Persian
علم پشت مکانیزم‌های فوکوس خودکار در ماژول‌های دوربین
ساخته شده در 11.10
در عصر عکاسی با گوشی‌های هوشمند، دوربین‌های بدون آینه و تصویربرداری صنعتی، یک ویژگی برای ثبت تصاویر تیز و واضح ضروری شده است: فوکوس خودکار (AF). چه در حال عکاسی از حیوان خانگی‌تان در حین بازی باشید، چه در حال مستند کردن یک تعطیلات خانوادگی، یا چه در حال اسکن یک بارکد در یک انبار، توانایی ماژول دوربین برای قفل شدن سریع و دقیق بر روی یک سوژه به اصول علمی پیچیده‌ای وابسته است. اما دقیقاً چه اتفاقی در پشت لنز می‌افتد زمانی که شما بر روی صفحه ضربه می‌زنید یا شاتر را نیمه فشار می‌دهید؟ این وبلاگ به علم مکانیزم‌های فوکوس خودکار می‌پردازد و توضیح می‌دهد که چگونه اپتیک، الکترونیک و نرم‌افزار به طور هماهنگ کار می‌کنند تا نتایج واضحی ارائه دهند—بدون اینکه نیاز باشد شما به صورت دستی لنز را بچرخانید.
1. مقدمه: چرا فوکوس خودکار در ماژول‌های دوربین مدرن اهمیت دارد
قبل از پرداختن به علم، بیایید روشن کنیم که چرا AF در ماژول‌های دوربین امروزی غیرقابل مذاکره است. فوکوس دستی، که زمانی استاندارد دوربین‌های فیلم بود، نیاز به هماهنگی دقیق دست و چشم و زمان دارد—نعمت‌هایی که در سناریوهای سریع‌السیر نداریم. ماژول دوربین یک گوشی هوشمند، به عنوان مثال، باید در کمتر از یک ثانیه فوکوس کند تا یک لحظه گذرا را ثبت کند، در حالی که یک دوربین امنیتی باید اشیاء متحرک (مانند یک شخص یا وسیله نقلیه) را بدون تاری دنبال کند.
در هسته خود، فوکوس خودکار یک چالش اپتیکی اساسی را حل می‌کند: اطمینان از اینکه نور از یک موضوع خاص به‌طور دقیق بر روی حسگر تصویر دوربین متمرکز می‌شود. زمانی که نور خارج از فوکوس است، یک "دایره سردرگمی" مبهم بر روی حسگر تشکیل می‌دهد که منجر به جزئیات نرم یا مبهم می‌شود. سیستم‌های AF این مشکل را با تنظیم موقعیت لنز (یا حسگر) در زمان واقعی برطرف می‌کنند، فاصله بهینه تا موضوع را محاسبه کرده و فوکوس را اصلاح می‌کنند تا زمانی که دایره سردرگمی به اندازه‌ای غیرقابل تشخیص کاهش یابد.
اما همه سیستم‌های AF به یک شکل کار نمی‌کنند. در طول سال‌ها، فناوری از روش‌های ساده مبتنی بر کنتراست به سیستم‌های پیشرفته تشخیص فاز و سیستم‌های کمک‌دار هوش مصنوعی تکامل یافته است - هر کدام بر اساس اصول علمی متمایز ساخته شده‌اند. بیایید آنها را بررسی کنیم.
2. علم بنیادی فوکوس خودکار: اصطلاحات کلیدی برای درک
قبل از بررسی مکانیزم‌های خاص، بیایید چند مفهوم پایه‌ای را که زیرساخت تمام سیستم‌های AF را تشکیل می‌دهند، تعریف کنیم:
• حسگر تصویر: یک تراشه حساس به نور (معمولاً CMOS یا CCD) که نور را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند. برای اینکه فوکوس کار کند، نور از سوژه باید به صورت یک الگوی تیز به پیکسل‌های حسگر برخورد کند.
