Autofokus

Selbstfokussierung

Autofokus (AF) ist die Technik, mit der eine Kamera oder ein anderes optisches Gerät das Motiv automatisch fokussiert. Das ist es, worum es im Autofokus-Artikel geht. Grundsätzlich kann eine zweifache Aufnahme aufgrund einer anderen Autofokuseinstellung zu einem völlig anderen Bild führen. Und so funktioniert der Autofokus bei Digitalkameras: Phasen- und Kontrast-Autofokus in Kürze & anschaulich erklärt.

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Autofokus (AF) ist die Methode, die von einer Digitalkamera oder einem anderen optischen Gerät zur automatischen Fokussierung auf das Objekt eingesetzt wird. Prinzipiell wird unterschieden zwischen dem aktiven Autofokus, der auch bei vollständiger Finsternis arbeitet, und dem passiven Autofokus, bei dem nur das vom Gegenüber emittierte oder zurückgestrahlte Bild genutzt wird. Als erste in Deutschland verkaufte Digitalkamera mit eingebautem Autofokus wurde im Nov. 1977 die Konica C35 AF vorgestellt.

In der Zwischenzeit werden in einigen Handys mit integrierter digitaler Fotokamera bereits Autofokussysteme verwendet, um die bisher verwendeten Fixfokus-Objektive zu ersetzen und so für eine bessere Schärfe des Bildes zu sorgen. Der Autofokus ist ein wichtiger Bestandteil des Systems. AF.S ("Einzel-Autofokus"): Die Fokussierung wird auf das Motiv eingestellt und bleibt auch dann erhalten, wenn sich das Motiv für die Aufnahmen näher oder weiter entfernt befindet.

AF.C (kontinuierlicher Autofokus): Die AF.C (kontinuierlicher Autofokus): Die Kamera passt den Autofokus auf das Ziel an und passt dann den Schärfeeinblick an. AF.A (automatischer Autofokus): Die Digitalkamera bestimmt von Zeit zu Zeit, ob das Motiv bewegungslos ist, was sie am besten mit AF.S scharfstellt, oder ein sich bewegendes Motiv, das sie mit AF.C ausrichtet.

Werden die Schärfen nicht in der eigentlichen Ebene (bei Analogkameras die des Fotofilms, bei digitalen Fotoapparaten die des Bildsensors), sondern z.B. mit einer Fokussierscheibe oder einem Autofokussensor in einer gesonderten Zusatzebene bestimmt, können bei der Entfernungsanpassung Fokussierfehler entstehen, die in leicht verwaschenen Bildern oder Bildern wiedergegeben werden.

Deshalb bietet nun auch modernste digitale Kameras die Moeglichkeit, die Position ihrer Autofokus-Sensoren in der Kammer neu zu justieren. Die heute gebräuchlichsten Methoden sind die passiven Autofokus-Systeme, und die beiden Grundtechniken sind die Phasenvergleichs- und Kontrastmesstechnik. Allerdings hängt die aktive Autofokusfunktion immer von ausreichender Helligkeit und Kontrast des Objekts ab. Bei zusätzlicher Ausleuchtung des Motivs mit einem Zusatzlicht kann die reine Passivfokussierung auch zu einer nahezu aktiveren Methode erweitert werden.

Je höher der Prozentsatz der Hochfrequenzen (d.h. abrupte Hell-Dunkel-Wechsel), je höher das Bildformat. Allerdings muss die Aufnahmekamera unterschiedliche Schärfen versuchen, um die Einstellrichtung zu errechnen. Wegen des Rechenaufwands und der notwendigen Kenntnis der Absolutmethoden (Tiefe aus Defokussierung) werden in der Regel nur Relativmethoden (Tiefe aus Fokussierung) in der Autofokustechnik eingesetzt, bei der Relativmethoden in diesem Kontext bedeuten, dass zur Bestimmung einer Besserung bzw. Beeinträchtigung der Schärfe und der Ausrichtung der notwendigen Schärfe immer mehrere Bilder mit unterschiedlichen Fokussierungen erforderlich sind (sozusagen eine "Testreihe" zur Bildschärfeoptimierung).

