه‌های داخل لنز به‌منظور انطباق هر چه بهتر پرتوهای نوری می‌شود. البتّه خط زرد رنگ بالا در مورد دوربین‌ها صحت نداشته و به‌جای سنسور عدسی‌های موجود در لنز به‌منظور انجام فوکوس هر چه بهتر جابه‌جا می‌شوند.
از آن‌جایی که سیستم تشخیص فاز به سادگی می‌تواند جلوتر یا عقب بودن فوکوس خودکار انجام شده را تشخیص دهد (البتّه در صورت کافی بودن میزان نور محیط و دیگر عوامل حیاتی)، به‌همین منظور اطلاعات مربوط به فوکوس دقیق بر روی سوژه را به لنز دوربین ارسال می‌کند و البتّه این اطلاعات در مورد چگونگی حرکت (جهت حرکت) عدسی‌ها و میزان آن می‌باشد. در بخش زیر مراحلی که بعد از قرار گرفتن سوژه در حیطه فوکوس توسّط دوربین انجام می‌گیرد به ترتیب توضیح داده شده است:
- پرتوهای نوری که از دو منتهاالیه لنز دوربین عبور کرده‌اند توسّط دو سنسور موجود در سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز به‌طور دقیق ارزیابی می‌شوند.
- بسته به اینکه پرتوهای نور چگونه به این حسگرها برخورد می‌کنند سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز که جسم مورد نظر در جلوی صفحه فوکوس قرار گرفته است و یا در پشت آن (البتّه با مشخص شدن این موضوع) میزان فاصله آن نیز تعیین می‌گردد.
- سپس سیستم دستورالعمل‌های مربوطه (جهت و میزان حرکت عدسی‌ها) را به لنز دوربین انتقال می‌دهد.
- روال قبل تا زمان رسیدن به یک حالت فوکوس مناسب و به تصویر کشیدن عکس‌های واضح تا میزان نامحدودی ادامه خواهد داشت. در صورت نرسیدن به یک حالت فوکوس مناسب لنز دوباره از ابتدا تنظیم شده و به‌منظور رسیدن به فوکوس تلاش خواهد کرد. این وضعیت با نام شکار فوکوس[3] شناخته می‌شود.
- زمانی که دوربین به بهترین حالت فوکوس خود دست یافت، سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز پیامی مبنی بر رسیدن به بهترین حالت فوکوس بر روی سوژه مورد نظر را به پردازشگر دوربین ارسال خواهد کرد. سپس نقطه (یا نقاط) فوکوس موجود در منظره‌یاب به رنگ سیاه (یا قرمز) در آمده و یک صدای خاص (مثل بیپ) به صدا در خواهد آمد.
تمامی مراحل گفته شده در قسمت قبل با سرعت بسیار زیادی و در کسری از ثانیه به وقوع خواهد پیوست. در واقع به‌همین منظور است که سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز از سیستم فوکوس خودکار تشخیص کنتراست بسیار سریعتر عمل می‌کند. (زیرا در حالت تشخیص کنتراست، صفحه فوکوس به‌وسیله لنز دوربین به‌طور خودکار تنها به جلو و عقب حرکت می‌کند تا با آنالیز اطلاعات وسیع به‌دست آمده در این حالت و البتّه با سرعت کمتری به بهترین حالت فوکوس دست یابد).
سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز یک سیستم کاملاً پیچیده بوده و به‌همین منظور هر گاه یک دوربین جدید و پیشرفته و سطح بالا توسّط یک شرکت بزرگ معرّفی می‌شود این سیستم دچار تغییرات زیادی شده و نسبت به مدل‌های پیشین خود بهبودهای بسیار چشمگیری می‌یابد. در طی سال‌های متمادی سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز پیشرفت‌های بسیار زیادی داشته و همواره به‌تعداد نقاط فوکوس آن افزوده شده است.
البتّه در این میان توجّه بیشتری به نقاط فوکوس صلیبی (کراس تایپ) که اهمّیت بیشتری داشته می‌شود که خوشبختانه تعداد این نقاط نیز در حال افزایش است. برای مثال، دوربین‌های DSLR سطح پیشرفته و بسیار حرفه‌ای نیکون D500 وD850 هر دو دارای 153 نقطه فوکوس بوده که 99 عدد از آنها از نوع کراس‌تایپ هستند. در تصویر زیر شاهد ماتریکس نسبتاً پیچیده نقاط فوکوس سیستم تشخیص کنتراست دوربین1DX کانُن هستیم:
البتّه این موارد، تمام داستان نبوده و تنها به افزایش عدد تعداد نقاط فوکوس ختم نمی‌شود. کیفیت نقاط فوکوس نیز بسیار مهم بوده و هم اکنون بسیاری از دوربین‌های پیشرفته و جدید وارد شد به بازار دارای قابلیت‌های بسیار زیادی بوده که در کنار بهره‌گیری عکّاس از قابلیت تنظیم دستی آنها این سیستم می‌تواند با سرعت و دقّت بسیار بالایی به تعقیب و دنبال کردن سوژه مورد نظر خود بپردازد و به اصطلاح فوکوس بر روی سوژه خود قفل شود.