• عناصر لنز: بیشتر ماژول‌های دوربین از چندین لنز شیشه‌ای یا پلاستیکی استفاده می‌کنند. تنظیم فاصله بین این عناصر (یا حرکت کل گروه لنز) "فاصله کانونی" را تغییر می‌دهد—فاصله‌ای که نور بر روی سنسور متمرکز می‌شود.
• کنتراست: تفاوت در روشنایی بین پیکسل‌های مجاور (به عنوان مثال، یک گربه سیاه در برابر یک دیوار سفید کنتراست بالایی دارد). بسیاری از سیستم‌های AF از کنتراست برای تعیین وضوح استفاده می‌کنند.
• تفاوت فاز: تغییر جزئی در امواج نوری هنگام عبور از بخش‌های مختلف لنز. این تغییر به محاسبه فاصله‌ای که لنز باید برای فوکوس حرکت کند، کمک می‌کند—مشابه اینکه چگونه چشم‌های انسان از دید دوچشمی برای قضاوت فاصله استفاده می‌کنند.
3. سه بزرگ: توضیح مکانیزم‌های اصلی فوکوس خودکار
ماژول‌های دوربین به سه فناوری اصلی AF متکی هستند که هر کدام دارای نقاط قوت علمی و موارد استفاده منحصر به فردی هستند. بیایید بررسی کنیم که هر کدام چگونه کار می‌کنند، مزایا و معایب آنها چیست و در کجا می‌توانید آنها را در دستگاه‌های واقعی پیدا کنید.
3.1 تشخیص کنتراست فوکوس خودکار (CDAF): "بررسی‌کننده وضوح"
تشخیص کنتراست AF (CDAF) یکی از قدیمی‌ترین و پرکاربردترین روش‌های AF است که در دوربین‌های سطح مبتدی، گوشی‌های هوشمند و وب‌کم‌ها یافت می‌شود. علم آن ساده است: کنتراست یک تصویر را اندازه‌گیری می‌کند و لنز را تنظیم می‌کند تا کنتراست به حداکثر برسد.
چگونه کار می‌کند (مرحله به مرحله):
1. اسکن اولیه: لنز در یک موقعیت خنثی شروع می‌شود (به عنوان مثال، تنظیم شده به "بی‌نهایت" یا یک فاصله میانه).
2. اندازه‌گیری کنتراست: سنسور دوربین یک تصویر پیش‌نمایش می‌گیرد و کنتراست در ناحیه فوکوس انتخاب شده (به عنوان مثال، مرکز قاب یا نقطه‌ای که روی صفحه‌نمایش گوشی ضربه می‌زنید) را تحلیل می‌کند. کنتراست با استفاده از الگوریتم‌هایی محاسبه می‌شود که روشنایی پیکسل‌های همسایه را مقایسه می‌کنند—تصاویر تیز دارای تغییرات ناگهانی در روشنایی هستند (به عنوان مثال، لبه‌های یک کتاب)، در حالی که تصاویر تار دارای انتقالات تدریجی هستند.
3. تنظیم لنز: لنز به طور جزئی حرکت می‌کند (یا به سنسور نزدیک‌تر می‌شود یا از آن دورتر) و پیش‌نمایش دیگری می‌گیرد. سیستم کنتراست دو پیش‌نمایش را مقایسه می‌کند.
4. تنظیم دقیق: این فرآیند "اسکن و مقایسه" تا زمانی که کنتراست به اوج خود برسد تکرار می‌شود. هنگامی که حداکثر کنتراست شناسایی شد، لنز متوقف می‌شود—این موقعیت در کانون است.
علم پشت قدرت‌ها:
بزرگترین مزیت CDAF دقت است. زیرا به طور مستقیم تیزی را بر روی سنسور اندازه‌گیری می‌کند، به ندرت فوکوس را از دست می‌دهد (برخلاف سیستم‌های قدیمی تشخیص فاز). همچنین به هیچ سخت‌افزار اضافی نیاز ندارد—فقط نرم‌افزار و یک سنسور استاندارد—که این امر آن را برای ادغام در ماژول‌های دوربین با بودجه کم (به عنوان مثال، دستگاه‌های اندروید با هزینه پایین یا دوربین‌های اکشن) ارزان می‌کند.
