تکنولوژی فوکوس اتوماتیک PDAF چیست و چگونه کار می کند؟ - بلاگ پو

فوکوس اتوماتیک PDAF چیست و چگونه کار می کند؟

همانند بیشتر ویژگی های کاربردی و حیاتی که طی سالیان متمادی به دنیای عکاسی با موبایل قدم گذاشته اند، تکنولوژی فوکوس اتوماتیک PDAF یا فوکوس اتوماتیک تشخیص فاز (Phase Detection Auto Focus) نیز در ابتدا در در دنیای دوربین های DSLR به کار گرفته شد. اکنون می خواهیم نحوه کار سنتی این سیستم را در دوربین های حرفه ای بررسی کنیم.

اگر به شماتیک دوربین حرفه ای دیجیتالی نگاه کنید، یک آینه بازتابی با زاویه 45 درجه خواهید دید. پشت این آینه، آینه ای دیگری قرار گرفته است که بخشی از نور را به سنسور تشخیص فاز انتقال می دهد. در تصویر زیر به ترتیب شماره 2، 3 و 7 نشانگر آینه اصلی، آینه ثانویه و سنسور تشخیص فاز هستند. اکنون که محل قرارگیری این سنسور را می دانیم، به نحوه کار آن می پردازیم و برای این کار باید مراحل ثبت عکس را مرور کنیم.

شماتیک نحوه ثبت عکس در دوربین DSLR

در مرحله اول، نور از طریق لنز، وارد دوربین می گردد (1). آینه اول با زاویه 45 درجه، بیشتر نور وارد شده به سنسور را (2) به صورت عمودی به منشوری پنج وجهی می تاباند (8). این منشور نور عمودی را به صورت افقی در می آورد تا شما از طریق منظره یاب (9) بتوانید تصویر را مشاهده کنید. باقی نور از طریق آینه اصلی به آینه ثانویه (3) تابیده می گردد و با زاویه 54 درجه (6) (در بیشتر دوربین های مدرن) به سنسور تشخیص فاز می رسد (7). در این مرحله نور به مجموعه ای از سنسور ها هدایت می گردد (دو سنسور به ازای هر نقطه فوکوس اتوماتیک).

دوربین سپس این دو تصویر را تحلیل و بررسی می کند و اگر با یکدیگر برابر نباشند، به سیستم لنز (5) دستور می دهد تا فاصله خود را تنظیم کند و به فوکوس مناسب برسد. تا این جا همه چی بسیار ساده به نظر می رسد، اما برای این که عکس ها دقیق و واضح ثبت شوند، باید فاصله میان سنسور تشخیص فاز از لنز و فاصله میان لنز و سنسور اصلی، دقیقا یکسان باشند. این فاصله، کار را برای بسکمک از دوربین های حرفه ای سخت می کند و اگر حتی کمترین تفاوتی میان این دو فاصله باشد، با مسائل فوکوس دست و پنجه نرم خواهیم کرد.

اکنون که وظیفه سنسور PDAF را می دانیم، به نحوه کار آن خواهیم پرداخت. همان طور که می دانید، هر دوربینی تعدادی نقطه فوکوس داشته که به ازای هر نقطه فوکوس، دو سنسور تشخیص فاز دارد؛ یکی برای هر دو سنسور. در تصویر زیر برای ساده سازی تنها از دو خط نوری استفاده شده، در صورتی که در حالت واقعی، تعداد نقاط فوکوس در دوربین ها بسیار بیشتر است.

فازهای مختلف سنسور PDAF (تصویر 2 بهنیه ترین حالت فوکوس را نشان می دهد)

زمانی که نور به این دو سنسور برسد، در صورت واضح بودن تصویر، خطوط نوری از کناری ترین لبه لنز به مرکز هر دو سنسور همگرا می شوند (تصویر شماره 2). در نتیجه هر دو سنسور، تصاویری دقیقا مشابه یکدیگر داشته و با هم منطبق هستند که نوید عکسی با فوکوس بی نقص را می دهد. در صورتی که عکسی در وضوح بی نقص نباشد، خطوط نوری دیگر همگرا نشده و هر کدام به بخش های مختلفی از سنسور ها می رسند (تصاویر شماره 1، 3 و 4).