مشکلات فوکوس در دوربین‌های DSLR
همان‌طور که در بخش‌های پیشین مشاهده کردید، سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز تکنولوژی بسیار پیچیده‌ای بوده و به‌منظور رسیدن به بهترین حالت و دقیق‌ترین شکل فوکوس نیاز به توجّه به نکات بسیار زیادی است. مهمتر از آن این که این سیستم می‌بایست در هنگام تولید دوربین در محلّ کارخانه تولید کننده آن با دقّت بسیار زیادی بر روی بخش خاصی از دوربین نصب گردد تا هیچ گونه خللی بر آن وارد نباشد. اگر حتّی به میزان بسیاری ناچیزی در هنگام نصب این سیستم بر روی دوربین مشکلّی بوجود آید مشکلات مربوط به عدم رسیدن به تصاویر بسیار واضح رخ خواهد داد. در حقیقت این موضوع همان بزرگترین مشکلّی است که از اوّلین روز استفاده از این تکنولوژی بر روی دوربین‌های [4]DSLR، همواره عکّاسان را آزار داده و موجب اختلال در عملکرد صحیح این سیستم گشته است.
به‌همین منظور تمامی شرکت‌های تولید کننده دوربین‌های DSLR از سیستم بسیار دقیقی به‌منظور کالیبراسیون و تنظیم جهت نصب سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز بر روی دوربین‌های خود استفاده می‌کنند. همچنین بعد از نصب این بخش در طی تست‌ها و آزمایشات خاصی که با واژه QA یا همان تضمین کیفیت[5] شناخته می‌شود سیستم تشخیص فاز هر دوربین را به دقّت ارزیابی کرده و سپس دستگاه مزبور را روانه بازارهای فروش می‌کنند. در این روال در صورت کشف مشکل در زمینه نصب سیستم تشخیص فاز سیستم‌های موجود در این بخش به‌طور دقیق و با محاسبه و ارزیابی همه حالات فوکوس دوربین مزبور به تغییر دستی مکان این ساختار از دوربین پرداخته و آن را در مکان درست خود قرار می‌دهد. همچنین نقاطی که غیرفعال شده‌اند را نیز کالیبره و تنظیم کرده و سپس عدد جبرانی مربوطه بر روی سفت‌افزار[6] دوربین ثبت خواهد شد. فهم این موضوع شباهت بسیار زیادی به انجام تست‌های گزینه AF Fine-Tune functionدر دوربین‌های نیکون دارد. البتّه با این تفاوت که تست‌های اخیر بر روی هر نقطه فوکوس به‌طور مجزا می‌تواند انجام شود.
بررسی ساز و کار فوکوس خودکار در دوربین‌های آنالوگ و دیجیتال
مسلماً مراحل فوکوس خودکار از بهترین و کاربردی‌ترین فنّاوری‌های موجود در گوشی‌ها و دوربین‌های دیجیتال می‌باشد و در دنیای مُدرن امروزی جای خود را پیدا کرده است. شاید وقتی به زمان‌های گذشته برمی‌گردیم و روند فوکوس دستی دوربین‌های آنالوگ را به یاد می‌آوریم تجدید خاطره آن نیز کمی برایمان دردآور باشد. زیرا در هنگام انجام فوکوس دستی توسّط لنزهای قدیمی خطاهای بسیاری بوجود می‌آمد و اکثراً نتیجه کار مورد رضایت عکّاس نبود. هرچند استفاده از این حالت در موقعیت‌ها و شرایطی خاص کار را برای عکّاسان بسیار دشوار می‌کرد. امّا روز‌های سخت سپری شده‌اند و هم اکنون در دنیای دیجیتال زندگی می‌کنیم. دنیایی که با دیجیتالی شدن دوربین‌ها نام دوربین‌های SLR[7] به DSLR[8] تغییر یافت. به دنبال تغییر در ماهیت دوربین‌ها شرایط به‌منظور دگرگونی در لنزها نیز محیا شد و لنزها نیز این فرصت را پیدا کردند تا به دنیای دیجیتال جدید پای بگذارند. تمامی این روند پایه گذار بوجود آمدن شرایطی به‌منظور ظهور فوکوس خودکار بود. همین امر باعث گردید تا لنزها روز به روز پیشرفت نموده و با کیفیت و شفافیت بالاتری طرّاحی و ساخته شوند تا عکس ثبت شده بسیار واضح‌تر و با کیفیت بی‌نظیرتری ثبت گردد.