محدودیت‌ها (و چرا این اتفاق می‌افتد):
• سرعت: اسکن رفت و برگشتی زمان می‌برد (اغلب ۰.۵–۱ ثانیه). این باعث می‌شود CDAF برای سوژه‌های متحرک (مانند یک کودک در حال دویدن یا یک پرنده در حال پرواز) کند باشد.
• مشکلات نور کم: کنتراست در محیط‌های کم‌نور کاهش می‌یابد (زیرا تغییرات روشنایی بین پیکسل‌ها کمتر است). CDAF ممکن است به طور بی‌پایان برای فوکوس تلاش کند یا بر روی ناحیه نادرستی قفل شود (به عنوان مثال، یک دیوار تاریک به جای صورت یک شخص).
برنامه‌های رایج:
• گوشی‌های هوشمند سطح مبتدی (به عنوان مثال، دستگاه‌های اندروید با بودجه محدود)
• دوربین‌های وب و دوربین‌های لپ‌تاپ
• دوربین‌های نقطه و شلیک
• دوربین‌های صنعتی برای سوژه‌های ثابت (به عنوان مثال، اسکن مدارک)
3.2 تشخیص فاز فوکوس خودکار (PDAF): "محاسبه‌گر فاصله"
تشخیص فاز AF (پی‌دی‌اف) مشکل سرعت CDAF را با استفاده از فیزیک برای پیش‌بینی موقعیت لنز حل می‌کند—نیازی به اسکن رفت و برگشتی نیست. این فناوری پشت دوربین‌های بدون آینه با فوکوس سریع، گوشی‌های هوشمند رده بالا و دوربین‌های DSLR است.
علم اختلاف فاز:
برای درک PDAF، تصور کنید که از طریق یک پنجره با دو سوراخ کوچک نگاه می‌کنید. اگر یک چشم خود را ببندید، قضاوت درباره فاصله یک درخت در خارج دشوار است—اما با هر دو چشم باز، مغز شما از "تفاوت فاز" (تغییر جزئی در موقعیت درخت بین هر چشم) برای محاسبه فاصله استفاده می‌کند. PDAF به همین روش کار می‌کند، اما با نور و حسگرها.
در یک ماژول دوربین، PDAF از یک تقسیم‌کننده پرتو (یک منشور کوچک یا آینه) برای تقسیم نور ورودی به دو پرتو جداگانه استفاده می‌کند. این پرتوها به دو حسگر کوچک و اختصاصی (که به آنها "پیکسل‌های تشخیص فاز" گفته می‌شود) برخورد می‌کنند که اندازه‌گیری می‌کنند نور چقدر جابه‌جا شده است—این تفاوت فاز است.
پردازنده دوربین از یک فرمول ساده برای تبدیل اختلاف فاز به "فاصله کانونی" استفاده می‌کند:
حرکت لنز = (اختلاف فاز × فاصله کانونی) / اندازه دیافراگم
به طور خلاصه: هر چه اختلاف فاز بزرگتر باشد، لنز باید بیشتر حرکت کند تا تمرکز کند.
چگونه PDAF در ماژول‌های دوربین مدرن کار می‌کند:
دوربین‌های DSLR قدیمی از یک "سنسور تشخیص فاز" جداگانه درون بدنه دوربین استفاده می‌کردند، اما ماژول‌های دوربین مدرن (مانند آن‌هایی که در گوشی‌های هوشمند وجود دارند) پیکسل‌های تشخیص فاز را مستقیماً درون سنسور اصلی تصویر ادغام می‌کنند. این به "AF ترکیبی" (در مورد آن بعداً بیشتر توضیح خواهیم داد) معروف است، اما علم اصلی تشخیص فاز همانند قبل باقی می‌ماند:
1. شکست نور: زمانی که شما دکمه شاتر را نیمه فشار می‌دهید یا روی صفحه نمایش ضربه می‌زنید، لنز نور را به پیکسل‌های فاز روی سنسور هدایت می‌کند. این پیکسل‌ها به صورت جفت گروه‌بندی شده‌اند—هر جفت نمایی کمی متفاوت از سوژه را ثبت می‌کند.
