Die Welt aus Sicht eines AF Sensors

[Nightshot]

Schade dass Dein Sensor die äussere Strahlenteiler für die f/2.8er Sensoren nicht mit abdeckt - es wäre interessant zu sehen wie hier der Unterschied zu den f/5.6ern ausfällt...

Klar deckt mein Sensor auch die 2,8er Felder ab, aber man lernt daraus nicht viel Neues. Es wackelt nun doppelt so weit, dafür diagonal da die Felder so angeordnet sind.





Was man bei den ganzen Bildern nicht vergessen darf, mein Sensor der die ganzen Bilder hier gemacht hat hat 2,2 x 2,2 µm große Pixel, der eigentliche AF Sensor aber 14,3 x 125µm. Das Bild das der AF sieht hat also eher diesen Charakter.

 

[Gast_19809]

Was man bei den ganzen Bildern nicht vergessen darf, mein Sensor der die ganzen Bilder hier gemacht hat hat 2,2 x 2,2 µm große Pixel, der eigentliche AF Sensor aber 14,3 x 125µm. Das Bild das der AF sieht hat also eher diesen Charakter.

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Müssten für die f/2.8er AF-Sensoren diese Zellen nicht diagonal ausgerichtet sein, oder besteht das Diagonal-Kreuz aus horizontalen Zellen die jeweils versetzt angeordnet sind?

 

[IcheBins]

Nightshot,

in tiefster Verneigung meinen herzlichen Dank für diese Veröffentlichung.

Das Lesen erfordert Anstrengung, wird dafür aber mit reichlich Erkenntnis entlohnt.


Grüße,
IcheBins

@scorpio: Diesen Artikel könnte doch gleich im nächsten Newsletter beworben werden.

 

[Nightshot]

Müssten für die f/2.8er AF-Sensoren diese Zellen nicht diagonal ausgerichtet sein, oder besteht das Diagonal-Kreuz aus horizontalen Zellen die jeweils versetzt angeordnet sind?

Die Pixel der 2,8er Sensoren sehen so aus, wäre nur sehr viel Handarbeit gewesen das so im Bild umzusetzen.

 

[Nightshot]

An meiner 7D zum Beispiel funktionieren die meisten meiner mittlerweile recht zahlreichen Objektive zufriedenstellend, nur das 24 1.4 II ist auch nach zweimal Service für den Schnappschussbetrieb nicht wirklich einsetzbar....
Das gleiche Objektiv an der alten 5D und ich kann Wimpern und Berge scharfstellen, nur nicht sehr schnell ;-).

Ich versuche mal etwas Licht ins Dunkel zu bringen, auch wenn es hier jetzt recht Canon spezifisch wird. Auf dem Bild habe ich mal eingezeichnet durch welchen Bereich der Frontlinse die AF Messung passiert und das für unterschiedliche AF Module und Bereiche.



Früher gab es nur die klassischen 2,8er und 5,6er Liniensensoren und das war über viele Jahre inkl. der 5DII ausreichend. Mit Einführung der EOS1 wurde auch ein neues Area AF Modul eingeführt, das nicht Linen sondern Flächen miteinander vergleicht und auch einen geänderten Strahlengang hat. Ab dem Zeitpunkt hat man im Objektiv nicht nur Justagepunkte für die klassischen 2,8er und 5,6er Sensoren hinterlegt, sondern auch noch die für die Area Sensoren. Mit der 40D wurde der klassische AF Sensor noch um die 2,8er diagonalen Sensoren erweitert und da auch die durch andere Stellen im Objektiv sehen bräuchten die auch wieder andere Justagewerte.

Die AF Systeme wurden immer mehr erweitert und verbessert, aber die älteren Optiken können nicht alle benötigten Werte liefern, daher wird bei Fehlen eines Wertes der herangezogen, der dem Gesuchten am ehesten entspricht.

Leider gibt es keine Liste welche Objektive welchen Befehlssatz beherrschen und um die Verwirrung noch zu vergrößern, Canon ändert während der Produktion auch schon mal die Elektronik und plötzlich kann das neu ausgelieferte Objektiv mehr als das Alte, obwohl es immer noch die gleiche Bezeichnung trägt.

 

[All-Ex]

Ich versuche mal etwas Licht ins Dunkel zu bringen...

Sehr anschaulich, vielen Dank für Deine Erklärungen! Deine Beiträge sind wirklich eine enorme Bereicherung fürs Forum

 

[UnclePat]

Verstehe ich es dann richtig, dass die 7D die gruenen und gelben Sensoren hat, die 5D und prae-40D 2stelligen die gruenen und roten und die 1er die blauen/rosa?

Wie verhaelt es sich mit der Messbasis der 1er Flaechensensoren in der Horizontalen/Vertikalen? So wie es in deiner Skizze dargestellt ist waere die ja deutlich unterschiedlich fuer die 5.6er und 2.8er...