فوکوس خودکار تقریباً بر روی تمامی دستگاه‌های هوشمند مجهّز به دوربین دیجیتال وجود دارد و امکان عکّاسی را برای عکّاسان امّاتور محیا کرده است. در واقع می‌بایست این حقیقت بزرگ را قبول کنیم که یکی از بزرگترین عوامل نامرئی هجوم بسیاری از مردم و افراد عادی و امّاتور به عکسبرداری، سهولت در انجام عکّاسی به‌وسیله مراحل فوکوس خودکار بوده است. امّا با وجود تمام این تفاسیر روند انجام فوکوس خودکار فنّاوری بسیار جالبی بوده و در طول تاریخ روش‌های متعددی به‌منظور یافتن بهترین تکنولوژی به‌منظور تولید تصاویری با وضوح بالا در شرایط مختلف کشف و اعمال شد. هم اکنون نیز این تکنولوژی در حال پیشرفت است و شرکت‌های مختلفی در حال کار بر روی این شاخص مهم عکسبرداری هستند. امّا با این حال شاید این سؤال به ذهن هر عکّاس امّاتور یا حرفه‌ای بروز کند که فوکوس خودکار چه بوده و ساز و کار آن چگونه است؟
در این کتاب سعی شده است که ابتدا به معرّفی ساز و کار کلّی فوکوس خودکار دوربین پرداخته و اساس کار آن مورد ارزیابی و بررسی قرار گیرد و سپس در بخش‌های بعدی، نحوه استفاده از آن در دوربین‌های DSLR انواع آن و چرایی استفاده از گزینه‌های اختصاصی آن در شرایط مختلف به‌طور کامل شرح داده شود.
اساساً فوکوس خودکار چگونه کار می‌کند؟
مان‌ط
ور که می‌دانید اساس و پایه ورود نور به داخل دوربین و اکثر شاخصه‌های آن شباهت بسیار زیادی به چشم انسان و عملکرد آن دارد. پس در ادامه با مثال زدن عملکرد چشم انسان این مقوله را بهتر و آسان‌تر به شما خواهم آموخت. همان‌طور که می‌دانید چشم انسان در بخش انتهایی خود دارای قسمتـی بـه نـام شبکیـه[9] می‌باشد. در این بخش، سلول‌هایـی به‌منظور دریافت نور و تبدیل آن به اطلاعات عصبی و سپس انتقال آنها به مغز جهت تفسیر وجود دارند. سنسورهای موجود در دوربین‌ها دقیقاً وظیفه‌ای همانند این سلول‌های داشته و نور عبور کرده از میان لنز دوربین را دریافت می‌کنند و سپس آن را به اطلاعات الکتریکی تبدیل کرده و آنها را تقویت می‌کنند و سپس آنها را به‌منظور تفسیر و پردازش به بخش تراشه دوربین ارسال می‌کنند.
در این میان، لنز دوربین نیز عملکردی همانند لنز چشم داشته و باعث اِنکِسار[10] نور محیط و انتقال هرچه بهتر آن بر روی حسگر دستگاه می‌شود. در حقیقت نور خود می‌تواند به آسانی از لنز عبور کرده و بر روی سنسور قرار گیرد امّا در این میان وجود لنز به‌منظور تمرکز هرچه بهتر نورهای محیط بر روی نقطه‌ای خاص بر روی حسگر بوده که به این مراحل فوکوس گفته می‌شود. البتّه در مورد لنز تفاوت‌هایی در مثال آورده شده وجود دارد و در حقیقت لنز یا عدسی بیولوژیکی از جنس بافت طبیعی انسان است امّا لنز دوربین‌ها از جنس پلاستیک و شیشه بوده و در کنار آن، مراحل انجام فوکوس در این دو کاملاً متفاوت است. در واقع عدسی چشم انسان با تغییر ضخامت خود توسّط ماهیچه‌های مُژکی باعث متمرکز شدن انوار بر روی نقطه فوکوس می‌شود امّا در دوربین‌ها و لنزهای آنها قضیّه متفاوت بوده و این کار توسّط حرکت عدسی‌های مختلف و جابهجایی آنها در مسیری تعیین شده انجام می‌شود.
