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Warum arbeiten Kontrast-Autofokusse immer als "Liniensensor"?

beiti

Themenersteller
Als die ersten SLRs mit Phasen-Autofokus auf den Markt kamen, hatten sie nur Liniensensoren. Das galt damals klar als Nachteil (obwohl man das Richtungs-Problem vorher mit den Schnittbildern ja auch schon hatte). Als großer Fortschritt wurde gefeiert, als schließlich die ersten SLRs mit Kreuzsensor erschienen. Noch heute wird bei jeder DSLR-Neuvorstellung erwähnt, wieviele der Sensoren Kreuzsensoren sind und wieviele "nur" Liniensensoren.

Die Kontrast-AF-Systeme sämtlicher Kompakt- und Systemkameras, die ich jemals probiert habe, arbeiten aber ausschließlich als "Liniensensoren". (Ich schreibe das in Anführungszeichen, weil es ja nicht wirklich einzene Sensoren sind, sondern Teilbereiche des Sensors.)
Das kann man leicht testen, indem man z. B. eine waagerechte Linie auf ein weißes Blatt Papier malt und versucht, darauf zu fokussieren. Es klappt nicht - außer, man dreht die Kamera etwas.

Jetzt mag man argumentieren, das sei beim Kontrast-AF nicht so schlimm, weil man ja dafür die Messbereiche größer machen oder notfalls die komplette Sensorfläche zum Messen nutzen kann, so dass fast immer etwas Messbares "erwischt" wird. Okay, kann man so sehen.

Mir geht es aber um den technischen Hintergrund. Ich frage mich, warum das so ist. Was ist der technische Grund?
Nach meinem Verständnis pegelt ein Kontrast-AF so lange den Fokus ein, bis sich der optimale Bildkontrast ergibt. Ich verstehe nicht, warum das nur mit senkrechten Strukturen klappt und nicht mit waagerechten. Besteht vielleicht ein Zusammenhang mit der Auslese-Richtung des Sensors?
 
Ist das wirklich so?

Ich weiss nur, dass die PDAF Sensoren von spiegellosen Kameras bisher immer noch reine Liniensensoren sind, wie anno dunnemal die DSLR Sensoren.

Bei CDAF hätte ich gedacht, es werden komplette Flächen genommen.
 
Konkret ausprobiert habe ich es mit folgenden Modellen:

- Canon Powershot S100
- Sony RX10
- Sony RX100
- Nikon D7000 (LiveView-AF)
- Nikon D600 (LiveView-AF)
- Panasonic FZ1000
- Panasonic G70
- Nikon 1 J1

Von denen kann ich definitiv sagen, dass sie auf die besagte waagerechte Linie nicht scharfstellen können.
In der Praxis spürt man das zum Glück nur selten, weil "echte" Motive meist nicht nur aus Linien bestehen; da ist dann immer noch irgendein Fliegendreck da, an dem sich der AF festbeißen kann. Am häufigsten habe ich es in schlechtem Licht bemerkt, weil dann die Treffsicherheit der Kontrast-Autofokusse insgesamt nachlässt.
 
PDAF/CDAF ?
Laß uns an deinem Wissen bitte teilhaben.
 
Ich kenne das auch. Waagerechter Horizont z.B. am Meer ging gar nicht, da mußte ich meine S45 immer schräg halten, damit sie fokussiert. Das hängt vermutlich damit zusammen, daß der Sensor zeilenweise ausgelesen wird. Wird eine waagerechte Zeile von einer senkrechten Kontrastlinie durchschnitten, gibt es einen Ausschlag im Auslesesignal, der um so steiler ist, je besser die Kante fokussiert ist. Maximale Steilheit = maximaler Kontrast = optimal fokussiert. Eine waagerechte Kontrastkante dagegen gibt in einer waagerechten Zeile keinen Signalausschlag. Man könnte vielleicht jeweils die entsprechenden Punkte benachbarter Zeilen vergleichen, doch das wäre wohl ein beträchtlicher Rechenaufwand, der nur den Autofokus verlangsamen und gleichzeitig die Kamera verteuern würde
 
PDAF = phase detection AF
CDAF = contrast detection AF


zum eigentlichen Thema:
Könnte es sein, dass es daran liegt, dass eine Sensorzeile auszulesen einfach viel schneller geht, als eine Zahl vertikaler Sensorzeilen, die für eine Kreuzsensorik erforderlich wäre? Bei vielen, über einen Großteil der Sensorfläche verteilten AF-Punkten müsste hierfür ja fast der gesamte Sensor ausgelesen werden, was vermutlich einen äußerst gemächlichen AF zur Folge hätte.
 
Ich hab's eben kurz bei 2 Kameras ausprobiert und kann da keinen Unterschied horizontal oder vertikal sehen. Klappt so wie erwartet.
 
Ich habe das mit meinen aktuellen Kameras jetzt nochmal genauer analysiert und muss mich etwas korrigieren:

Der LiveView-AF der Nikon D600 und der AF der Sony RX100 (I) arbeiten tatsächlich als reine Liniensensoren - auch unter gutem Licht. Hier stimmt die These also.

