Autofocus

L' autofocus sembra semplice: basta premere un bottone e la fotocamera mette a fuoco il soggetto. In realtà, la tecnologia che lo rende possibile è complessa e affascinante.

Fotocamera & Obiettivo

La fotocamera può essere considerata il "cervello", essa contiene i sensori AF e la CPU; l'obbiettivo riceve le istruzioni dalla fotocamera e muove fisicamente una lente per mettere a fuoco.

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Fotocamera: sistemi di AF

La fotocamera deve determinare la distanza del soggetto; ci sono diversi sistemi.

AF Attivo

L'AF attivo era usato sopratutto in passato e al giorno d'oggi sta scomparendo; lo si può ancora trovare in fotocamere compatte di categoria economica.

Le fotocamere che usano l'AF attivo emettono qualcosa (per esempio luce infrarossa o onde sonore) verso il soggetto e poi misurano l'intensità del segnale riflesso, o il tempo impiegato dal segnale per rimbalzare sul soggetto e tornare alla fotocamera.

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L'AF attivo ha numerose limitazioni (è abbastanza lento e impreciso, ha una portata limitata, viene ingannato facilmente) e al giorno d'oggi non è molto difffuso.

AF Passivo

La maggior parte delle fotocamere usano l'AF passivo. Esso consiste in uno o più sensori CCD e una CPU posti all'interno della fotocamera; essi analizzano parte dell'immagine per rilevare il grado di nitidezza. Una caratteristica dei sistemi di AF passivo è che essi richiedono una certa quantità di luce ed un soggetto con un pò di dettaglio per poter funzionare. Al giorno d'oggi, ci sono due tipi principali di AF passivo: rilevamento di contrasto e rilevamento di fase.

Autofocus a Rilevamento di Contrasto

Come il nome suggerisce, questo tipo di AF analizza il contrasto di una porzione dell'immagine; l'immagine più nitida è quella che ha il massimo contrasto, come si può vedere nella seguente illustrazione. (nota: per semplificare l'esempio, ho mostrato solo cinque "passi", ma in realtà ce ne sono molti di più e sono molto più graduali).

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1. La fotocamera misura il contrasto iniziale, e poi muove un poco la lente

2. La fotocamere misura il contrasto. Immagine 2 ha più contrasto di Immagine 1, e quindi la fotocamera muove ancora la lente.

3. Immagine 3 ha più contrasto di Immagine 2, quindi l'AF muove la lente di un'altro passo.

4. Immagine 4 ha meno contrasto di Immagine 3: la fotocamera comprende che ha raggiunto prima il punto di massimo contrasto ed ora la lente lo ha già passato.

5. Di conseguenza, l'AF muove la lente un passo indietro (nella stessa posizione del punto 3). Ora ha sicuramente raggiunto il massimo contrasto, quindi ha ottenuto l'immagini più nitida possibile.

Se avete compreso bene il processo, dovreste aver notato due svantaggi. Il primo, ovviamente, è che è necessario un pò di contrasto nel soggetto (non si può mettere a fuoco su un'area uniforme come il cielo o un muro bianco). Questo è un problema di tutti i sistemi di AF passivo, ma la tecnologia sta migliorando e la maggior parte dei soggetti dispone di sufficiente contrasto.

Il secondo svantaggio è proprio dell'AF a rilevamento di contrasto. Quando raggiunge l'immagine più nitida (Passo 3 nella mia illustrazione semplificata), esso ha bisogno di alcuni altri passi (4 e 5) per riconoscerla e fermarsi su di essa.

Autofocus a rilevamento di fase

Attualmente, il rilevamento di fase è il tipo di AF più avanzato; è usato nelle SLR e nelle fotocamere di buona qualità.

Se la lente è messa a fuoco correttamente, un ipotetico punto dovrebbe apparire come un punto sul piano del sensore; se la lente è troppo vicina alla fotocamera, il punto appare come un cerchio sfocato; se la lente è troppo distante, il punto diventa ancora un cerchio, ma capovolto.

Il rilevamento di fase sfrutta questo principio: divide l'immagine in due aree (la metà superiore e la metà inferiore) e confronta le loro posizioni per rilevare lo stato di messa a fuoco.