ساز و کار انجام فوکوس و فهمیدن اساس این موضوع نیز کاملاً ساده است. مسلماً خیلی از افراد، فوکوس را در طی زندگی روزمره خود تجربه کرده‌اند. برای مثال در هنگامی که تعداد کمی از تکه‌های کاغذ و یا خرده‌های چوب را در زیر یک عدسی قرار داده‌ایم نور خورشید را بر روی آنها متمرکز می‌کنیم و مواد زیر آن به سرعت آتش می‌گیرند. مورد مذکور یکی از شایع ترین مثال‌های مربوط به این زمینه هستند. در مثالی دیگر دو دست خود را با فاصله‌هایی متفاوت در جلوی چشم خود می‌گیریم و ابتدا بر روی یکی و سپس با کمی تاخیر بر روی دیگری متمرکز می‌شویم. طوری که تصاویر به نمایش درآمده به بالاترین وضوح ممکن برسند. این مثال نیز نوعی از حالت فوکوس دستی دوربین را به یادمان می‌اندازد. البتّه مراحل تشخیص وضوح (شارپنس) تصاویر کاری راحت‌تر نسبت به دوربین‌های آنالوگ بوده و با سرعت و دقّت بیشتری انجام می‌شود.
نمایی از یک تصویر شارپ (تصویر سمت راست فاقد فوکوس و تار – تصویر سمت چپ داری فوکوس و کاملاً شارپ)
با در نظر گرفتن مثال‌های قبل می‌توان به‌راحتّی نحوه انجام فوکوس در دوربین‌های دستگاه‌های هوشمند را فهمیده و به درک درستی برسیم. در واقع زمانی که تصویر به نمایش در آمده، چه در نمایشگر یا منظره‌یاب دوربین و چه در چشم انسان، تار می‌شود با تغییراتی که در لنز بوجود می‌آید[11] سعی می‌شود که تصویر انتهایی کاملاً واضح بوده و بیشترین میزان اختلاف کنتراست بین پیکسلی را داشته باشد. بدین منظور لنز می‌بایست نور ساتع شده از منظره را طوری از خود عبور دهد که بوسیله شکست آن توسّط عدسی‌های مختلف تمامی نورها به‌صورت مشترک در نقطه‌ای خاص متمرکز شوند. برای رسیدن به این هدف عدسی‌های موجود در لنز می‌بایست در فاصله مناسبی از یکدیگر و همچنین سوژه مورد نظر قرار گیرند. امّا سؤال اصلی اینجاست که چگونه لنز دوربین متوجّه می‌شود که می‌بایست عدسی‌ها را در چه فاصله‌ای از یکدیگر قرار دهد؟
در پاسخ به این سؤال باید به شرح کامل فرآیند فوکوس و تاریخچه بوجود آمدن آن تا به امروز بپردازیم . در کل فرآیند فوکوس خودکار به دو دسته اکتیو[12] (فعال) و پاسیو[13] (غیرفعال) تقسیم می‌شود.
روش‌های فوکوس خودکار فعال (Active):
مسلماً ساده‌ترین راه به‌منظور انجام فوکوس خودکار استفاده از مکانیسم سیستم مکانیکی دستگاه بوده و بدین منظور می‌بایست فاصله تا جسم مورد نظر مشخص شود و سپس بر اساس آن و محاسبات انجام شده، بهترین فوکوس ممکن اعمال شود.
فردی به نام پولاروید[14] در سال 1986 اوّلین اختراع[15] در مورد فوکوس خودکار دوربین را به نام خود به ثبت رساند. در این اختراع از سونار[16] به‌منظور تشخیص فاصله جسم تا دوربین استفاده شده است. سونار[17] به معنای امواج اولتراسوند[18] بود و این امواج صوتی کار خود را به دقّت و با سرعت بسیار بالایی انجام می‌دهند. امّا گاهی در کار آنها نقص‌هایی وارد است. برای مثال در هنگامی که سوژه مورد نظر در پشت یک شیشه کاملاً تمیز قرار گرفته باشد، به‌دلیل اینکه امواج صوتی نمی‌توانند همانند نور از این لایه عبور کنند، در نتیجه فوکوس بر روی شیشه انجام می‌شود و جسم مورد نظر تار ثبت می‌گردد.