2. اندازه‌گیری فاز: پردازنده دو نمای هر جفت پیکسل را مقایسه می‌کند. اگر سوژه خارج از فوکوس باشد، نماها جابه‌جا خواهند شد (مانند دیدن یک درخت از دو چشم مختلف).
3. تنظیم یک‌باره: با استفاده از اختلاف فاز، پردازنده دقیقاً محاسبه می‌کند که لنز باید چقدر و در کدام جهت حرکت کند. لنز یک بار به موقعیت صحیح منتقل می‌شود—نیازی به اسکن نیست.
4. تأیید: برخی از سیستم‌های PDAF از یک بررسی سریع کنتراست برای تصحیح فوکوس استفاده می‌کنند (این همان جایی است که "هیبرید" وارد می‌شود)، اما کار اصلی در یک مرحله انجام می‌شود.
علم پشت قدرت‌ها:
• سرعت: PDAF می‌تواند در ۰.۱–۰.۳ ثانیه فوکوس کند—به اندازه کافی سریع برای دنبال کردن سوژه‌های متحرک (مانند عکاسی ورزشی یا ویدئو).
• عملکرد در نور کم: اندازه‌گیری اختلاف فاز در نور کم آسان‌تر از کنتراست است. حتی با نور کمتر، سیستم هنوز می‌تواند فاصله کانونی را محاسبه کند، هرچند که دقت ممکن است کمی کاهش یابد.
• فوکوس خودکار پیوسته (AF-C): PDAF در ردیابی سوژه‌های متحرک برتری دارد. این سیستم اندازه‌گیری‌های اختلاف فاز را 30 تا 60 بار در ثانیه به‌روزرسانی می‌کند و لنز را به‌صورت آنی تنظیم می‌کند تا سوژه واضح بماند.
محدودیت‌ها:
• هزینه سخت‌افزار: پیکسل‌های فاز روی سنسور فضای روی سنسور را اشغال می‌کنند و تعداد پیکسل‌های موجود برای ثبت تصویر را کاهش می‌دهند (هرچند این در سنسورهای مدرن حداقل است).
• وابستگی دیافراگم: PDAF بهترین عملکرد را با لنزهای دیافراگم وسیع (مانند f/1.8 یا f/2.0) دارد. با دیافراگم‌های باریک (مانند f/8)، تفاوت فاز به قدری کوچک می‌شود که اندازه‌گیری دقیق آن ممکن نیست—بنابراین سیستم ممکن است به CDAF سوئیچ کند.
برنامه‌های رایج:
• اسمارت‌فون‌های رده‌بالا (به عنوان مثال، آیفون ۱۵ پرو، سامسونگ گلکسی S24 اولترا)
• دوربین‌های بدون آینه (به عنوان مثال، سری سونی آلفا، فوجی‌فیلم X-T5)
• دوربین‌های DSLR (به عنوان مثال، Canon EOS R5، Nikon Z6)
• دوربین‌های اکشن (به عنوان مثال، GoPro Hero 12)
3.3 لیزر فوکوس خودکار (LAF): "اسکنر فاصله"
فوکوس خودکار لیزری (LAF) یک فناوری جدیدتر است که عمدتاً در گوشی‌های هوشمند و دوربین‌های کامپکت برای افزایش سرعت و دقت فوکوس خودکار استفاده می‌شود—به‌ویژه در نور کم. بر خلاف CDAF و PDAF که از نور سوژه استفاده می‌کنند، LAF لیزر خود را برای اندازه‌گیری فاصله منتشر می‌کند.