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Quando il soggetto è messo a fuoco correttamente, il piano di messa a fuoco coincide con il piano del sensore.  I "divisori" (cioè due lenti che dividono l'immagine in due porzioni) proiettano un punto nel centro dei sensori AF (che in genere sono piccoli CCD).

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Se la lente è troppo vicina, il piano di messa a fuoco è posizionato dietro al piano del sensore. I divisori proiettano un'immagine sfocata nella parte superiore del CCD 1 e nella parte inferiore del CCD 2.

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Se la lente è troppo distante, il piano di messa  a fuoco è posizionato prima del piano del sensore. I divisori proiettano un'immagine sfocata nella parte inferiore del CCD 1 e nella parte superiore del CCD 2.

Note:
 1. Quando la messa è fuoco è OK, le due metà coincidono e formano il punto ipotetico. Se la messa a fuoco non è corretta, le due metà sono sfasate.

 2. In questo esempio, ho scelto come soggetto un punto singolo; in realtà, ogni sensore AF analizza alcune centinaia di punti.

 3. I sensori AF non sono realmente posizionati dietro il piano del sensore d'immagine ma si trovano a una distanza equivalente (sono fisicamente posti sotto lo specchio reflex).

 4. L'AF a rilevamento di fase è più veloce dell'AF a contrasto perché quest'ultimo rileva unicamente quanto è sfocata l'immagine, mentre il rilevamento di fase rileva anche la "direzione" della sfocatura (cioè sa se la lente è troppo vicina o troppo lontana).

Sensori lineari vs sensori a croce

Entrambi i tipi di AF hanno bisogno di analizzare un'area dell'immagine; in genere quest'area è rilevata da sensori CCD posizionati sotto lo specchio reflex.

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Il modulo AF AM-200 della Nikon F60

La maggior parte delle fotocamere meno costose usano sensori lineari; essi hanno la forma di una linea orizzontale e rilevano solo il dettaglio verticale.

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Un sensore lineare funziona bene col dettaglio verticale, ma ha problemi con quello orizzontale.

Le fotocamere migliori combinano un sensore orizzontale con uno verticale per create un sensore a croce.

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Un sensore a croce può rilevare bene sia il dettaglio orizzontale che quello verticale.

Alcuni esempi: la fotocamera professionale Nikon D2X ha 11 aree di messa a fuoco; 9 di esse sono CT (tipo a croce) e due sono LT (tipo lineare). La Nikon D70, una fotocamera "prosumer", ha 5 sensori; 4 sono LT e solo uno è CT. La maggior parte delle fotocamere compatte usa solo sensori LT.

Fotocamera: Tipi di AF ed Algoritmi

Tipi di AF: AF Singolo vs AF Continuo

Quando si preme il pulsante di scatto o il bottone AF-ON, l'AF singolo mette a fuoco sull'immagine e poi si ferma. AF continuo, invece, continua a mettere a fuoco finché si tiene premuto il bottone così, se il soggetto si muove, può correggere la messa a fuoco. Per la fotografia naturalistica, io uso sempre AF continuo. 

Algoritmi AF: Area Statica vs Area Dinamica

I "tipi di AF" permettono di decidere come mettere a fuoco il soggetto; gli "algoritmi AF", invece, permettono di decidere come scegliere l'area di messa a fuoco.

Attualmente, la maggior parte delle fotocamere hanno più di un'area AF; l'illustrazione seguente mostra le aree di messa a fuoco della Nikon D2X.

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Come si può vedere, ci sono 11 aree. In qualsiasi modalità AF, è possibile scegliere l'area AF usando un bottone posto sul dorso della fotocamera.

Se si usa AF ad area statica, si sceglie un'area e la fotocamera mette a fuoco in quel punto; se il soggetto si sposta, la fotocamera mette a fuoco sulla prima altra cosa che si trova nell'area selezionata.

