Automaattitarkennus

Kameran automaattitarkennus tarkoittaa objektiivin tarkennuselementtien (tyypillisesti sähkömekaanista) siirtämistä siten, että kameran kennolle tuleva kuva on toivotuilta osin terävä. Tarvitta tarkennuselementtien säätö määritellään kamerassa olevien anturielementtien avulla. Automaattitarkennusjärjestelmiä on useita erilaisia, ja kullakin on omat edut ja haittansa. Automaattitarkennusta käytetään kaikissa nykyaikaisissa taskukokoisissa kameroissa, käsipuhelinten kameroissa, sekä melkein kaikissa järjestelmäkameroissa, mittaetsinkameroita lukuun ottamatta. Myös videokameroissa on automaattitarkennus. Ammattikäyttöön tarkoitetuissa (digitaalisissa tai perinteisissä) video- ja elokuvakameroissa ei juurikaan käytetä automaattitarkennusta.

Aktiivinen automaattitarkennus

Aktiiviset automaattitarkennusmenetelmät mittaavat kohteen etäisyyden optisesta järjestelmästä riippumattomalla menetelmällä, ennen objektiivin tarkennuselementtien säätämistä. Käytettyihin menetelmiin kuuluvat ultraääni ja infrapuna. Ultraäänimittauksessa kamera tuottaa ääntä, jonka takaisin heijastumiseen kuluvasta ajasta voidaan määrittää kohteen etäisyys. Esimerkki varhaisesta ultraääntä käyttävästä kamerasta on Polaroid SX-70.

Infrapunamenetelmässä kameran yhdestä laidasta suunnataan pistemäinen infrapunasäde kohteeseen, ja kameran toisessa laidassa oleva anturi määrittää pisteen suunnan, mistä voidaan laskea etäisyys. Esimerkkejä menetelmää käyttävistä kameroista ovat Nikon 35TiQF ja 28TiQF, Canon AF35M, sekä Contax T2 ja T3. Myös jotkut varhaiset videokamerat käyttivät infrapunamittausta.

Näitä menetelmiä ei käytetä moderneissa kuluttajille tarkoitetuissa kameroissa.

Passiivinen automaattitarkennus

Passiivisissa tarkennusmenetelmissä kamera ei lähetä valo- tai äänisignaalia, vaan tarkennuksen vaatima mittaus suoritetaan suoraan kameran optisen järjestelmän tuottaman informaation avulla.

Vaihetarkennus

Vaihetarkennus

Kussakin kuvassa punainen ympyrä esittää tarkennettavaa kohdetta, ja punainen ja vihreä viiva esittävät objektiivin vastakkaisten reunojen läpi kulkevia valonsäitetä, ja keltainen nelikulmio esittää vaihetarkentajan antureita, ja kaavio esittää anturin havaitsemia valon voimakkuuseroja.

Kuvat 1-4 esittävät tilanteita, joissa objektiivi on tarkennettu (1) liian lähelle, (2) oikein, (3) liian kauas, ja (4) aivan liian kauas. Profiilien välisestä vaihe-erosta voidaan määrittää, mihin suuntaan ja kuinka kauas objektiivin tarkennusta tulee siirtää.

Vaihetarkennuksessa objektiiviin tuleva kuva hajotetaan kahdeksi kuvaksi, joita verrataan keskenään. Yksisilmäisissä peiliheijastuskameroissa käytetään TTL-mittausta (Through the Lens), jossa kuvan jokin osa välitetään objektiivin vastakkaisilta reunoilta kahdelle tarkennusanturirivistölle. Tarkentaminen perustuu siihen, että sama intensiteettikuvio tunnistetaan kummaltakin rivistöltä, ja niiden sijainnista voidaan laskea arvio kohteen etäisyydelle. Tämä etäisyys kertoo sen, mihin suuntaan ja kuinka kauas objektiivin tarkennuselementtejä tulee siirtää.

Eri kameravalmistajien vaihetarkennusmenetelmät vaihtelevat yksityiskohtien suhteen. Useissa ammattikäyttöön tarkoitetuissa järjestelmäkameroissa käytetään anturirivistön sijaan kaksiulotteista anturimatriisia, jolla voidaan tarkennusta analysoida paremmin.