با استناد به فاز های به دست آمده از دو تصویر، سنسور PDAF تشخیص می دهد که سوژه جلوی نقطه فوکوس قرار گرفته است یا پشت آن. در گام بعدی سنسور PDAF به لنز دستور می دهد فاصله خود را تنظیم کند تا دو خط نوری (فرضی) همگرا شده و به مرکز سنسورها برسند. این کار می تواند به دفعات اتفاق بیفتد تا تصویر با وضوح کامل حاصل گردد. در حالتی که تعداد این دفعات زیاد گردد، لنز محل قرارگیری خود را ریست می کند و از ابتدا به دنبال پیدا کردن فوکوس مناسب می گردد. این پدیده با نام شکار فوکوس (Focus Hunting) هم شناخته می گردد.

این نکته را در نظر بگیرید که تمامی این پردازش ها در کسری از ثانیه صورت می گیرد و به همین دلیل است که سرعت فوکوس اتوماتیک PDAF، نسبت به مدل سنتی تر (تفاوت کنتراست) بیشتر شده. همچنین با پیشرفته تر شدن سنسور ها، تعداد نقاط فوکوس نیز بیشتر شده و دقت این تکنولوژی نیز افزایش یافته است.

فوکوس اتوماتیک PDAF در گوشی های هوشمند

همانطور که توضیح دادیم، سنسور های تشخیص فاز مستقل از سنسور اصلی هستند و به همین دلیل فضایی مخصوص به خود را اشغال می کنند. گوشی های هوشمند چنین فضایی را ندارند و به همین دلیل برای بهره مند شدن از این تکنولوژی فوکوس اتوماتیک PDAF، باید فکری به حال فضای آن کرد. خوشبختانه این مشکل با ادغام دو سنسور تشخیص فاز و سنسور اصلی برطرف شده است.

اکنون می دانیم که تکنولوژی فوکوس اتوماتیک PDAF به ازای هر نقطه فوکوس، نیاز به دو سنسور مجزا دارد. سازندگان سنسور های موبایل مانند سونی، این مشکل را با تعبیه فتودیود هایی در سنسور اصلی حل کرده اند. در نتیجه بخش اندکی از فضایی که پیش از این توسط یکی از سه پیکسل RGB اشغال می شد، به این فتودیود ها اختصاص داده می گردد.

اشتراک فضای پیکسل سبز با فتودیود های PDAF (پیکسل مشکی)

با کمی دقت به عکس بالا می توان دید که سازندگان این سنسورها، عموما نصف یک پیکسل سبز را به فتودیود PDAF اختصاص می دهند تا از مزایای سنسور های فوکوس اتوماتیک PDAF بهره ببرند. در این جا هم اوضاع به همان منوال گذشته است؛ یعنی برای تشخیص و انطباق دو فاز، به دو فوتودیود نیاز داریم. به همین دلیل پیکسل های سبز دیگر نیز نصفی از فضای خود را در اختیار فتودیود PDAF قرار می دهند تا هر نقطه فوکوس به دو سنسور PDAF دلخواه خود دسترسی داشته باشد.

همان طور که تصویر بالا مشهود است، لازم نیست تمامی پیکسل های یک سنسور به فتودیودها اختصاص یابد. به صورت مرسوم، عموما 5 الی 10 درصد سطح یک سنسور، در اختیار فتودیودهای PDAF قرار می گیرد. سازندگان سنسور های گوشی هوشمند از نواری های عمومی و افقی برای این فتودیدو های PDAF استفاده می کنند.

نوارهای منقطع سنسور های PDAF در دوربین DSLR

نکته ای که باید در نظر گرفت این است که اگر سازنده سنسوری تصمیم بگرد تنها از نوار های عمودی فوکوس اتوماتیک PDAF بهره ببرد، سنسور در تشخیص خطوط افقی به مشکل برمی خورد. به همین دلیل سنسور های پیشرفته تر در گوشی ها و دوربین های بهتر، از خطوط متقاطع استفاده می کنند تا وضوح بی نقص تری را به ارمغان بیاورند.

