Back Front Focus

by / sabato, 12 gennaio 2019 / Published in Alta Fotografia, Fotografia, Il blog

 

COME DESTREGGIARSI CON IL FRONT – BACK FOCUS

Siete sicuri del corretto funzionamento dell’autofocus della vostra reflex?

 

Quando la luce attraversa una lente i singoli raggi che formano la radiazione elettromagnetica si vanno ad unificare in un unico punto che viene chiamato fuoco. Tutto ciò avviene se non sono presenti dei fenomeni di aberrazione o dei difetti costruttivi del nostro sistema. Se la lente è convergente il fuoco è posizionato dopo la lente (Figura n° 1 A). Se la lente è divergente il fuoco è posizionato davanti alla lente stessa (Figura n° 1 B). Ovviamente lo schema proposto è molto semplificato ma rimane valido anche quando consideriamo un obiettivo nel suo insieme.

Per l’occhio umano, come altri dispositivi e/o strumenti (telescopi, binocoli, macchine fotografiche etc.), bisogna utilizzare dei sistemi che permettano di gestire la luce nel modo opportuno. Tra questi sistemi troviamo che i principali mezzi utilizzati sono le lenti e gli specchi. Per ottenere un’immagine nitida occorre che la retina o l’elemento fotosensibile delle macchine fotografiche (ovviamente questo è il caso che più ci interessa) si trovino nel punto esatto in cui i raggi luminosi della lente convergono: il fuoco. In questo caso diremo che l’immagine è a fuoco in caso contrario diremo che è fuori fuoco o sfocata.

Le operazioni che dobbiamo compiere per ottenere la corretta esposizione nel campo focale vengono definite con il termine “messa a fuoco”. Per una corretta messa a fuoco del soggetto fotografato dobbiamo considerare inoltre anche il concetto di profondità di campo. La profondità di campo dipende dall’apertura del diaframma e dal tipo dell’ottica utilizzata. Essa misura la distanza minima e massima in cui l’immagine risulta ancora a fuoco. Nei teleobiettivi la profondità di campo è piccola mentre nei grandangolari è grande, a parità di apertura del diaframma. In Figura n° 2 vediamo la differenza.

Mediamente l’occhio umano è in grado di mettere a fuoco sulla retina un’immagine da una distanza superiore ai dieci centimetri fino alla distanza massima che un normale occhio riesce correttamente a gestire. La messa a fuoco è ottenuta modificando lo spessore e la curvatura del cristallino. In fotografia 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. Nella messa a fuoco manuale l’operatore deve agire sull’obiettivo, tipicamente una ghiera, che permette all’ottica di concentrare nel fuoco l’immagine. Con la messa a fuoco automatica viene utilizzato un automatismo che applicato all’obiettivo fotografico permette di trovare e successivamente mantenere la messa a fuoco dell’immagine in modo totalmente automatico. Figura n° 3.

Ci sono molti sistemi di messa a fuoco automatica che sono stati sviluppati dai diversi costruttori per le macchine fotografiche e per le videocamere. Lo schema di funzionamento è però simile per tutti i sistemi. 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.

I sistemi di autofocus semplici si basano su un singolo sensore di messa a fuoco. Quelli avanzati utilizzano diversi sensori. Il fotografo può controllare e decidere il sistema che più si adatta alle caratteristiche volute.

La prima fotocamera prodotta in serie dotata di autofocus è stata la Konica C35 AF, una fotocamera compatta commercializzata alla fine degli anni settanta. La Pentax ME-F è stata la prima reflex con il sistema autofocus agli inizi degli anni ottanta (Figura n° 4).

Questa tecnologia si è diffusa gradualmente sulla maggior parte delle fotocamere e ad oggi è presente praticamente su tutte, salvo alcuni rari modelli destinati ad utilizzi particolari.

Possiamo dividere i sistemi per la messa a fuoco automatica in due categorie:

  • sistemi attivi
  • sistemi passivi

I primi solitamente lavorano in due fasi

  • misurazione della distanza che è una operazione indipendente dal sistema ottico

  • regolazione della messa a fuoco sul sistema ottico

Esistono vari modi per misurare una distanza. I principali utilizzano gli ultrasuoni (ad esempio le fotocamera Polaroid SX-70 Sonar) o la luce (alcune fotocamere compatte, le prime videocamere). Un segnale ad ultrasuoni è emesso dalla fotocamera che, misurando il tempo di ritorno del suono per riflessione, calcola la distanza da utilizzare per mettere a fuoco. Nel secondo caso la fotocamera emette, utilizzando un diodo LED agli infrarossi, un fascio di luce che analizza la scena rilevando l’angolo di riflessione da parte del soggetto (ad esempio la Canon AF35M o la Nikon 35TiQD). I dati ottenuti dalla misurazione della distanza vengono elaborati da una CPU che attiva il sistema elettromeccanico di controllo dell’obiettivo.

