Почему основной датчик не используется вместо отдельного датчика AF для фокусировки зеркальной фотокамеры?

Из этого ответа я понимаю, что зеркальное зеркало зеркальной фотокамеры фактически не отражает весь свет, но передает определенное количество на датчик AF.

Поэтому, если зеркальное зеркало может пропускать свет, почему бы не использовать основной датчик (который находится непосредственно за зеркалом) для фокусировки?

Примечание .
В комментарии ниже к связанному ответу отмечается, что для датчика АФ требуется линза, чтобы фокусировать лучи света в соответствующем месте расположения датчика, так как он меньше основного датчика (курсив - мое собственное предположение). Если будет использоваться основной датчик, будет ли необходим этот дополнительный объектив?

Автофокус с обнаружением фазы работает путем измерения горизонтального смещения между шаблонами яркости, проецируемыми на датчик автофокусировки. Для измерения смещения используются пары одномерных массивов монохромных пикселей. Вот как выглядит датчик автофокусировки в Canon 5D mkIII:

Вы можете видеть множество разных линий пикселей, используемых различными выбираемыми пользователем точками автофокусировки. В принципе, вы можете использовать пиксельные линии на основном датчике изображения, чтобы выполнять точно такую ​​же работу.

Этот подход имеет несколько преимуществ:

• Вы не столкнетесь с какими-либо проблемами, если датчик основного изображения и датчик автофокусировки смещены, так как они совпадают.

• Вы избегаете сложности вторичных зеркал и стоимости самого чипа AF.

Есть недостатки в использовании основного датчика.

В комментарии под связанным ответом отмечается, что для датчика автофокусировки требуется объектив, чтобы фокусировать лучи света в соответствующем месте расположения датчика, так как он меньше основного датчика (курсив - мое собственное предположение)

Ваше предположение не совсем верно. Дело не в том, чтобы иметь меньший датчик AF, «линзы» AF на самом деле представляют собой одну линзу с волнообразным профилем «B». Этот объектив фокусирует свет, поступающий с обеих сторон объектива, на разные части датчика автофокусировки.

Вам все равно понадобится какой-то объектив, чтобы выполнять эту работу при использовании основного датчика изображения, и он должен будет отклоняться при съемке фотографии вместе с зеркальным зеркалом, что требует сложного механического расположения внутри камеры. Это главный недостаток этого подхода, хотя есть и другие препятствия:

• Пиксели датчика изображения находятся за массивами цветовых фильтров, которые уменьшают количество света, которое достигает их, до двух третей. Это может потенциально снизить производительность при слабом освещении, однако это позволит вам выполнить фазовое согласование по цвету для меньшего количества ложных результатов (вы, скорее всего, ошибочно воспринимаете один фрагмент детали с переднего плана с фрагментом детали, например, из фона). Также цвет может быть использован для облегчения отслеживания).

• Размер, расстояние и чувствительность пикселей будут различаться между двумя датчиками, поэтому выполнение обоих с одним датчиком означает необходимость компромисса.

• Основной датчик должен был бы быть включен в течение намного более длительных периодов, заставляя больше энергии расходоваться от батарей. Как указывает Стэн, затвор также должен быть открыт во время автофокусировки, поэтому закрытие его перед выполнением экспозиции может привести к задержке.

• Наконец, фазовое обнаружение AF предшествует датчикам цифровых изображений, поэтому все технологии и инструменты для выполнения AF с использованием отдельного датчика уже существуют и хорошо разработаны.

Однако производители разработали несколько иной способ фазы обнаружения AF , который делает использовать основной датчик. Он был разработан для беззеркальных камер, у которых нет опции выделенного датчика автофокуса и которые традиционно основывались на более медленном методе обнаружения контраста с использованием основного датчика.

Вместо пары линз АФ на пути прохождения света для направления света с обеих сторон линзы на разные части датчика АФ можно использовать пары обычных микролинз с затемненными чередующимися половинами, чтобы получить аналогичный эффект (пиксели с левой стороны наполовину пустые будут в основном получать свет с правой стороны объектива и наоборот).

Это позволяет использовать гибридный подход AF с использованием комбинации фазы (чтобы приблизиться к правильному фокусу) и обнаружения контраста (для точной настройки результата).

скорость

Скорость, вероятно, является основной причиной, по которой датчик изображения не используется для фокусировки в большинстве зеркалок. АФ была разработана в конце эпохи кино, поэтому использование «сенсора» (пленки) для фокусировки не было возможным. Большинство систем автофокусировки с фазовым детектированием были «разомкнутыми» для скорости, превышающей точность. Только недавно крупные производители фотоаппаратов начали разрабатывать системы объектив / корпус, которые используют «замкнутый контур» связи между корпусом и объективом во время фазовой автофокусировки. Это позволило системам обнаружения фазы приблизиться, а в некоторых случаях к точности, обнаружению контраста AF. Хотя АФ с обнаружением контраста с использованием основного датчика улучшается по скорости, поскольку это многоступенчатый процесс, требующий нескольких циклов «перемещение и измерение», он все же медленнее, но обычно он также более точен.

Хотя могут быть редкие исключения, все известные мне зеркальные камеры все еще используют механические жалюзи. Это означает, что основной датчик изображения закрыт во время фокусировки и экспозамера. Было несколько беззеркальных моделей, которые имеют только второй шторный затвор, но с технической точки зрения они не являются зеркальными фотокамерами.

