SISTEMI DI MESSA A FUOCO

by / mercoledì, 30 settembre 2020 / Published in Alta Fotografia, Fotografia, Francesco, Il blog, Per non dimenticare

 In Memoria di Francesco

Questo articolo fa parte di quelli di alta fotografia sono, come da indice, già pronti sempre fatti da Francesco, del resto sono articoli che furono pubblicati sulla rivista Fotografare. Ho  dovuto, però, impaginarlo, spero di averlo fatto nel modo più vicino possibile al suo. Tutti gli altri saranno pubblicati con la stessa cadenza che usava lui, i due Sarchiaponi non si fermano… Ciao Francesco. 

SISTEMI DI MESSA A FUOCO

La logica ed i circuiti che utilizziamo per avere delle immagini nitide

I singoli raggi della radiazione elettromagnetica passano attraverso l’obiettivo e convergono nel fuoco. Se la convergenza è corretta diremo che l’immagine è a fuoco in caso contrario diremo che è fuori fuoco o sfocata. Le operazioni per ottenere la corretta esposizione nel campo focale sono definite con il termine di “messa a fuoco”.

1- Il fuoco è il punto di convergenza dei raggi luminosi quando attraversano una lente convergente.

Oltre al fuoco dobbiamo considerare anche il concetto di profondità di campo. Essa misura la distanza minima e massima in cui l’immagine risulta ancora a fuoco e dipende dall’apertura del diaframma e dal tipo dell’ottica utilizzata. A parità di apertura del diaframma nei teleobiettivi la profondità di campo è piccola mentre nei grandangolari è grande.

2- Esempi della profondità di campo: la prima fotografia è stata scattata con f= 2.8 t= 1/1250, la seconda con f= 10 t= 1/160, la terza con f= 32 t= 1/13. Per tutte l’ottica utilizzata è un 170 mm.

 

Con le ottiche per le fotocamere analogiche i sistemi di messa a fuoco sono:

  • messa a fuoco a telemetro (detto anche stigmometro): è un sistema “antico” ma molto preciso, è stato usato sulle fotocamere di lusso e su quelle di fabbricazione russa degli anni 70. Viene prodotta un’immagine fantasma del soggetto che quando collide esattamente con l’immagine reale ci indica una messa a fuoco precisa;
  • messa a fuoco mediante vetro smerigliato: è un sistema pratico ed intuitivo ma poco preciso;
  • messa a fuoco mediante microprismi: quando l’immagine è fuori fuoco la vedremo “traballante”, anche questo è poco preciso specie in caso di bassa illuminazione.

Spesso le fotocamere possedevano più sistemi contemporaneamente, ad esempio la mia vecchia Pentax LX li aveva tutti e tre. L’operazione di mettere a fuoco viene fatta dal fotografo agendo direttamente sulla ghiera dell’obiettivo. Esistono inoltre alcune fotocamere, tipicamente quelle usa e getta, che per la loro economicità non hanno la messa a fuoco ma sono realizzate per scattare le fotografie dalla distanza minima di un paio di metri fino all’infinito.

3-Schema del telemetro: la luce della scena entra dalla finestra centrale e viene deviata da una specchio verso il mirino. Questo specchio possiede una zona centrale che permette il passaggio di parte della luce che entra dalla finestra del telemetro, sempre verso il mirino. Se l’immagine è fuori fuoco si vede sia l’immagine principale che l’immagine fantasma prodotta dal mirino. Agendo sulla ghiera della messa a fuoco dell’obiettivo contemporaneamente si ruota lo specchio. Quando le due immagini coincidono la scena è a fuoco.

 

 

 

 

La messa a fuoco viene realizzata allontanando o avvicinando opportunamente alcune lenti dell’obiettivo rispetto all’elemento fotosensibile. Questa operazione può essere regolata in modalità manuale o automatica, che viene chiamata autofocus (AF). Nella messa a fuoco manuale l’operatore deve agire sull’obiettivo mentre con la messa a fuoco automatica viene utilizzato un automatismo che applicato all’obiettivo permette di trovare e successivamente mantenere la messa a fuoco dell’immagine in modo totalmente automatico. Con l’avvento del digitale è stata sempre più utilizzata la seconda, anche se a volte (reflex) un selettore permette di sceglierla, sono veramente rare le eccezioni a questa tecnologia.

4- Fotocamera a telemetro del 1954 la LEICA M3. Si notano nella parte in alto da sinistra la finestra del telemetro utilizzata per l’entrata ausiliaria della scena, la finestra per leggere la luce ed il mirino.

