O que afeta a velocidade de focar mais, a lente ou o corpo da câmera?

A velocidade é a maior preocupação, mas uma descrição da precisão também seria apreciada.

Sistemas de focagem automática

O foco automático é um sistema. Não existe uma única parte que seja particularmente responsável por fazer um sistema AF funcionar bem ou obter alta precisão. Nas câmeras modernas, os componentes e o software que suportam AF são encontrados na lente e no corpo da câmera. Em algumas câmeras que ainda são baseadas em sistemas AF herdados, esses componentes podem ser inferiores, e até significativamente inferiores aos modernos sistemas AF totalmente eletrônicos.

Do ponto de vista geral, os sistemas eletrônicos de foco automático, onde o motor está alojado nas lentes, oferecem o melhor desempenho e a maior precisão. No entanto, uma lente AF com um motor de foco é apenas parte da imagem ... você ainda precisa de algo para acionar esse motor e fazê-lo funcionar. Existem também diferentes tipos de motores, alguns são mais baratos e menos eficazes, enquanto outros são mais caros e mais eficazes. Além dos componentes mecânicos e elétricos, você também precisa de um software ... firmware adequado para operar um sistema AF. Em um sistema AF eletrônico moderno, o firmware geralmente existe na lente e no corpo da câmera. Em sistemas mais antigos, o firmware provavelmente só existirá no corpo da câmera (potencialmente junto com o motor de acionamento AF, pois alguns projetos mais antigos incluíam o motor no corpo da câmera e não na lente).

Operação de foco automático

O foco automático no passado costumava ser alcançado com sistemas de feedback em malha aberta parciais, em que a câmera iniciava um movimento da unidade AF, a lente se ajustava e o sistema parava até você pedir para realizar outro ajuste de AF. Dependendo das implementações exatas, mais de um movimento da lente pode ter ocorrido em resposta a um único comando AF. Isso pode ter ocorrido devido a um firmware limitado ou inexistente na lente, impedindo um loop de feedback adequado.

Nos sistemas AF modernos, o drive AF é obtido com sistemas de feedback em malha fechada. Com um loop fechado, os ajustes de AF são realizados continuamente até que o foco seja alcançado ... pelo menos dentro de certas tolerâncias. Isso é possível devido ao firmware muito mais rico alojado nas lentes de foco automático, permitindo uma comunicação bidirecional mais completa entre a lente e a câmera. A câmera instrui a lente a fazer um certo movimento, e a lente pode fornecer informações sobre se fez o movimento solicitado e se o movimento foi na quantidade solicitada ou não. A câmera e a lente podem fazer ajustes continuamente em resposta a um único comando AF do usuário para obter um foco mais preciso.

Esse feedback em circuito fechado é um advento mais recente em sistemas AF, suportado por uma tecnologia de lente mais recente, um software mais avançado de drive AF nos corpos das câmeras e sensores de detecção de mudança de fase mais precisos. A velocidade e a precisão do AF dependem cada vez mais dos recursos do sensor de AF, do número de pontos do sensor de AF, dos recursos do software da unidade de AF e da velocidade dos processadores na câmera.

Precisão do foco automático

Quando se trata de precisão, existem vários fatores específicos que desempenham um papel. O sensor de AF é provavelmente o fator mais significativo, no entanto, o firmware da lente e a qualidade óptica da lente também contam. Os sistemas de medição, particularmente os sistemas de medição de cores, também estão se vinculando ao sistema AF das câmeras modernas, oferecendo recursos aprimorados não anteriormente possíveis, ou apenas possíveis em câmeras de ponta. Há uma grande variedade de sensores AF no mercado nas câmeras DSLR atuais, desde sensores básicos de 9 pontos com um único ponto de alta precisão até sensores de 61 pontos com 41 pontos de alta precisão e uma variedade de opções entre elas. O tamanho de cada ponto AF, sua densidade, a orientação das linhas do sensor de detecção de fase e até a forma como as linhas do sensor convergem afetam a precisão e a exatidão de um sistema AF.

Naturalmente, quanto mais complexo o sensor AF e maior o número de pontos AF, mais complexo será o software que o aciona. Nos modernos sistemas AF reticulares (tipo rede), onde há um número alto de pontos e um número alto de pontos de alta precisão, o software da unidade AF geralmente é bastante avançado. Um sensor de medição de cores, Olive / Teal (Vermelho-Verde e Azul-Verde) ou RGB total, pode estar envolvido nas decisões do sistema de AF, permitindo que a cor, a forma e até a identificação do assunto, com base nas bibliotecas de assuntos conhecidos, possam ser usadas para ajudar na seleção de quais pontos AF usar para determinar o foco.