I sistemi passivi non inviano dei segnali verso la scena ma utilizzano la luce naturalmente riflessa dal soggetto. La messa a fuoco può essere schematizzata in due modi:

  • rilevamento della fase
  • misurazione del contrasto

Il rilevamento della fase consiste nel dividere la luce in ingresso in due immagini e nel compararle. La misurazione del contrasto consiste nel determinare la zona di massimo contrasto che corrisponde alla massima messa a fuoco.

Rilevamento di fase è il tipo più comune nelle reflex. Durante la fase iniziale per la messa a fuoco il percorso della luce è intercettato dallo specchio reflex che permette di far giungere l’immagine al mirino e allo schermo di messa a fuoco.
All’interno del modulo autofocus sono presenti a coppie dei piccoli sensori ottici, ognuno con una microlente sopra. Ogni coppia costituisce un punto di messa a fuoco automatica (punto AF). Combinando tra loro le informazioni che vengono da una coppia di sensori posizionata in basso con quelle provenienti da una coppia posizionata in alto riusciamo, attraverso la CPU del sistema di autofocus, a capire in quale verso dobbiamo spostare le lenti per migliorare la ricerca del fuoco.

Sul sito dell’Università di Stanford (http://graphics.stanford.edu/courses/cs178/applets/autofocusPD.html) si trova una applicazione che permette di visualizzare in modo molto intuitivo il funzionamento dell’intero sistema.
Utilizzando questa struttura la CPU determina di quanto deve spostare le lenti per allineare le due immagini. Successivamente riviene analizzata la scena per confermare la posizione (Figura n° 5).

Le figure A) e B) sono nel caso di sistema sfocato, la figura C) è quando il sistema è a fuoco e la figura D) rappresenta il momento dello scatto.

Questo metodo è abbastanza veloce ma non può essere utilizzato nella modalità “Live View” in cui lo specchio viene richiamato nella posizione di scatto.

Il metodo di rilevamento di contrasto si basa sul principio che l’immagine focalizzata ha maggiore precisione dove troviamo il più alto contrasto. Il metodo è simile a quello predente solo che della scena viene rilevato il contrasto. Questo processo si ripete fino a quando il contrasto registrato è il più alto possibile (Figura n° 6).

Le figure A) e B) sono nel caso di sistema sfocato, la figura C) è quando il sistema è a fuoco.

Possiamo sintetizzare dicendo che abbiamo una serie di fattori, sia interni che esterni, alla fotocamere che possono rallentare la velocità della messa a fuoco automatica e di conseguenza l’affidabilità del intero sistema di messa a fuoco.

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 onde sonore o luce infrarossa. Con i sistemi passivi questo solitamente non è un problema, a meno che il vetro non sia sporco, macchiato o colorato.

I sistemi passivi a rilevazione del contrasto non funzionano se il contrasto è basso, tipicamente su grandi superfici monocromatiche (muri, cielo sereno, ecc) o in condizioni di scarsa illuminazione. I sistemi passivi, infatti, 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.

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.

Adesso vorremmo capire da soli se il nostro sistema sta funzionando in maniera ottimale.
Abbiamo visto che il sistema non è sempre infallibile, pur essendoci messi nelle migliori condizioni per scattare la nostra fotografia, anzi può capitare che calcoli un punto di messa a fuoco sbagliato e che quindi la nostra foto risulti sfocata.
Se la sfocatura delle nostre fotografie si dovesse verificare in maniera costante possiamo concludere che il nostro obbiettivo o la nostra fotocamera soffrono di un problema al sistema di autofocus. Va ricordato inoltre che con i programmi di fotoritocco noi possiamo recuperare le foto che sono state sbagliate per l’esposizione ma i sistemi di recupero di una immagine sfocata sono praticamente inefficienti e di conseguenza possiamo dire che questo è uno degli aspetti della foto verso cui dovremmo avere la massima attenzione. Premettiamo subito che la correzione del difetto riscontrato potrà essere eseguita solo da un centro assistenza. Anzi personalmente penso che sia meglio rivolgersi ad un centro assistenza autorizzato dal produttore.