علم زمان پرواز (ToF):
بیشتر سیستم‌های LAF به فناوری زمان پرواز (ToF) متکی هستند—یک اصل فیزیکی که در آن فاصله با اندازه‌گیری مدت زمانی که طول می‌کشد تا یک سیگنال (در این مورد، لیزر) به یک موضوع برسد و بازگردد، محاسبه می‌شود. فرمول ساده است:
فاصله = (سرعت نور × زمان پرواز) / 2
(ما بر ۲ تقسیم می‌کنیم زیرا لیزر به سوژه می‌رود و برمی‌گردد.)
در یک ماژول دوربین، سیستم LAF شامل سه جزء کلیدی است:
• لیزر فرستنده: یک لیزر مادون قرمز (IR) کوچک و کم‌قدرت (غیرقابل مشاهده برای چشم انسان) که پالس‌های کوتاهی از نور را منتشر می‌کند.
• حسگر نور: یک تشخیص‌دهنده که پالس‌های لیزر را پس از بازتاب از سوژه ثبت می‌کند.
• تایمر: یک ساعت دقیق که زمان بین زمانی که لیزر منتشر می‌شود و زمانی که شناسایی می‌شود را اندازه‌گیری می‌کند.
چگونه LAF کار می‌کند:
1. پالس لیزری: هنگامی که شما تمرکز را آغاز می‌کنید، فرستنده یک انفجار از پالس‌های لیزر IR به سمت موضوع ارسال می‌کند.
2. بازتاب و تشخیص: پالس‌ها به سوژه برخورد کرده و به حسگر نوری ماژول دوربین بازتاب می‌شوند.
3. محاسبه فاصله: تایمر زمان لازم برای بازگشت پالس‌ها را اندازه‌گیری می‌کند. با استفاده از فرمول ToF، پردازنده فاصله دقیق تا موضوع را محاسبه می‌کند.
4. تنظیم لنز: لنز مستقیماً به موقعیتی که با فاصله محاسبه شده مطابقت دارد حرکت می‌کند—بدون اسکن، بدون مقایسه فاز.
علم پشت قدرت‌ها:
• تمرکز فوق‌سریع: اندازه‌گیری‌های ToF در نانوثانیه‌ها (۱ میلیاردم ثانیه) انجام می‌شود، بنابراین LAF می‌تواند در کمتر از ۰.۱ ثانیه تمرکز کند—سریع‌تر از اکثر سیستم‌های PDAF.
• ستاره کم‌نور: از آنجا که LAF از لیزر خود استفاده می‌کند (نه نور محیطی)، در محیط‌های تاریک (مانند یک رستوران کم‌نور یا شب) به‌خوبی کار می‌کند. همچنین از "شکار فوکوس" جلوگیری می‌کند زیرا به‌طور مستقیم فاصله را اندازه‌گیری می‌کند.
• دقت برای عکس‌های کلوزآپ: LAF برای عکاسی ماکرو (به عنوان مثال، عکاسی از گل‌ها یا اشیاء کوچک) ایده‌آل است زیرا می‌تواند فاصله‌هایی به کوتاهی ۲–۵ سانتی‌متر را اندازه‌گیری کند—چیزی که CDAF اغلب در آن مشکل دارد.
محدودیت‌ها:
• برد کوتاه: بیشتر سیستم‌های LAF گوشی‌های هوشمند تنها تا ۲–۵ متر کار می‌کنند. فراتر از آن، پالس لیزر به حدی ضعیف می‌شود که قابل تشخیص نیست، بنابراین دوربین به PDAF یا CDAF سوئیچ می‌کند.
• موضوعات بازتابی: سطوح درخشان (مانند شیشه، فلز یا آب) لیزر را از سنسور بازتاب می‌دهند و اندازه‌گیری زمان پرواز را دشوار می‌کنند. LAF ممکن است نتواند بر روی این موضوعات تمرکز کند.