 

 

I sistemi per la messa a fuoco automatica possono essere classificati in:

  • sistemi attivi – viene inviato verso la scena un segnale ad ultrasuoni o ad infrarossi e successivamente si calcola la distanza dal piano focale della fotocamera al soggetto misurando il tempo che impiega il segnale riflesso a tornare indietro;
  • sistemi passivi – viene utilizzata la luce naturale della scena con due metodi:
  • rilevamento della fase – la scena viene divisa in due parti utilizzando una coppia di piccoli sensori con sopra una microlente. Il confronto delle informazioni raccolte viene utilizzato per decidere l’azione da intraprendere per ottenere la messa a fuoco;
  • misurazione del contrasto viene rilevato quando si presenta il massimo contrasto della scena che corrisponde alla corretta messa a fuoco. Questo processo è ripetuto più volte fino a raggiungere la posizione con il contrasto più alto.
5- Confronto tra i due metodi passivi per l’AF nelle reflex. A sinistra il metodo di misurazione del contrasto (B) = a fuoco) a destra la rilevamento della fase (B) = a fuoco – C) = apertura specchio).

 

Normalmente le fotocamere sono dotate di tre diverse modalità di messa a fuoco a seconda della scena:

  • soggetti fermi (paesaggi, ritratti): AF-S AutoFocus Single per la Nikon e AF One-Shot per la Canon;
  • soggetti in movimento prevedibile (foto sportive): AF-C AutoFocus Continous per la Nikon e AF AI Servo per la Canon;
  • soggetti in movimento in modo imprevedibile (animali): AF-A AutoFocus Auto per la Nikon e AF AI Focus per la Canon.

6- Schema del sistema autofocus: l’obiettivo della fotocamera proietta l’immagine sul sensore CMOS, il sensore dell’autofocus (AF) analizza una parte dell’immagine per l’elaboratore (CPU) che da queste informazioni (ad esempio il metodo a contrasto) ricava l’informazione sulla messa a fuoco della scena. Successivamente la CPU agendo sul motore del gruppo autofocus nelle lenti mette a fuoco l’immagine. Questo processo sarà ripetuto fino a quando il risultato sarà valutato accettabile dalla CPU.

 

 

 

Le caratteristiche principali, valide per tutti i sistemi AF, sono le seguenti:

  • accuratezza: questo parametro misura lo scostamento dalla realtà ed è influenzato dalla geometria dei punti;
  • precisione: se dobbiamo scattare più fotografie in sequenza questo parametro rappresenta la ripetibilità del sistema. Per migliorarla in quasi tutti i sistemi di AF è presente un punto, o più per le fotocamere di fascia alta, ad “high precision” (alta precisione) che presenta caratteristiche tre volte superiori al normale. Generalmente questo è posizionato al centro dell’intero sistema;
  • sensibilità: è la misura della risposta del sistema AF in condizioni di scarsa luminosità, maggiore è la sensibilità e minore sarà la luce necessaria al sistema per un corretto funzionamento. La sensibilità si misura in EV (Elettronvolt) ad esempio la Canon 7D Mark II funzione con -3 EV in pratica basta la luce fornita dalla luna;
  • velocità: misura il tempo necessario al sensore AF per effettuare la messa a fuoco finale;
  • area di copertura: più grande è il valore di questo parametro e maggiore sarà la probabilità che un punto AF si troverà direttamente sul soggetto. La densità dei punti è importante poiché si ottiene sia una maggiore efficienza del sistema sia quella del singolo punto. Una densità elevata offre buoni miglioramenti nel caso di inseguimento di soggetti in movimento. Spesso quest’area è limitata alla parte centrale della scena a causa di:
    • dimensione dello specchio secondario: la luce che colpisce lo specchio principale viene riflessa sia verso il mirino che verso il sensore di AF;
    • distorsione: tutti gli obiettivi presentano sui bordi fenomeni di distorsione. È facile rilevare linee ma molto complicato rilevare curve;
    • vignettatura: sui bordi si presenta sempre una diminuzione della luminosità che influenza negativamente il sistema;
    • temperatura: se i sensori cambiano la temperatura si dilatano inficiando il sistema;
  • numero dei punti: quanti punti gestisce il sistema AF;
  • geometria dei punti: semplice o complessa – oltre al numero dei punti nel sistema è fondamentale il modo in cui sono disposti. Un sensore formato da linee di punti AF disposti orizzontalmente rileverà facilmente delle linee verticali (un lampione) mentre un sensore con le linee di punti AF disposti verticalmente rileverà facilmente delle linee orizzontali (la linea dell’orizzonte). I sensori AF sono realizzati con la sensibilità che dipende dal valore di apertura del diaframma dell’obiettivo utilizzato. Questa caratteristica è evidenziata per il sensore con “f /numero sensitive”. Se si usano obiettivi con una apertura non adatta il sistema AF può ancora funzionare ma con ridotta efficacia, precisione e velocità. Ovviamente il tipo utilizzato influenza in modo marcato il prezzo. I sensori con apertura bassa sono più precisi ma più lenti dei sensori con apertura alta. Per ottimizzare i sistemi di AF utilizzano delle doppie linee. La prima linea provvede velocemente alla messa a fuoco iniziale mentre la seconda linea subentra nella regolazione finale del sistema.
7- Esempi di geometrie dei punti Autofocus per diverse reflex partendo dall’alto verso il basso iniziamo da quelle più semplici.