A precisão de um ponto AF depende da sua estrutura. Existem pontos de linha únicos , sensores horizontais e verticais, pontos de tipo cruzado , que envolvem sensores de linha horizontal e vertical em um único ponto AF e pontos de tipo cruzado diagonal, que envolvem dois sensores de linha de 45 graus em oposição um ao outro por um único Ponto AF e pontos cruzados duplos que utilizam um conjunto de sensores cruzado padrão e diagonal em um único ponto AF. Quanto mais sensores de linha, de qualquer orientação, envolvidos na detecção de mudança de fase em um único ponto AF, aumentarão a precisão do foco detectado por esse ponto.

O design de cada sensor também varia. Alguns sensores de linha são extremamente precisos, pois incluem mais fotodiodos por linha, permitindo que a mudança de fase seja detectada em incrementos mais finos, exigindo ainda mais luz para isso. Outros são de menor precisão, pois usam menos fotodiodos por linha, detectando mais luz por sensor e, portanto, operando com luz geral mais baixa. Alguns pontos AF operam apenas até certas aberturas máximas. Os pontos de precisão mais alta tendem a exigir f / 2.8, e geralmente há menos pontos em um sistema AF que são precisos. A maioria dos pontos AF exigirá pelo menos f / 4 ou f / 5.6, operando com menos luz, mas também oferecendo menos precisão. Alguns sistemas AF avançados suportam um ou mais pontos AF que operam com lentes com abertura máxima de f / 8 (como uma lente f / 5.6 com um TC de 1.4x ou uma lente f / 4 com um TC de 2x).

Desempenho do foco automático

Quando se trata da velocidade de um sistema AF, isso realmente se resume a duas coisas: desempenho leve e de processamento. Em quase todos os casos, quanto mais luz você descer da lente, mais rápido será o AF. Isso se deve ao fato de uma unidade AF, uma pequena embalagem abaixo do espelho DSLR que hospeda o sensor AF, utilizar apenas uma fração da luz que realmente passa pela abertura. O espelho em si é meio prateado e permitirá que cerca de 50% da luz que chegue até um espelho secundário, o que refletirá 50% da luz na unidade AF. Além disso, apenas a área do quadro coberto pelos pontos AF é praticamente prateada no espelho principal; portanto, apenas uma fração da quantidade total de luz está envolvida em primeiro lugar ... então, trabalhamos com menos de 50% da a quantidade total de luz que passa pela abertura da lente. Além disso, uma lente especial na parte superior da unidade AF acima do sensor é responsável por dividir ainda mais a luz que a atinge. A luz que chega à unidade AF será dividida pelo maior número de pontos AF e, para cada ponto AF, a luz será dividida novamente para atingir as duas, quatro ou até oito metades de cada sensor de linha responsável pela detecção de mudança de fase para cada ponto AF . Um sensor AF precisa trabalhar com menos de 50% da luz que passa pela lente, e cada ponto AF trabalha com uma fração dessa luz.

Supondo que você tenha luz suficiente para usar os pontos AF de alta precisão, o fator chave no desempenho é a eficiência do software da unidade AF e a velocidade do processador que o executa. Um algoritmo eficiente operando em um processador rápido, combinado com uma lente de alta qualidade que também inclui um processador rápido e algoritmos eficientes em seu próprio firmware, produzirá alguns dos melhores desempenhos de AF. No caso da Canon 1D X, o sistema AF e Metering realmente possui um processador dedicado que é independente dos processadores de imagem principal (uma configuração exclusiva), fornecendo AF contínuo com poder de processamento ininterrupto. A computação de alto desempenho permite que um sistema AF, lente e câmera, realize o ajuste fino de AF de loop fechado várias vezes em uma fração de segundo, suportando uma precisão extremamente alta,

Essa é uma pergunta complexa, porque existem várias maneiras de fazer AF que abrangem o corpo e as lentes, e tudo funciona juntos como um sistema. Depende de qual mecanismo é usado para mover a ótica.

A velocidade do foco acionada por parafuso depende parcialmente da rapidez com que o corpo pode girar a câmera que aciona a lente e, em parte, quanto peso e atrito existe no mecanismo de foco da lente. (Em uma nota lateral, esse é um dos motivos pelos quais as lentes AF parafusadas tendem a parecer "baratas" em comparação com as lentes manuais mais antigas: elas precisam ter baixo peso e atrito para se concentrar rapidamente, sem forçar o motor a trabalhar mais O arrasto que ajuda uma mão humana a fazer ajustes finos não é desejável quando a lente está sendo girada pelo corpo.)