مراحل انجام شده به این شکل است که ابتدا دستگاه مورد نظر امواج صوتی با فرکانس مشخصی را از خود ساتع می‌کند و سپـس امـواج به جسم مورد نظـر برخورد کرده و دوباره به دستگاه بر می‌گردد. زمان طی شده در این حالت محاسبه می‌شود و البتّه به‌دلیل مشخص بودن سرعت امواج، فاصله تا جسم به‌راحتّی قابل محاسبه خواهد بود. این فنّاوری در زمینه‌های مختلفی از جمله نظامی و دریانوردی به‌منظور تشخیص فاصله جسم در ردیاب‌ها استفاده می‌شود. امّا با این حال اشکال آن نیز در هنگام برخورد آن با اجسام شفاف است. بدین منظور فرض کنید که در درون یک خودرو قرار دارید و می‌خواهید از مناظر بیرون عکّاسی کنید. مطمئناً با استفاده از این فنّاوری، زمانی که شیشه خودرو در جلوی دوربین باشد، نمی‌توانید به فوکوس مورد نظرتان دست پیدا کنید.
بعد از کنار گذاشتن این فنّاوری (در عکّاسی)، تکنولوژی استفاده از نور به ویژه امواج مادون قرمز در دستگاه‌های پیشرفته‌تر به میان آمد. در واقع این مکانیسم نیز همانند امواج صوتی عمل کرده و به جسم مورد نظر برخورد می‌کند و سپس با بازگشت به دوربین، زمان رفت و برگشت آن محاسبه شده و از این طریق و با در دست داشتن سرعت نور، فاصله از جسم تعیین می‌شود. البتّه با این تفاوت که این امواج قابلیت عبور از شیشه را نیز دارند. این فنّاوری بر روی بسیاری از دستگاه‌های هوشمند و دوربین‌ها قرار داشته و اخیراً شرکت ال‌جی نیز آن را بر روی گوشی‌های پرچمدار خود قرار داده است.
امّا این تکنولوژی نیز بدون نقص نیست. مسلماً اجسام زیادی در طبیعت هستند که امواج مادون قرمز ساتع شده به خود را جذب می‌کنند. بنابراین وجود این چنین اجسامی، کار فوکوس دقیق را مشکل خواهد کرد. علاوه بر آن، در طبیعت موارد وجود دارند که خود ساتع کننده امواج مادون قرمز هستند. برای مثال خورشید و یا آتش از منابع تولید کننده این امواج هستند و مطمئناً در صورت عکّاسی از چنین سوژه‌هایی و یا قرار گرفتن در نزدیکی آنها، می‌تواند انجام عمل فوکوس و تولید عکس‌هایی با وضوح بالا را به‌مشکل مواجه کنند.
پس اگر به‌منظور عکّاسی، تمایل به استفاده از روش‌های اکتیو[19] (فعال) سیستم فوکوس خودکار را داشته باشید، می‌بایست از موارد ذکر شده که باعث اشکال در عمل فوکوس خودکار می‌شوند دوری کنید. البتّه راه دیگری نیز وجود دارد و آن هم استفاده از فوکوس خودکار به روش پاسیو[20] (غیرفعال) است.
روش‌های فوکوس خودکار غیرفعال (Passive):
فنّاوری فوکوس غیرفعال یا پاسیو[21] از جمله تکنولوژی‌های جدید و مُدرن امروزی می‌باشد که کار فوکوس خودکار را نسبتاً آسان‌تر و بی‌دردسر‌تر کرده است. این فنّاوری به‌دلیل وابستگی شدید آن به وجود ابزارهایی تخصصی از روش فوکوس فعال، گران‌تر و پرهزینه‌تر است. به‌همین منظور است که این فنّاوری بیشتر در دوربین‌های حرفه‌ای و DSLR مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فنّاوری با انجام یکسری تجزیه و تحلیل‌های ریاضی بر روی داده‌ها و اطلاعات خام تصاویر، تعیین می‌کند که حالت کنونی قرار گیری عدسی‌های لنز، باعث انجام فوکوس شده است یا خیر. در صورت منفی بودن جواب، دستگاه در پی تغییر در فاصله عدسی‌ها از یکدیگر بوده تا زمانی که دستگاه به جواب مثبت در این زمینه برسد.
معمولی‌ترین فنّاوری به‌منظور انجام فوکوس خودکار پاسیو، استفاده از فنّاوری شناسایی کنتراست[22] است. در این حالت، نواری و یا ردیفی از پیکسل‌ها در بخش میانی تصویر قرار دارند و دستگاه به‌طور خودکار، میزان کنتراست آنها را، پیکسل به پیکسل بررسی می‌کند. به‌همین منظور به‌طور همزمان، به تطبیق لنز با تصویر به نمایش درآمده به‌منظور رسیدن به بالاترین میزان کنتراست تصویر اقدام می‌کند.