 

I sistemi di autofocus semplici si basano su un singolo sensore di messa a fuoco. Quelli avanzati utilizzano diversi sensori.

Indipendente dal numero e dalle caratteristiche dei singoli punti AF per ottenere un efficiente sistema tutti i punti devono lavorare insieme, soprattutto in modalità continua.

Infine analizziamo i pro e i contro dei nostri sistemi: i sistemi attivi non possono mettere a fuoco attraverso finestre o altre superfici trasparenti, dal momento che la maggior parte di queste superfici riflettono le onde sonore o la luce infrarossa. Con i sistemi passivi questo non è un problema, a meno che il vetro non sia sporco o colorato.

I sistemi passivi a rilevazione del contrasto funzionano male se il contrasto è basso, tipicamente su grandi superfici monocromatiche (muri, cielo sereno) o in condizioni di scarsa illuminazione. I sistemi passivi dipendono da un certo grado di illuminazione naturale, mentre i sistemi attivi funzionano anche nella totale oscurità.

Attualmente il sistema passivo più utilizzato è il metodo di rilevamento di fase anche se quello di contrasto è ancora utilizzato in molte fotocamere digitali compatte e negli smartphone.

Nelle reflex il tipo più comune è il rilevamento di fase ma non può essere usato utilizzato nella modalità “Live View” in cui lo specchio viene richiamato nella posizione di scatto.

La velocità e l’accuratezza di un sistema autofocus è spesso migliore di quella che può essere raggiunta manualmente. Le fotocamere sono in grado di misurare più aree dell’immagine e di decidere dove si trova il soggetto.

A titolo di esempio citiamo la recente fotocamera Alpha 6500 della SONY. Questa è una fotocamera mirrorless con un sensore da 24.2 megapixel di formato APS-C fornita di uno schermo LCD touchscreen posteriore che permetterà di impostare la messa a fuoco. Permette di scattare 11 fotogrammi al secondo per 20 secondi consecutivi ed è equipaggiata con il sistema 4D FOCUS che si basa su:

Area – Ampia: L’ampia area AF, che copre l’inquadratura quasi per intero, consente di mettere a fuoco un soggetto anche vicino ai bordi nell’inquadratura poiché utilizza ben 425 punti di messa a fuoco.

Profondità – Veloce: L’AF usa una tecnologia ibrida, che unisce AF a rilevamento di fase e quello a rilevamento di contrasto, per rilevare velocemente la distanza dal soggetto in modo preciso.

Tempo – Stabile: viene utilizzato un algoritmo AF che predice il prossimo movimento del soggetto anche con quelli in rapido movimento. Dall’inquadratura allo scatto impiega solo 0,05 secondi.

Questo concentrato di tecnologia sarà vostro per circa 1600 euro.

8- La fotocamera mirrorless SONY ALFA 6500 con il nuovo e veloce sistema di autofocus 4D FOCUS. Sul sito ufficiale della Sony troviamo le caratteristiche del sistema di autofocus citato.

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FRANCESCO

questo articolo è stato pubblicato sulla rivista FOTOGRAFARE 2 (Febbraio) del 2017 nella rubrica di ALTA FOTOGRAFIA.

P.S. Visto il tempo trascorso dalla pubblicazione va precisato che l’impianto tecnico dell’articolo è sempre valido ma risulteranno poco attendibili le eventuali ricerche di mercato o le scansioni temporali dei prodotti fotografici citati nel medesimo.

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