• مداخله آب و هوا: باران، مه یا گرد و غبار می‌توانند پالس‌های لیزری را پراکنده کنند و دقت را کاهش دهند. در باران شدید، LAF ممکن است کمتر از PDAF قابل اعتماد باشد.
برنامه‌های رایج:
• اسمارت‌فون‌های پرچمدار (به عنوان مثال، آیفون ۱۵، گوگل پیکسل ۸ پرو)
• دوربین‌های کامپکت برای عکاسی کلوزآپ
• دوربین‌های صنعتی برای اسکن در فاصله کوتاه (به عنوان مثال، مدل‌سازی سه‌بعدی قطعات کوچک)
4. فوکوس خودکار هیبریدی: ترکیب بهترین‌های همه دنیاها
هیچ مکانیزم AF واحدی کامل نیست—بنابراین ماژول‌های دوربین مدرن (به‌ویژه در گوشی‌های هوشمند و دوربین‌های بدون آینه) از سیستم‌های AF هیبریدی استفاده می‌کنند که CDAF، PDAF و گاهی LAF را ترکیب می‌کنند تا محدودیت‌های فردی را برطرف کنند.
علم پشت AF هیبریدی تماماً درباره "هم‌افزایی" است:
• PDAF برای سرعت: سیستم با PDAF شروع می‌شود تا به سرعت بر روی سوژه قفل شود (با استفاده از اختلاف فاز برای محاسبه موقعیت تقریبی لنز).
• CDAF برای دقت: هنگامی که PDAF به نزدیکی می‌رسد، CDAF فعال می‌شود تا با حداکثر کردن کنتراست، فوکوس را به‌طور دقیق تنظیم کند—این هرگونه خطای جزئی ناشی از PDAF (مانند نور کم یا دیافراگم‌های باریک) را از بین می‌برد.
• LAF برای نور کم/نزدیک: در محیط‌های تاریک یا برای عکس‌های ماکرو، LAF اندازه‌گیری دقیق فاصله را برای راهنمایی PDAF و CDAF فراهم می‌کند و زمان و خطاهای فوکوس را کاهش می‌دهد.
به عنوان مثال، ماژول دوربین آیفون 15 پرو از سیستم "Dual-Pixel PDAF" استفاده می‌کند (که در آن هر پیکسل به عنوان یک پیکسل تشخیص فاز عمل می‌کند) که با CDAF برای تنظیم دقیق و یک سنسور ToF برای فوکوس در نور کم ترکیب شده است. این رویکرد ترکیبی اطمینان می‌دهد که فوکوس سریع و دقیقی در تقریباً هر سناریویی وجود دارد - از نور روز روشن تا کنسرت‌های کم‌نور.
5. عوامل کلیدی که بر عملکرد فوکوس خودکار تأثیر می‌گذارند
حتی بهترین مکانیزم AF نیز می‌تواند عملکرد ضعیفی داشته باشد اگر سایر اجزای ماژول دوربین بهینه نشده باشند. در اینجا عوامل علمی که بر عملکرد یک سیستم AF تأثیر می‌گذارند آورده شده است:
5.1 اندازه سنسور و چگالی پیکسل
حسگرهای تصویر بزرگتر (مانند حسگرهای فول فریم در مقابل حسگرهای گوشی‌های هوشمند) نور بیشتری را جذب می‌کنند که باعث بهبود کنتراست و دقت تشخیص فاز می‌شود—به‌ویژه در نور کم. حسگرهای کوچکتر (مانند آن‌هایی که در گوشی‌های هوشمند ارزان‌قیمت وجود دارند) نور کمتری برای کار دارند، بنابراین AF ممکن است کندتر یا کمتر قابل اعتماد باشد.
چگالی پیکسل (تعداد پیکسل‌ها در هر اینچ مربع) نیز مهم است. حسگرهای با چگالی بالا (به عنوان مثال، حسگرهای ۱۰۸ مگاپیکسلی گوشی‌های هوشمند) می‌توانند پیکسل‌های تشخیص فاز بیشتری داشته باشند، اما فشرده‌سازی بیش از حد پیکسل‌ها در یک حسگر کوچک می‌تواند حساسیت به نور را کاهش دهد—که این موضوع یک تعادل بین وضوح و عملکرد AF ایجاد می‌کند.