مزایا و معایب فوکوس اتوماتیک PDAF

همانطور که پیشتر در طول مقاله اشاره کردیم، تکنولوژی فوکوس اتوماتیک PDAF مزایا و معایبی دارد. ابتدا به سراغ ویژگی های مثبت این تکنولوژی می رویم. در حالت کلی، برتری این تکنولوژی نسبت به نوع سنتی یا همان تشخیص تفاوت کنتراست، غیر قابل کتمان است. فرایند تشخیص تفاوت در میزان وضوح یک تصویر به سرعت انجام می گردد و چون همانند سیستم های تشخیص کنتراست نیاز به پردازش کل مساحت سنسور را ندارند، سیستمی سریع تر هستند. فوکوس های کنتراستی عموما کل تصویری که توسط سنسور ثبت می گردد را پردازش و تحلیل می کنند و با تغییر مداوم فاصله کانونی، به دنبال واضح ترین تصویر می گردند.

در تکنولوژی فوکوس اتوماتیک PDAF این کار تنها توسط فتودیودهای تعبیه شده در سنسور صورت می گیرد و در نتیجه آن را به گزینه ای بهتر برای ثبت واضح ترین عکس از سوژه های متحرک تبدیل می کند، زیرا سنسور مناسب ترین فاصله برای رسیدن به وضوح بی نقص را محاسبه کرده است و تنها دستور جابجایی به لنز را می دهد. اکنون به سراغ چند مورد از مسائل و نقص این سیستم فوکوس اتوماتیک می رویم.

همانطور که گفتم یکی از مسائل این تکنولوژی شکار فوکوس است و در صورتی که الگوریتم های پردازشی بی نقص اجرا نشوند، دوربین یا گوشی شما به صورت مداوم به دنبال پیدا کردن نقطه بهینه فوکوس می گردد. مشکل دیگر مربوط به کوچک بودن سنسور های به کار رفته در گوشی های هوشمند است. در این جا اما با مسائلی زنجره ای طرف هستیم.

سنسور های گوشی های هوشمند از انواع به کار رفته در دوربین های حرفه ای، بسیار کوچکتر هستند که خود منجر به کاهش ابعاد هر پیکسل می گردد. به صورت میانگین، 7.5 درصد از این پیکسل ها، فضای خود را در اختیار فتودیود های PDAF قرار داده اند. در نتیجه به صورت کلی سنسور، نور کمتری دریافت می کند که کارایی دوربین گوشی در محیط های کم نور یا طی عکاسی در شب را کاهش خواهد داد.

بسکمک از سازندگان گوشی های هوشمند این مشکل را به صورت سخت افزاری و نرم افزاری برطرف کرده اند. برخی از آن ها افزایش سایز سنسور را در دستور کار قرار داده اند؛ برخی در کنار تکنولوژی فوکوس اتوماتیک PDAF از روش های سنتی کنتراست نیز بهره می برند؛ تعدادی از سیستم های فوکوس اتوماتیک لیزری استفاده می کنند و در نهایت الگوریتم های نرم افزاری به کمک سازندگان می آید.

چندین مدل از این پیشرفت ها را می توان در فوکس پیکسل اپل، دوئال پیکسل سامسونگ و قابلیت های نرم افزاری فوق العاده گوگل و هواوی طی فرایند عکاسی در شب دید. در نهایت باید گفت 80 درصد از مسائل فوکوس اتوماتیک، همزمان با معرفی تکنولوژی فوکوس اتوماتیک PDAF به دنیای عکاسی با گوشی هوشمند برطرف شده و باقی آن با پیشرفت بیشتر تجهیزات سخت افزاری و الگوریتم های پردازشی نرم افزاری نیز از بین خواهد رفت.

منبع : دیجیاتو

bestcanadatours.com: مجری سفرهای کانادا و آمریکا | مجری مستقیم کانادا و آمریکا، کارگزار سفر به کانادا و آمریکا

malayro.ir: مالزی: سفر به کشور زیبای مالزی و دیدار از شهرهای توسعه یافته کوالالامپور، پنانگ و لنکاوی

asiaro.ir: آسیا رو: سفر به آسیا، جنوب شرقی آسیا، آسای مرکزی و خاورمیانه