Dies ist auch die Basis für den Autofokus der Phasenerkennung. Die Funktionsweise basiert auf der Triangulierung des Objektabstandes durch (mindestens) zwei Autofokus-Sensoren (Stereobild), die durch das gleiche Objektiv schauen. In der Digitalkamera wird dieses Vorgehen wegen der gestiegenen Anschaffungskosten und des hohen apparativen Aufwands vor allem bei den teuren SLR-Kameras eingesetzt, aber auch viele Kleinbildkameras, z.B. von Ricoh, sind mittlerweile mit dieser Technologie ausgerüstet, in Verbindung mit dem oben genannten Hybrid AF.

Autofokus-Sensoren, die einen Phasevergleich verwenden, untersuchen die Lichtintensität im Abstand von zwei Zonen. Deshalb sind in einer einzigen Kammer in der Regel mehrere AF-Sensoren so angeordnet, dass ihre Zeilenempfindlichkeiten transversal ausgerichtet sind. Auch bei völliger Finsternis arbeitet der Autofokus. Die Zeit, die der Ton von der Fotokamera zum Gegenstand und zurück dauert, wird entsprechend der berechneten Distanz abgetastet.

Dies hat den großen Vorteil, dass es sehr rasch arbeitet, da keine Probenfokussierung wie bei der Kondensationsmessung ist. Der Nachteil ist, dass es nicht möglich ist, den Brennpunkt genau auf das Objekt einzustellen und da es sich nicht um ein optisch einwandfreies Herstellungsverfahren handelt, durch die Glasscheibe und nur eingeschränkt bei Spiegelungen zu funktionieren.

Zudem arbeitet das Vorgehen nur bis zu einer bestimmten Distanz, die zum Teil weit unter der Hyperfokaldistanz ist. Der größte Nachteil ist jedoch, dass ein solches Lichtmuster auch auf Bereiche ohne jeglichen Gegensatz fokussieren kann, weshalb diese Methode auch dann angewendet wird, wenn das Messobjekt tatsächlich genügend Helligkeit für die Vermessung bereitstellt, aber zu wenig Gegenlicht hat.

Falls die Blitzkamera keinen eigenen Blitz hat, ist das AF-Hilfslicht in der Regel im dazugehörigen Blitz integriert. Zusätzlich zur (zeitlich) ununterbrochenen Beleuchtung mit einem AF-Hilfslicht werden auch Meßblitze eingesetzt. Neben den niedrigen Anschaffungskosten (keine zusätzliche Beleuchtung erforderlich) liegt ihr großer Pluspunkt darin, dass auch rasch bewegliche Gegenstände aufgrund ihrer verschwommenen Bewegung fokussiert werden können, während ihr Manko ( "Auffälligkeit") darin besteht, dass die homogene Beleuchtung wie bei reinen Passivmethoden nur Gegenstände mit genügend kontrastreichem Licht wieder fokussiert werden können.

Manche Modelle verfügen über zusätzliche Funktionalitäten in Kombination mit dem Autofokus. Mit Fokusfalle, Trap-Fokus, Catch-In-Fokus verlässt die Digitalkamera die Einstellung der Fokusebene dem Photographen und überprüft nur regelmäßig, ob sich ein Gegenstand in der ausgewählten Fokusebene befindet: Als Beispiel für die Anwendung dieser Technologie ist die Betrachtung eines Futterplatzes auf einer Waldlichtung zu nennen: Sobald ein Lebewesen an der fokussierten Stelle erscheint, wird es vollautomatisch von der Fotokamera mitgenommen.

Im vorausschauenden Autofokus kann die Digitalkamera bei Serienbildaufnahmen feststellen, ob und wie rasch sich das Motiv fortbewegt und die erwartete nächstfolgende Motivposition auswerten. Hierzu wird der Brennpunkt zwischen den Einzelbildern bei der Serienbildaufnahme neu vermessen, für die nachfolgende Einstellung hochgerechnet und entsprechend gesetzt.

Fotoapparate mit vorausschauendem Autofokus, die bei Canon zunächst in der analogen Canon EOSRT von 1989 [1] und später unter dem Namen AI Servos realisiert wurden, werden heute von vielen Anbietern wie Nikon, Penstax, Olympus, Panasonic und anderen vermarktet.

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