5.2 کیفیت لنز و دیافراگم
لنز "چشم" ماژول دوربین است و طراحی آن به طور مستقیم بر روی AF تأثیر می‌گذارد. لنزهای با دیافراگم وسیع (به عنوان مثال، f/1.4) نور بیشتری را وارد می‌کنند که کنتراست (برای CDAF) و تفاوت فاز (برای PDAF) را افزایش می‌دهد. همچنین، آنها "عمق میدان" باریک‌تری (منطقه‌ای از تصویر که در کانون توجه است) ایجاد می‌کنند که قفل شدن سیستم AF بر روی یک موضوع خاص (به عنوان مثال، صورت یک شخص در مقابل پس‌زمینه) را آسان‌تر می‌کند.
لنزهای ارزان و با کیفیت پایین ممکن است دارای "تنفس فوکوس" (تصویر هنگام فوکوس تغییر می‌کند) یا "انحراف رنگی" (حاشیه رنگی) باشند که می‌تواند الگوریتم‌های AF را گیج کرده و دقت را کاهش دهد.
5.3 سرعت پردازنده و الگوریتم‌های نرم‌افزاری
AF به اندازه‌ای که به نرم‌افزار مربوط می‌شود، به سخت‌افزار نیز مربوط است. پردازنده دوربین (به عنوان مثال، A17 Pro اپل، Snapdragon 8 Gen 3 کوالکام) نیاز دارد که داده‌های اختلاف فاز، کنتراست و لیزر را به صورت آنی پردازش کند. یک پردازنده سریع‌تر می‌تواند محاسبات AF را بیش از 60 بار در ثانیه به‌روزرسانی کند (که برای ردیابی سوژه‌های متحرک حیاتی است).
الگوریتم‌های نرم‌افزاری نیز نقش دارند. AF مبتنی بر هوش مصنوعی (که در گوشی‌های هوشمند مدرن یافت می‌شود) از یادگیری ماشین برای شناسایی سوژه‌ها (مانند چهره‌ها، حیوانات، خودروها) و اولویت‌بندی آنها استفاده می‌کند—بنابراین سیستم وقت خود را صرف تمرکز بر روی ناحیه نادرست (مانند یک درخت به جای یک سگ) نمی‌کند. به عنوان مثال، Pixel 8 Pro گوگل از "Real Tone AF" برای شناسایی رنگ‌های پوست انسان و قفل کردن بر روی چهره‌ها، حتی در صحنه‌های شلوغ، استفاده می‌کند.
5.4 شرایط نور محیطی
نور خون حیات AF است. در نور روشن:
• CDAF به خوبی کار می‌کند (تضاد بالا بین پیکسل‌ها).
• PDAF اختلاف فاز را به دقت اندازه‌گیری می‌کند.
• LAF کمتر ضروری است اما هنوز هم برای نماهای نزدیک مفید است.
در نور کم:
• کنتراست کاهش می‌یابد و باعث کند شدن CDAF می‌شود.
• تفاوت فاز اندازه‌گیری آن سخت‌تر می‌شود، بنابراین PDAF ممکن است دقت کمتری داشته باشد.
• LAF (یا یک حسگر ToF) حیاتی می‌شود، زیرا به نور محیطی وابسته نیست.