Vaihetarkennuksen haitta (esimerkiksi kontrastitarkennukseen nähden) on se, että luotettavan automaattitarkennuksen saamiseksi kameran objektiivit tulee kalibroida kameran tarkennusantureille. Tarkennusanturit yksinään eivät pysty takaamaan sitä, että kameran kennolle tuleva on tarkka. Tätä kalibrointimahdollisuutta ei ole käytettävissä edullisimmissa harrastuskäyttöön tarkoitetuissa kameroissa, mutta sitä käytetään yleisesti ammattikäyttöön tarkoitetuissa kameroissa. Peilittömissä järjestelmäkamaroitta tätä haittaa ei ole koska erillisten tarkennusanturien sijasta käytetään vaihetarkennukselle uhrattuja pikseleitä itse kameran kennolla.

Kontrastitarkennus

Kontrastitarkennusta käytetään useissa videokameroissa, kompaktikameroissa, ja melkein kaikissa peilittömissä järjestelmäkameroissa. Tässä menetelmässä käytetään vain kameran kuvan tuottavaa kennoa. Kennon tuottama kuvan osa on tarkka, jos lähekkäiset pikselit ovat valoisuudeltaan (ja väriltään) toisistaan selvästi poikkeavat. Jos kuvan osassa ei ole tällaisia kontrastikkaita alueita, kuva on epätarkka. Tarkennus saavutetaan siirtämällä objektiivin tarkennuselementtejä edestakaisin, kunnes kuvan haluttu alue saadaan tarkaksi. Koska lähtötilanteessa pystytään vain toteamaan, että kuva on epätarkka, ei tarkennuselementtien siirtosuuntaa pystytä yksikäsitteisesti päättelemään, siksi siirtoja saatetaan joutua tekemään lähtötilanteeseen nähden sekä lähemmäs että kauemmas. Tämän vuoksi kontrastitarkennus on yleensä vaihetarkennusta hitaampi. Vaihetarkennukseen nähden kontrastitarkennuksen etuihin lukeutuu se, että tarkennusjärjestelmää ei tarvitse erikseen kalibroida, ja sen toteuttaminen on yksinkertaisempaa ja halvempaa, koska erillisia tarkennusantureita ei tarvita. Kontrastitarkennuksen haitta on hitaus, minkä vuoksi tarkentaminen esimerkiksi liikkuviin kohteisiin ei välttämättä onnistu.

Kontrastitarkennus ja vaihetarkennus asettavat erilaiset vaatimukset automaattitarkenteisille objektiiveille. Vaihetarkennusta varten tarkennuselementtejä halutaan siirtää annettu etäisyys tiettyyn suuntaan hyvin nopeasti. Kontrastitarkennusta varten puolestaan halutaan objektiivia tarkentaa eri etäisyyksille, ja kun tietty etäisyyshaarukka on käyty läpi, halutaan palata tarkasti tiettyyn aikaisempaan tarkennuskohtaan. Tämän vuoksi esimerkiksi vaihetarkennusta varten suunnitellut objektiivit toimivat tavallisesti huonosti kontrastitarkennusta käyttävien kameroidan kanssa.

Kontrasti- ja vaihetarkennus voidaan yhdistää samaan kameraan. Tällainen kamera on esimerkiksi yleensä kontrastitarkennukseen nojautuvan Micro Four Thirds-järjestelmän Olympus OM-D E-M1, joka pystyy käyttämään Micro Four Thirds -objektiivien lisäksi myös vanhempia Four Thirds-järjestelmän objektiiveja, jotka oli suunniteltu vaihetarkennusta varten. E-M1:n kennoon on upotettu vaihetarkennusta tukevia anturielementtejä.

Panasonicin uusimmat kamerat toteuttavat Depth from Defocus (DFD) -menetelmän, joka perustuu kontrastitarkennusta varten perättäisten kuvien epätarkkuuden analysointiin siten, että tarkennuksen suunta ja etäisyys pystytään arvioimaan vaihetarkennuksen tapaan.

• 
  Infrapunavaloa käyttävä aktiivinen automaattitarkennusjärjestelmä - Canon AF35M (1979)
• 
  Objektiivinen integroitu aktiivinen automaattitarkennusjärjestelmä Pentax ME-F (1981)
• 
  Moderni automaattitarkenteinen järjestelmäkamera

Katso myös

• Yksisilmäinen peiliheijastuskamera
• Peilitön järjestelmäkamera

Lähteet

• Norman Goldberg. Camera Technology : The Dark Side of the Lens
• Sidney Ray. Applied Photographic Optics
• Ralph Jacobson, Sidney Ray, Geoffrey G Attridge, Norman Axford. Manual of Photography: Photographic and Digital Imaging

Aiheesta muualla

• interactive Flash demo Kuinka vaihetarkennus toimii.
• interactive Flash demo Kuinka kontrastitarkennus toimii.
• How Stuff Works – Autofocus
• Canon EOS DSLR Autofocus Explained