Bei der Panasonic G70 ist die Sache etwas komplizierter, so dass ich mich zuerst hatte täuschen lassen. Unter schlechtem Licht bekommt man waagerechte Strukturen nicht fokussiert, genau wie bei den anderen Kameras. Ab einer gewissen Helligkeit jedoch klappt es - wenn auch deutlich langsamer als im Fall von senkrechten Strukturen.
Also der berühmte schnelle "Depth From Defocus"-AF greift offenbar nur mit senkrechten Strukturen, während die Kamera im Fall waagerechter Strukturen auf einen langsameren Kontrast-AF zurückschaltet und sich auf das Schärfe-Ziel "einpendeln" muss. Aber immerhin geht es noch.
(Es ist jetzt auch nicht so fürchterlich langsam wie der LiveView-AF bei Nikon, sondern geht immer noch in unter 1 Sekunde. Je nach Motiv fällt der Unterschied vielleicht gar nicht auf.)

Das bestätigt wohl die These von Mi67, dass es was mit der zeilenweisen Sensor-Auslesung bzw. dessen Auslöse-Geschwindigkeit zu tun hat. Jetzt wäre interessant, ob es nur CMOS-Sensoren betrifft, oder ob früher die Kompakten mit CCD-Sensoren auch schon waagerechte Strukturen ignorierten. (Leider habe ich keine CCD-Kompakte mehr hier, mit der ich es probieren könnte.)
 
(...)
Das bestätigt wohl die These von Mi67, dass es was mit der zeilenweisen Sensor-Auslesung bzw. dessen Auslöse-Geschwindigkeit zu tun hat. Jetzt wäre interessant, ob es nur CMOS-Sensoren betrifft, oder ob früher die Kompakten mit CCD-Sensoren auch schon waagerechte Strukturen ignorierten. (Leider habe ich keine CCD-Kompakte mehr hier, mit der ich es probieren könnte.)

Das CMOS Pixel für Pixel ausgelesen wird, sollte keinen Einfluss auf die Phasendetektion haben, da die benötigten Informationen eigentlich sogar schneller für einen horizontalen Vergleich ermittelt werden sollten. Vielmehr denke ich, dass ein Algorithmus für eine einachsige Erfassung des Kontrastes schneller/effizienter abgearbeitet werden kann und vertikal in der Praxis die bessere Detektion liefert.

Vermutlich entschieden sich viele Firmen bewusst für einen (etwas) schnelleren, dafür in manchen Situationen (etwas) unzuverlässigeren AF.

Was in der Praxis für die meisten auch Sinn machen sollte...es sei denn man fotografiert Linien auf weißem Papier:ugly:
 
3 Kameras getestet:
Oly XZ 2 bekommt es nicht hin
Nikon P7800 kann es auch nicht
Samsung NX 300 kann die horizontale Linie sicher scharfstellen mit einem 45mm f1,8, bei mir ohne Ausnahme.
Mit einem 12-24mm und einem PZ 16-50mm gibt es Problemfälle.
Ich habe das bei relativ schummrigen Licht gemacht.
Ich vermute, dass im Falle des 45mm f1,8 die hohe Auflösung von Kamera und Objektiv selbst in dem sauber gezogenen Strich soviel Struktur findet, dass der Strich für die Kamera keine mathematische Linie, sondern ein Fransenobjekt darstellt. In der Praxis hatte ich bisher keine Probleme, weil offensichtlich ein kleiner Anteil an nicht linear-horizontaler Feinstruktur ausreicht, damit der AF etwas zum Festbeissen findet. Das theoretische Problem bleibt aber so bestehen.
Auf jeden Fall Danke für den Hinweis, beiti, im Zweifelsfall halt aufpassen.
Grüsse aus der Eifel
maro
 
Das CMOS Pixel für Pixel ausgelesen wird, sollte keinen Einfluss auf die Phasendetektion haben, da die benötigten Informationen eigentlich sogar schneller für einen horizontalen Vergleich ermittelt werden sollten. Vielmehr denke ich, dass ein Algorithmus für eine einachsige Erfassung des Kontrastes schneller/effizienter abgearbeitet werden kann und vertikal in der Praxis die bessere Detektion liefert.

Vermutlich entschieden sich viele Firmen bewusst für einen (etwas) schnelleren, dafür in manchen Situationen (etwas) unzuverlässigeren AF.
CMOS wandelt lediglich vor Ort Ladung in Spannung. Ausgelesen ist damit noch gar nichts. Auch CMOS-Sensoren werden zeilenweise ausgelesen. Jeder kennt den "rolling shutter"-Effekt!

In welche Richtung ausgelesen wird, kann der Sensorhersteller definieren, so wie er es mag. In der Regel aber wird in der Horizontalen ausgelesen. Kontraste kommen hierbei nur dann zustande, wenn die zu fokussierende Struktur nicht ebenfals eine horizontale Ausrichtung hat.
 
können deine Kameras scharfstellen wenn du eine Hälfte vom Blatt komplett schwarz machst?
Hab's jetzt noch nicht getestet, aber meine Vermutung aufgrund bisheriger Erfahrungen wäre: Es geht, wenn die Trennlinie schräg oder vertikal ist, aber nicht, wenn sie genau horizontal ist.
 
mach den Test mal wenn du Zeit hast (mit dem CDAF, bei PDAF wäre es witzlos), vieleicht kommt der AF Algorithmus mit den zwei dicht hintereinander kommenden Kontrastkanten nicht klar.
 
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