Se si usa l'area dinamica, come prima,  si sceglie un'area e la fotocamera mette a fuoco in quel punto; se il soggetto sta fermo non si vedrà nessuna differenza tra AD-AF e AS-AF. Se si muove, invece, l'AF dinamico può cambiare l'area per "seguirlo" e quindi mantenere la messa a fuoco corretta. La maggior parte delle reflex non mostra il cambiamento di area nel mirino, ma ci si può rendere conto che è avvenuto perché la fotocamera continua a mettere a fuoco il soggetto giusto, anche se questo si è mosso dall'area che avevate selezionato inizialmente.

L'AF dinamico è una funzione molto utile per i fotografi di natura, ma non è perfetto e in alcuni casi non è in grado di seguire il soggetto come dovrebbe.

Un'interessante soluzione: Eye-Controlled AF (AF a controllo visivo)

Nel 1992, Canon annunciò la Canon EOS 5, la prima fotocamera con l'AF a controllo visivo. Quando si guarda nel mirino, EC-AF usa un invisibile raggio infrarosso per rilevare la posizione della pupilla e la fotocamera seleziona l'area di messa a fuoco che state guardando. Idealmente, guardi il soggetto e la fotocamera immediatamente lo mette a fuoco.

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Negli anni seguenti, l'EC-AF fu introdotto in altri modelli (EOS 5OE, EOS 3) ma Canon non lo usò mai nelle fotocamere professionali (serie 1), probabilmente perché non era affidabile al 100%. Attualmente, non è più usato.

 

Obbiettivo : Introduzione - Dalla fotocamera all'obbiettivo

Negli anni 70, Minolta introdusse l'autofocus. I primi sistemi AF erano molto lenti, limitati e rumorosi, ma l'idea ebbe successo e negli anni seguenti Canon e Nikon annunciarono i loro sistemi AF. Il motore AF era posto nella fotocamera e si congiungeva all'obbiettivo tramite un meccanismo posizionato nella montatura dell'obbiettivo.

Nel 1987, Canon introdusse una nuova montatura, la "baionetta EF", che è progettata solo per gli obbiettivi serie EF (autofocus) e non ha congiunture meccaniche con l'obbiettivo; in altre parole, il motore AF non era più nella fotocamera, ma era posto direttamente nell'obbiettivo.

Le altre case produttrici, invece, continuarono a usare motori posti nella fotocamera (Attualmente - gennaio 2005 - molti obbiettivi economici si affidano ancora al motore della fotocamera, con l'eccezione dei modelli Canon).

Numerose nuove soluzioni, come l'IF (Internal Focus - messa a fuoco interna) e il RF (Rear Focus - messa a fuoco posteriore), furono sviluppate per aumentare la velocità dell'autofocus, ma la vera "rivoluzione" avvenne negli anni 90 quando le due maggiori case produttrici annunciarono l'AF ultrasonico.

I primi motori ultrasonici erano molto costosi e venivano usato solo negli obbiettivi professionali, ma al giorno d'oggi stanno diventano più economici e sono abbastanza diffusi, anche negli obbiettivi relativamente poco costosi (come il Nikkor 18-70 AFS, che costa 350 euro). In un prossimo futuro, l'AF ultrasonico sarà lo standard e sarà presente in tutti gli obbiettivi.

 

Obbiettivo : USM e SWM

I termini USM (UltraSonic Motor) e SWM (Silent Wave Motor), rispettivamente usati da Canon (USM) e Nikon (SWM o AFS), indicano la stessa cosa, cioè una lente mossa da un'onda sonora ad altissima frequenza.

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Il motore è posto all'interno dell'obbiettivo ed ha una forma ad anello. 

Attualmente, questo motore è il top della tecnologia grazie alle sue prestazioni eccezionali:

- É veramente veloce. Per i fotografi di natura, azione, sport e giornalismo è una funzione quasi essenziale; permette di scattare foto di soggetti difficili o in rapido movimento.

- É molto silenzioso, molto più di qualsiasi altro sistema di AF.

- Consuma meno batteria degli altri sistemi AF.

- Permette di mettere a fuoco manualmente in qualsiasi momento, senza dover premere dei bottone e senza nessun rischio di danneggiare il motore AF.

Testo & Immagini di E. A. Juza

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