همان‌طور که می‌دانید، تصاویر تار دارای میزان کنتراست کمتری نسبت به تصاویر واضح بوده و به‌همین دلیل، استفاده از این روش برای رسیدن به بهترین سطح فوکوس، کار بسیار ارزشمندتر و صحیح‌تری است. همچنین استفاده از این روش، مشکلات مربوط به عکّاسی از اجسام گرم و داغ و یا اجسام پشت شیشه را نخواهد داشت. در واقع این روش به دلایل مختلف از روش‌های فوکوس خودکار اکتیو مفیدتر و کاربردی‌تر بوده و نتیجه کار نیز کاربر پسندانه‌تر است. در حقیقت این حالت آن‌چنان کارا و ارزشمند است که در هنگام تغییر خواص کانونی لنز نیز همچنان به کار خود ادامه داده و بهترین و شفاف‌ترین تصویر را از جسم مورد نظر تولید کرده و در اختیار عکّاس قرار می‌دهد. البتّه این روش نیز همانند تمامی دیگر روش‌ها دارای یکسری معایب خاص خود است. کند بودن عمل فوکوس خودکار (به‌دلیل اینکه دوربین می‌بایست تمامی احتمالاًت را یک به یک بسنجد) در این روش، یکی از اصلی‌ترین معایب آن به حساب می‌آید. همچنین زمانی که در منظره پیش روی دوربین، هیچگونه سوژه‌ای با کنتراست بالا وجود نداشته باشد (برای مثال در هنگام عکّاسی در محیط‌هایی با نور کم)، مسلماً در هنگام استفاده از این حالت، عکّاس با مشکل تار بودن و عدم وضوح کافی تصاویر مواجه خواهد شد.
روش دیگر در انجام فوکوس خودکار پاسیو، استفاده از فنّاوری تشخیص فاز است. در این روش از دو میکرو لنز (لایه‌های نازکی از لنزها که بر روی سنسور قرار می‌گیرند و وظیفه آنها هدایت هرچه صحیح‌تر نور وارد شده به دوربین به سطح سنسور و به سمت هر پیکسل به‌طور مجزا است) به‌منظور دریافت نور وارد شده به داخل دوربین استفاده می‌شود و نورها به دو عدد سنسور تابیده می‌شود. سپس دوربین با پردازش اطلاعات دو تصویر بوجود آمده و مقایسه بین دو موج نوری و اختلافهای بین آن دو، براحتّی فاصله دستگاه از جسم مورد نظر را تشخیص داده و عمل فوکوس خودکار صحیح را انجام می‌دهد.
یکی از بزرگترین مزایای استفاده از این روش، انجام سریع عمل فوکوس خودکار بر روی سوژه می‌باشد. امّا به جهت تعبیه ابزارهایی خاص و اضافی مانند شیشه و آینه و سنسور مجزا، استفاده از این روش به عملی هزینه‌بر تبدیل شده است و معمولاً این حالت بر روی دوربین‌های سطح بالا دیده می‌شود و حتّی کمتر بر روی دوربین‌های سطح مبتدی DSLR قابل مشاهده است. علاوه بر آن، دقّت پایین‌تر این روش نسبت به متد تشخیص کنتراست، که از دیگر معایب فنّاوری تشخیص فاز به حساب می‌آید (برای مثال در اجسامی که دارای اجزا و قسمت‌های مختلفی با عمقهای متفاوت هستند، استفاده از روش تشخیص فاز با کمی مشکل همراه است.)
البتّه اخیراً سنسورهای جدیدی به نام سنسورهای هیبریدی ، طرّاحی و تولید گشته‌اند که به‌منظور انجام فوکوس خودکار پاسیو، از هر دو فنّاوری تشخیص فاز و کنتراست به‌طور همزمان استفاده می‌کنند. در حقیقت این سنسورها، از سرعت بالای روش تشخیص فاز و از دقّت بالای روش تشخیص کنتراست به‌منظور ایجاد تصاویر هرچه واضح‌تر در شرایط مختلف محیطی، بهره می‌برند.
در واقع عمل فوکوس خودکار در این سنسورها به این گونه است که دستگاه به‌منظور رسیدن فوری به نزدیک‌ترین حالت فوکوس از روش تشخیص فاز استفاده می‌کند و سپس برای رسیدن به واضح‌ترین و همچنین صحیح‌ترین تصویر ممکن، از روش تشخیص کنتراست بهره می‌گیرد. در واقع روش تشخیص کنتراست، حالت فوکوس با روش تشخیص فاز را بهبود می‌بخشد. مسلماً استفاده از این فنّاوری به تولید تصاویر بسیار خوب و باکیفیت در کوتاه‌ترین زمان ممکن منجر می‌شود.