Os motores nas lentes tendem a ser mais rápidos (e mais silenciosos) que o AF de parafuso, portanto, a rapidez da focagem depende quase inteiramente da lente, que está apenas agindo sob os comandos do corpo e talvez fornecendo feedback sobre como as coisas foram. A condição da fonte de energia no corpo pode desempenhar um pequeno papel, dependendo de como o corpo gerencia sua energia.

A precisão é uma função de quão bem o corpo pode tomar decisões sobre o quão bem a imagem é focada, com que precisão pode controlar o mecanismo de foco e quão bem o mecanismo mantém sua posição quando não está sendo movido.

Comparar algumas das lentes AF de primeira geração da Minolta em um corpo Maxxum 9000 de primeira geração (praticamente as primeiras SLRs AF reais ¹ ) com um corpo razoavelmente atual (Sony Alpha A900) indica que, mesmo com exatamente as mesmas lentes, um novo corpo melhora drasticamente a velocidade , enquanto uma nova lente em um corpo antigo melhora a velocidade apenas um pouco (se houver). Não medi isso objetivamente, mas subjetivamente, eu diria que o corpo antigo com nova lente oferece, talvez, uma melhora de 20 a 30%, enquanto a lente antiga com o novo corpo é provavelmente pelo menos 5x mais rápida.

Eu acrescentaria que a melhoria da velocidade foi extremamente não linear ao longo desse tempo. Eu também tenho um Maxxum 9 de 1998 ou 99, que está praticamente em pé de igualdade com o A900 - se houver, parece que ele é marginalmente mais rápido, embora eu não tenha muita certeza disso.

Devo acrescentar que a idade das lentes não faz muita diferença na velocidade, mas pode haver (existem) diferenças bastante substanciais nas lentes exatamente da mesma idade. Por exemplo, eu tenho várias lentes Minolta AF de primeira geração - 28, 35, 50, 135 e 28-135. O 135, por exemplo, foca muito rápido. Eu também tenho um 85 / 1.4 muito mais novo - mas o 135 ainda se concentra muito mais rápido.

Pelo menos para fotografias estáticas , a precisão depende principalmente do corpo. Se o foco fosse feito em loop aberto, a imprecisão entre a distância que uma lente deveria mover e a distância que ela realmente se moveria levaria à imprecisão da focagem. Ao contrário da crença popular, estou razoavelmente certo de que o foco em circuito aberto nunca foi a norma nem provavelmente foi usado (por exemplo, a patente de Minolta de 1982 divulga um sistema em circuito fechado). Como o loop é fechado, o movimento mais preciso da lente significa menos ajustes para obter um foco preciso.

Em um assunto um pouco diferente, eu observaria que, com sensores f / 2.8 vs. f / 4, f / 5.6 (etc.), o problema real não é a quantidade de luz usada na maioria dos casos. O problema real é principalmente o diâmetro da lente (expresso em ângulo) visto pelo sensor. Para explicar isso, provavelmente preciso fazer backup e explicar um pouco sobre como um sensor AF funciona em primeiro lugar. Por enquanto, vamos nos ater a um simples sensor de linha única. Isso começa com dois prismas, bem como a imagem dividida no centro da maioria das telas das câmeras de foco manual. Atrás de cada prisma há um sensor de linha. Assim como em um visor de imagem dividida, a câmera encontra o foco alinhando as imagens que passam por esses dois prismas.

A diferença básica entre um sensor f / 2.8 e (por exemplo) um sensor f / 5.6 é o ângulo desses prismas. Isso determina o ângulo entre duas correntes que são "olhadas" pelo sensor de foco. Quanto maior o ângulo entre a luz capturada pelos dois prismas, maior o desalinhamento entre as imagens capturadas pelos dois sensores para um determinado grau de foco incorreto. Isso, por sua vez, facilita a câmera determinar o grau de foco incorreto e determinar o foco final com mais precisão.

Porém, o ponto principal: não se trata da quantidade de luz, mas do ângulo da luz. Um sensor f / 2.8 em ambientes fechados ainda (facilmente) vence um sensor f / 5.6 em plena luz do sol, mesmo que este último tenha mais luz para trabalhar. Da mesma forma, ter uma lente mais rápida do que a classificação do sensor (por exemplo, lente f / 1.4, sensor f / 2.8) não oferece praticamente nenhuma melhoria.