Nella letteratura tecnica il problema che riguarda l’autofocus è detto FRONT – BACK FOCUS. Dopo aver identificato il punto di messa a fuoco e dopo aver scattata la foto se vediamo il risultato e ci accorgiamo che in realtà è stato messo a fuoco un punto un po’ più indietro o un po’ più avanti di quello che avevamo prefissato possiamo affermare che una parte del nostro corredo fotografico risente di questo problema. Il problema può essere dovuto sia al cattivo funzionamento della fotocamera (ad esempio si è verificato un danno in una microlente o nel sistema di taratura dell’autofocus) oppure dell’obiettivo utilizzato (ad esempio nel motore che controlla il gruppo delle lenti di autofocus).
Per capire il nostro problema possiamo operare con due metodi:

1) Le pile
Un metodo semplice ma efficace è quello delle pile (si può ovviamente utilizzare qualunque oggetto).
Con questo metodo possiamo fare una valutazione preliminare del problema.
Bisogna posizionare tre o più pile stilo in piedi orizzontalmente, ma a distanze diverse dalla fotocamera; la messa a fuoco dovrà essere puntata sulla pila più centrale della scena. Se nell’immagine finale vediamo correttamente messa a fuoco la pila centrale il problema non si presenta. Se il fuoco è spostato verso la pila posizionata all’inizio potremo parlare di front focus. Se il fuoco è spostato verso la pila posizionata alla fine potremo parlare di back focus.

2) La FOCUS-CHART

un metodo sicuramente più efficacie, ci permette di misurare sia l’errore che la sua entità, è quello che andiamo a descrivere

  • Si deve stampare su un foglio A4, il focus-chart (letteralmente grafico del focus) un disegno che permette di capire il problema. In rete si possono trovare decine di esempi già pronti e scaricabili gratuitamente. Personalmente ho trovato ottimo quello che stampato su un foglio di carta spessa permette di costruire facilmente un bersaglio a 45°. In figura n° 7 è riportato il focus-chart che ho prelevato su internet e che ho provveduto a stampare su un cartoncino; tagliando le linee predisposte si costruisce facilmente il bersaglio.

  • Posizionare il bersaglio davanti alla fotocamera (o posizionare il foglio su una superficie solida a 45 gradi).
  • Posizionare la fotocamera orizzontalmente utilizzando possibilmente un treppiede. (In alternativa posizionare il foglio su un piano orizzontale e la fotocamera inclinata di 45°, il risultato non cambia).
  • Mettere a fuoco in automatico sul punto centrale del foglio aprendo il diaframma al massimo e scattare la fotografia.

Un risultato corretto prevede che venga a fuoco precisamente il mirino posizionato al centro dell’immagine e una porzione del bersaglio; in caso contrario dobbiamo considerare che abbiamo un problema con le stesse caratteristiche dette nel caso precedente. Lo schema permette inoltre di misurare di quanto è errata la messa a fuoco e quindi l’entità del problema (possiamo anche vedere se la profondità di campo è uguale davanti o dietro al bersaglio).
Con questi mezzi ho verificato quanto detto in maniera molto semplice. Ho posizionato su un tavolo la fotocamera e davanti all’obiettivo il bersaglio. Per evidenziare meglio i problemi ho posto il bersaglio alla minima distanza del mio obiettivo e ho scattato la foto utilizzando la messa a fuoco automatica esattamente al centro del bersaglio. Nella letteratura viene consigliato di scattare la foto al doppio della distanza minima di messa a fuoco. in In figura n° 8 vediamo come sono state scattate le foto.

Si riesce a leggere che la sensibilità era impostata a 100 ISO, la focale era impostata a 4.0 (la minima per il Canon 24-105).

In figura n° 9 vediamo le foto scattate.

Nella prima (A)) possiamo vedere che il sistema autofocus (puntato esattamente al centro del bersaglio) funziona in modo ottimale. La scala graduata è perfettamente a fuoco dal valore -1 al valore 1, nonostante il valore del diaframma, come si vede nel particolare ingrandito. Per simulare, in modo evidente, cosa succederebbe nei casi errati ho disattivato la messa a fuoco automatica dell’obiettivo e lasciando la fotocamera ferma ho spostato il bersaglio di circa due centimetri in avanti (B)) o in dietro (C) ed in questo caso il particolare ci mostra l’errore massimo sulla scala, praticamente l’immagine è inservibile). Risulta così evidente che il nostro sistema fotografico sta funzionando in modo sbagliato. La prova è stata eseguita in modo semplice ma ci ha permesso di verificare il nostro sistema fotografico.

 

FRANCESCO

questo articolo è stato pubblicato sulla rivista FOTOGRAFARE 8 (Agosto) del 2014 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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2 Responses to “Back Front Focus”

  1. Francesca says : Rispondi

    Grazie

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