امّا باید این مسئله را نیز در نظر داشته باشیم که فنّاوری پیش رو، بسیار گران و هزینه‌بر بوده و برای عکّاس‌های امّاتور و نیمه حرفه‌ای، گران تمام خواهد شد. البتّه چند سالی است که این فنّاوری با کمی کاهش قیمت روبه‌رو شده است و هم اینک این فنّاوری بر روی دوربین‌های سطح مبتدی و متوسّط بسیاری از شرکت‌ها مانند شرکت‌های سونی و نیکون (در دوربین‌هایی چون Z6 و Z7) قابل مشاهده است. البتّه هم اینک شرکت‌های بسیار زیادی در حال تغییر طرّاحی دوربین‌های خود بوده و از راه‌های بسیار زیای به‌منظور رسیدن به شارپنس بالای تصاویر خود استفاده می‌کنند. حذف فیلتر پایین‌گذر (مثلاً دوربین D810) در دوربین‌های شرکت نیکون از جمله این فنّاوری‌ها می‌باشد.
آینده تکنولوژی فوکوس خودکار
چهار فنّاوری فوکوس ذکر شده، از شایع‌ترین و پراستفاده‌ترین تکنولوژی‌های فوکوس خودکار امروزی هستند و در آینده‌ای نزدیک، مسلماً شاهد فنّاوری‌های جدیدتر و کاربردی‌تر نیز در این زمینه خواهیم بود. البتّه هم اکنون فنّاوری‌های جدیدی نیز به این بخش اضافه گشته است و باعث شکوفایی در طرّاحی و ساخت ساختار فوکوس دوربین‌های جدید شده است. دوربین‌های لایترو[23] از جمله این دسته به حساب می‌آیند که با ساختار جدید فوکوس خودکار خود، طرحی انقلابی را در این حوزه پایه ریزی کرده‌اند. در مورد این دوربین‌ها بهتر است بدانید که دستگاه در هنگام عکّاسی از جسم مورد نظر، تمامی سطوح موجود در صحنه را در حالت فوکوس خود قرار می‌دهد و بعد ثبت عکس، کاربر می‌تواند به‌صورت دستی، بر روی هر سطحی به‌صورت دلخواه، فوکوس کند.
در واقع عمل فوکوس بر روی سوژه، بعد از ثبت عکس صورت خواهد گرفت (البتّه دوربین به‌طور خودکار، تمامی اطلاعات مربوط به شارپنس تصاویر را در سطوح مختلف، جمع‌آوری و دسته‌بندی خواهد نمود). امّا با این حال، فنّاوری مزبور به‌دلیل گران بودن و قیمت بالای خود، به‌منظور قرار گرفتن بر روی اکثر دوربین‌های موجود در بازار راه طولانی و پُرپیچ و خمی را در پیش خواهد داشت. امّا شاید بهتر باشد بدانید که هم اینک شرکت‌های پیشرو در این زمینه، بیشتر تمرکز خود را بر روی ترکیب کردن چهار فنّاوری پیشین ذکر شده قرار داده‌اند و اخیراً بعضی از شرکت‌ها توانستند به نتایج بسیار خوبی در این زمینه دست یابند.
برای نمونه شرکت نیکون با ارائه اوّلین دوربین‌های بدون آینه با نام‌های Nikon Z6 وNikon Z7، مجهّز به جدیدترین تکنولوژی فوکوس خودکار هیبریدی[24] که به ترتیب دارای 273 و 493 نقطه فوکوس و قابلیت عکّاسی 12 و 9 فریم در ثانیه می‌باشند، رونمایی کرد. این تکنولوژی (فوکوس خودکار هیبریدی) قادر است تا 90% مساحت عکس را پوشش دهد. که رقیبی سر سخت برای دوربین‌های Sony A7 III و Sony A7R III می‌باشند. اکنون انتخاب بین D850 و Z7 برای طرفداران محصولات نیکون، سخت‌تر از همیشه شده است. نیکون برای رسیدن به این نقطه راه زیادی را طی نموده و در عین حال دست پر وارد رقابت با دیگر شرکت‌ها شده است.