6. روندهای آینده در فناوری فوکوس خودکار
با کوچکتر شدن، قدرتمندتر شدن و یکپارچه شدن ماژول‌های دوربین در دستگاه‌های بیشتری (مانند عینک‌های هوشمند، پهپادها، اسکنرهای پزشکی)، فناوری AF در حال تکامل برای پاسخگویی به نیازهای جدید است. در اینجا پیشرفت‌های علمی که باید به آنها توجه کرد آورده شده است:
6.1 پیش‌بینی مبتنی بر هوش مصنوعی AF
سیستم‌های AF آینده از هوش مصنوعی برای "پیش‌بینی" اینکه یک سوژه بعداً کجا حرکت خواهد کرد استفاده خواهند کرد - به جای اینکه فقط به موقعیت فعلی آن واکنش نشان دهند. به عنوان مثال، یک دوربین ورزشی می‌تواند مسیر حرکت یک توپ فوتبال را یاد بگیرد و قبل از اینکه توپ به هدف برسد، فوکوس را تنظیم کند و اطمینان حاصل کند که هیچ تاری وجود ندارد. این به مدل‌های یادگیری ماشین وابسته است که بر روی میلیون‌ها سوژه متحرک آموزش دیده‌اند و به سیستم این امکان را می‌دهد که الگوهای حرکتی را پیش‌بینی کند.
6.2 سیستم‌های چند لیزری ToF
سیستم‌های LAF فعلی از یک لیزر واحد استفاده می‌کنند، اما ماژول‌های نسل بعدی ممکن است شامل چندین لیزر (یا یک "آرایه لیزری"، که میدان دید وسیع‌تری را پوشش می‌دهد) باشند تا فاصله را در یک منطقه وسیع‌تر اندازه‌گیری کنند. این امر دقت AF را برای سوژه‌های بزرگ (مانند یک گروه از افراد) بهبود می‌بخشد و خطاها را در سطوح بازتابنده کاهش می‌دهد (زیرا چندین پالس لیزر احتمال بازتاب قابل استفاده را افزایش می‌دهد).
6.3 PDAF فوق‌العاده فشرده برای پوشیدنی‌ها
عینک‌های هوشمند و ساعت‌های هوشمند دارای ماژول‌های دوربین کوچک هستند، بنابراین مهندسان در حال توسعه سیستم‌های "میکرو-PDAF" هستند که در سنسورهای به اندازه میلی‌متر جا می‌شوند. این سیستم‌ها از پیکسل‌های تشخیص فاز مینیاتوری و لنزهای انعطاف‌پذیر استفاده می‌کنند تا در دستگاه‌هایی که فضای محدودی دارند، فوکوس سریعی ارائه دهند.
7. نتیجه‌گیری: علم نامرئی که تصاویر تیز را ممکن می‌سازد
فوکوس خودکار ممکن است به عنوان یک ویژگی "جادویی" به نظر برسد، اما ریشه در فیزیک پایه دارد—اپتیک، تفاوت فاز و زمان پرواز—که با الکترونیک و نرم‌افزار پیشرفته ترکیب شده است. از سیستم‌های تشخیص کنتراست در تلفن‌های ارزان‌قیمت تا تنظیمات هیبریدی PDAF/LAF در دوربین‌های پرچمدار، هر مکانیزم AF برای حل یک مشکل خاص طراحی شده است: سرعت، دقت یا عملکرد در نور کم.
بار دیگر که بر روی صفحه نمایش گوشی خود ضربه می‌زنید تا بر روی یک موضوع تمرکز کنید، علم در حال کار را به یاد داشته باشید: نور به پرتوها تقسیم می‌شود، لیزرها از سطوح بازتاب می‌یابند و پردازنده‌ها فاصله‌ها را در نانوثانیه محاسبه می‌کنند—همه این‌ها برای اطمینان از اینکه عکس شما تیز است. با ادامه تکامل ماژول‌های دوربین، AF تنها سریع‌تر، دقیق‌تر و سازگارتر خواهد شد—که این امر گرفتن عکس کامل را در هر سناریویی آسان‌تر از همیشه می‌کند.
آیا سوالاتی درباره نحوه کارکرد فوکوس خودکار در دوربین یا گوشی هوشمند خود دارید؟ در نظرات به ما اطلاع دهید!
تماس
اطلاعات خود را وارد کنید و ما با شما تماس خواهیم گرفت.
WhatsApp
WeChat