Чтобы использовать основной датчик для определения фазы АФ, для фокусировки потребуется открыть затвор, после чего первая шторка закроется, а затем снова откроется, чтобы экспонировать изображение, после которого вторая шторка закроется. Даже при съемке со скоростью 8+ кадров в секунду наиболее продвинутые зеркалки фокусируются между каждым снимком (если это указано в настройках, выбранных пользователем). В настоящее время зеркалки сбрасывают обе шторы одновременно, в то время как зеркало циклически переключается и фокусируется. Чтобы использовать датчик изображения для фокусировки, первая шторка должна оставаться открытой до тех пор, пока зеркало не опустится вниз, и камера не достигнет блокировки фокуса, тогда остальная часть камеры должна будет ждать закрытия первой шторки и поглощения энергии. датчиком во время фокусировки, очищенным до того, как первая шторка может открыться, чтобы начать экспонирование изображения. Это замедлило бы весь процесс, когда целой точкой AF обнаружения фазы является скорость. С другой стороны, автофокус с обнаружением контраста, используемый во время Live View, в котором для фокусировки используется основной датчик изображения, обычно более точный, но медленный.

Основной датчик в DSLR имеет только одну функцию и одну функцию, и это для записи изображения, и это очень и очень хорошо.
Компромисс в этом случае путем добавления дополнительной электроники может ухудшить качество и производительность, так зачем делать это, когда есть совершенно хорошие специальные датчики?
Кроме того, зеркальные фотоаппараты возникли из пленочных зеркальных фотоаппаратов, в которых, конечно, не было встроенных электронных устройств, которые могли бы быть извращены для этой цели.

Специализированные устройства работают лучше и эффективнее в том, что они делают.

Датчики автофокуса, используемые в зеркальных фотокамерах, отлично настроены для быстрой автофокусировки и до очень низких уровней освещенности.

Если бы вы использовали основной датчик для автофокусировки, у вас было бы два варианта:

• Внедрите автофокус с обнаружением контраста, который потребляет огромное количество энергии, но на самом деле более точный, чем фазовый детектор. Однако функция Contrast-Detect требует перемещения элементов фокусировки вперед и назад очень мелкими шагами, что не является оптимальным для современных объективов DSLR.
• Реализация Phase-Detect on-sensor, которая возможна, но гораздо менее точна, чем использование выделенного датчика, поскольку часть изображения датчика ограничивает ваши возможности.

Реальность такова, что зеркало пропускает свет только в некоторых областях, и большая его часть полностью отражающая, что дает вам яркий обзор.

У Sony есть SLT-камеры, которые имеют по-настоящему полупрозрачное зеркало (30% / 70%), что является их решением для одновременной работы с режимами Live-View и Phase-Detect Autofocus. Это позволяет им использовать специальный датчик определения фазы для ускорения автофокуса и предотвращения движения объектива назад и вперед, что ужасно для видео. Датчик действительно теряет некоторое количество света, попадающего на него, поэтому он должен быть более чувствительным для получения того же эффективного значения ISO, что является недостатком, когда речь идет о качестве изображения. Отраженный вверх свет слишком тусклый, чтобы сделать хороший оптический видоискатель, поэтому они должны были соответствовать EVF.

Проще говоря, по той же причине, по которой вы не едете на полуторке на работу утром (если вы не дальнобойщик). Датчик АФ может выполнять свою работу лучше, когда ему не приходится конкурировать с датчиком изображения по площади поверхности. Датчики имеют различную природу, и хотя есть некоторые конструкции, которые включают в себя датчики AF в датчике формирования изображения, это означает, что области датчика формирования изображения не захватывают видимый свет, попадающий в эти области, а мог бы.

Существуют гибридные датчики, которые могут выполнять как автофокусировку, так и распознавание света для изображения, но они, как правило, не выполняют никакой работы, также как и специальный датчик для обоих. Это может быть не так много, но достаточно, что если вы пытаетесь получить лучшую автофокусировку и наилучшее качество изображения, какие только можете, отдельные датчики по-прежнему работают лучше.

Одна из возможных причин, которая не имеет ничего общего с автофокусом, заключается в том, что датчик изображения должен быть очищен от всех зарядов перед съемкой изображения. Использование основного датчика изображения для автофокусировки / композиции, как это делается для всех камер в режиме реального времени (в большинстве случаев беззеркальных), требует, чтобы датчик был выключен и очищен от заряда перед съемкой изображения, в противном случае вы могли бы живое изображение на снятом изображении.

Это одна из причин задержки срабатывания затвора только в режиме реального времени. DSLR не зависят от liveview.

И нет, если вы используете основной датчик для AF, то вам не нужно иметь отдельную световую дорожку / линзу для отдельной матрицы AF. Беззеркальные камеры намного проще, чем зеркальные фотокамеры, потому что нет зеркального блока в сборе и нет необходимости в отдельных массивах AF и датчиков экспозиции и световых трактах.

В своем блоге «Смерть dSLR» Мин Тейн по своему личному опыту разборки оценивает, что у беззеркальных камер меньше деталей на 60–70%, чем у dSLR.