امّا به غیر از مکانیسم فوکوس خودکار دوربین، چه عوامل دیگری در ایجاد شرایطی مناسب به‌منظور ثبت تصاویر با شارپنس بالا به عکّاس کمک خواهند کرد؟
- یکی از مهمترین عوامل ایجاد تصاویر واضح و همچنین کاهش دهنده تاری تصاویر، عمل ساده ثابت نگه داشتن دوربین است. در واقع در این حالت به دوربین خود اجازه می‌دهید که عمل فوکوس خودکار خود را به بهترین شکل و بدون هیچگونه خطا و یا با حداقل خطا انجام دهد. علاوه بر آن اگر از گزینه‌هایی مانند روش تشخیص کنتراست و یا روش‌های مربوط به اندازه گیری فاصله تا جسم استفاده می‌کنید، می‌بایست مدّت زمانی بیشتری را در این حالت صرف و بدین منظور کمی صبور باشید. تا زمانی که فوکوس خودکار دوربین بر روی جسم متمرکز شود و مسلماً بعد از آن (حدوداً چند ثانیه)، زمان ثبت عکس می‌باشد.
- مورد بعدی، اطمینان حاصل کردن از قرار گرفتن سوژه مورد نظر در نقطه فوکوس دوربین است. در اکثر دوربین‌ها، نقاط فوکوس میانی دوربین (که در منظره‌یاب دوربین قابل مشاهده هستند) بیشترین دقّت را داشته و معمولاً بیشتر وضوح را داشته و تصاویر بسیار باکیفیتی را تولید می‌کنند. علاوه بر آن ترفند‌هایی نیز وجود دارد که در هنگام قرار گیری سوژه در گوشه‌ای از کادر عکس، می‌توانید از دقّت بالای نقاط فوکوس میانی دوربین استفاده کنید (ویژگی مزبور مربوط به قابلیت قفل فوکوس خودکار دوربین می‌باشد).
- در پایان، عکّاس می‌بایست اطلاعات جامعی را از حالات مختلف فوکوس خودکار دوربین خود داشته باشد و بداند که در موقعیت‌های مکانی متفاوت صحنه مورد نظر خود، می‌بایست از چه حالتی به‌منظور خلق تصاویری با کیفیت، استفاده کند. برای مثال در هنگام استفاده از سیستم‌های فوکوس خودکار اکتیو، سعی شود که بر روی سوژه‌هایی که خود منبع تولید امواج مادون قرمز هستند، به‌طور مستقیم فوکوس نشود. علاوه بر آن در هنگام استفاده از حالت شناسایی کنتراست فوکوس خودکار در عکّاسی، از ثبت تصاویر سوژه‌هایی که دارای یک رنگ ثابت هستند و همچنین از عکّاسی در شب و محل‌های تاریک تا حد امکان خودداری کنید (زیرا دوربین در شناسایی اختلاف کنتراست بین پیکسلی دچار اشتباه می‌شود).
فوکوس خودکار هیبریدی و فوکوس خودکار لیزری
فوکوس خودکار هیبریدی: ترکیبی از دو سیستم فوکوس خودکار تشخیص فاز (PDAF) و تشخیص کنتراست (CDAF) است. بسته به شرایط نوری و فاصله سوژه، گزینه‌ی مناسب‌تر استفاده می‌شود. در این حالت هر جا امکان استفاده از کنتراست وجود داشته باشد، از CDAF و هر جا فاصله تا سوژه به کمک نور قابل تشخیص باشد، به دلیل سرعت عمل بیشتر از PDAF استفاده می‌شود. برترین ویژگی سیستم فوکوس هیبریدی قابلیت برخورداری نقاط فوکوس بسیار بالا و دقیق در سطح کلِّ تصویر و فاصله دور تا سوژه است. دوربین‌های مجهز به آن دارای پردازنده‌های قوی‌تر از گذشته و چند هسته‌ای هستند.
فوکوس خودکار لیزری: فوکوس خودکار لیزری سیستمی کاملاً متفاوت دارد. این فناوری که به سیستم فوکوس فعال(Passive) نیز شهرت دارد، برای فوکوس کردن هیچ گونه وابستگی به نور ورودی ندارد. دوربین امواج مادون قرمزی را به سمت سوژه ساطع می‌کند تا زمان انعکّاس نور را محاسبه کند. سپس با استفاده از این زمان، فاصله تا سوژه را به دست می‌آورد. در این روش اساساً از سیستم رادا
منبع: بر گرفته شده از کتاب آشنایی با فوکوس خودکار، انواع نورسنجی، شارپنس، هیستوگرام و تراز سفیدی در دوربین‌های دیجیتال نیکون نویسنده: حمید حساس