No que diz respeito às diferenças de velocidade entre ter o motor no corpo e as lentes, receio ter que contradizer o conhecimento comum mais uma vez. Por exemplo, a Minolta fabricou lentes 300 / 2.8 nas versões dirigida pelo corpo e nas lentes (SSM). A versão do SSM é (como esperado) praticamente silenciosa e "parece" que está se concentrando mais rapidamente - mas aqui eu fiz algumas medições objetivas, e acontece que a versão do SSM é marginalmente mais lenta que seu antecessor acionado mecanicamente. No momento em que foi lançado, no entanto, não importava mais - as lentes acionadas mecanicamente eram "suficientemente rápidas".

Devo acrescentar, no entanto, que, para seguir o foco, as lentes SSM / HSM / USM parecem ter uma vantagem. Suspeito que isso tenha menos a ver com a velocidade do foco do que com a precisão do movimento. Em uma SLR, normalmente há um atraso de 80-100ms enquanto o espelho vira antes que a foto seja tirada. O sistema AF analisa o movimento do foco e prevê onde estará quando o obturador abrir. Ao contrário do AF normal, no entanto, não há dúvida de que isso deve ser feito em "circuito aberto" - assim que o espelho começa a girar, o sensor de AF não recebe mais luz e, portanto, não consegue sentir nada. Portanto, durante esse período, o sistema AF continua movendo o foco da lente sem nenhuma maneira de verificar o quanto esse movimento reflete o que está pedindo para acontecer.

Embora eu não consiga encontrar um link para ele no momento, um site fez um teste há alguns anos atrás. Pelo que me lembro, eles montaram um alvo em um carro e dirigiram em direção à câmera, tirando fotos até o carro passar pela câmera.

Dependendo de como você deseja interpretar os resultados, você pode ler os resultados como favorecendo a Sony ou a Canon. A Sony A700 produziu a maior porcentagem de fotos em foco, mas a atual Canon 1D (acho que a marca IV) produziu um número maior de fotos em foco, graças a uma taxa de quadros mais alta.

Resumo:

1. Pelo menos nos primeiros sistemas de FA que eram realmente lentos, o corpo faz a grande diferença. 1a. Mas a maior parte dessa diferença aconteceu há mais de uma década.
2. Para sensores f / 2.8 vs. f / 5.6 (etc.), é realmente o f / stop que importa, não a quantidade de luz.
3. As diferenças entre o foco do corpo e o foco da lente eram enormes, mas agora mínimas - a ponto de ser praticamente lente por lente, não uma classe versus outra. 3a. mas, para seguir o foco, os motores nas lentes ainda têm uma grande vantagem.

Embora eu não grave vídeos, acho que é o suficiente como foco preditivo que 3a provavelmente também se aplica ao vídeo.

Houve algumas tentativas antes disso - por alguns exemplos, a Nikon F3AF e uma Pentax cujo número de modelo não me lembro. Nem vendeu o suficiente para perceber. De um ponto de vista puramente técnico, honestamente, nenhum dos dois poderia ser considerado uma prova de conceito - se você tivesse paciência suficiente, poderia apontá-los para alguma coisa e descobrir que eles realmente encontrariam o ponto de foco correto - eventualmente. Eu, no entanto, classificaria ambos como completamente impraticáveis. O foco era lento demais para ser útil, e a seleção de lentes tão limitada que quase não importava - a Pentax tinha apenas uma lente AF e a Nikon duas.

Falando em equipamentos Canon: A velocidade é ditada principalmente pela lente, a precisão do corpo. No entanto, a precisão também dependerá em parte da precisão do motor da lente.

Basicamente, a lente e o corpo funcionam como um sistema de circuito fechado. O computador no corpo decide o estado atual do foco. Esta informação é coletada através de seus sensores. O número e o tipo variam de acordo com o corpo. Por exemplo, os modelos low-end têm um sensor do tipo cruzado no centro e outros 8 sensores do tipo ponto. O computador envia uma solicitação para a lente para girar o elemento de foco sobre um protocolo SPI de 8 bits e 1 ponto.

Agora, o microcontrolador da lente recebe uma chamada sobre quanto tempo deve operar o motor para alcançar a posição solicitada. Este, por si só, é um sistema de loop aberto, cuja velocidade e precisão dependem exclusivamente da lente. Este é um processo em circuito aberto e a lente não possui feedback posicional. Simplesmente gira o quanto acha que deveria. É aqui que a precisão do motor da lente entra em ação. Uma vez atingida a posição solicitada, o corpo verifica novamente o foco. Se estiver satisfeito com o foco, envia uma indicação ao usuário ou solicita uma correção na posição.

No entanto, na prática, a precisão do motor não afetará realmente a precisão do foco. A idade dos sensores de ponto cruzado e a poeira provavelmente serão um fator muito maior.