Wo liegen die f8er-Liniensensoren der 1er? zwischen den blauen?

Sorry, falls ich zu viele Fragen stelle... du hast mich neugierig gemacht...

 

[Nightshot]

Verstehe ich es dann richtig, dass die 7D die gruenen und gelben Sensoren hat, die 5D und prae-40D 2stelligen die gruenen und roten und die 1er die blauen/rosa?

Korrekt.

Wie verhaelt es sich mit der Messbasis der 1er Flaechensensoren in der Horizontalen/Vertikalen? So wie es in deiner Skizze dargestellt ist waere die ja deutlich unterschiedlich fuer die 5.6er und 2.8er...

Ist wie bei den Liniensensoren ein Faktor 2.

Wo liegen die f8er-Liniensensoren der 1er? zwischen den blauen?

Es gibt keine speziellen f8 Sensoren bei der 1er. Wenn genau hin schaust wirst sehen, dass die area Bereiche weiter innen liegen als die der Liniensensoren. Durch die verkleinerte Messbasis ist daher der 5,6er Bereich in der Mitte noch bei f8 ausgeleuchtet und der 2,8er Bereich in der Mitte noch bei f4 aktiv.

 

[UnclePat]

Danke, das ist wirklich aufschlussreich!

Nur diese Frage:

Wie verhaelt es sich mit der Messbasis der 1er Flaechensensoren in der Horizontalen/Vertikalen? So wie es in deiner Skizze dargestellt ist waere die ja deutlich unterschiedlich fuer die 5.6er und 2.8er...

is dadurch:

Ist wie bei den Liniensensoren ein Faktor 2.

nicht wirklich beantwortet.

Ich habe meine Frage vielleicht etwas uneindeutig formuliert. Wahrscheinlich habe ich auch etwas in der Zeichnung missverstanden.

In der Zeichnung sieht es so aus, als ob die areas nicht in Kreuzform angeordnet waeren, sondern eher in Linienform. Die 5.6er vertikal und die 2.8er horizontal. Ist das wirklich so oder gibt es jeweils noch ein um 90 Grad versetztes Paar Sensoren, die einen Kreuzsensor ergeben, aber einfach nur nicht eingezeichnet sind?

Ansonsten (wenn deine Zeichnung die Groessenverhaeltnisse einigermassen widerspiegeln) haette man ja z.B. mit einer 5.6er Linse nur eine sehr kleine Messbasis in der horizontalen... Zwar nicht vollstaendig unempfindlich auf vertikale Kontrastkanten wie ein Liniensensor, aber doch mit deutlich reduzierter Praezision.

 

[Gast_19809]

In der Zeichnung sieht es so aus, als ob die areas nicht in Kreuzform angeordnet waeren, sondern eher in Linienform. Die 5.6er vertikal und die 2.8er horizontal. Ist das wirklich so oder gibt es jeweils noch ein um 90 Grad versetztes Paar Sensoren, die einen Kreuzsensor ergeben, aber einfach nur nicht eingezeichnet sind?

Ansonsten (wenn deine Zeichnung die Groessenverhaeltnisse einigermassen widerspiegeln) haette man ja z.B. mit einer 5.6er Linse nur eine sehr kleine Messbasis in der horizontalen... Zwar nicht vollstaendig unempfindlich auf vertikale Kontrastkanten wie ein Liniensensor, aber doch mit deutlich reduzierter Praezision.

Die Flächensensoren der 1er sind bei f/5.6 durchwegs nur noch Liniensensoren, selbst bei der 1DIV bleiben nur bis f/4 (und das nicht bei allen Objektiven) die Kreuzsenoren aktiv, bei älteren 1ern sogar nur bis f/2.8. Bei f/8 bleibt bei allen nur ein einziger (ein eben so gerade eben nicht abgeschatteter f/5.6er) Liniensensor in der Mitte übrig.

 

[UnclePat]

Die Flächensensoren der 1er sind bei f/5.6 durchwegs nur noch Liniensensoren, selbst bei der 1DIV bleiben nur bis f/4 (und das nicht bei allen Objektiven) die Kreuzsenoren aktiv, bei älteren 1ern sogar nur bis f/2.8. Bei f/8 bleibt bei allen nur ein einziger (ein eben so gerade eben nicht abgeschatteter f/5.6er) Liniensensor in der Mitte übrig.

Danke, das wusste ich nicht!

 

[Nightshot]

Die Flächensensoren der 1er sind bei f/5.6 durchwegs nur noch Liniensensoren

Hier fallen einige Begriffe durcheinander. Ein Flächensensor bleibt ein Flächensensor, auch wenn er nur horizontal empfindlich ist. Ein Flächensensor besteht aus vier klassischen Liniensensoren, die parallel angeordnet sind und gegeneinander um 1/4 Pixel versetzt sind. Dadurch hat er eine deutlich höhere effektive Auflösung, verglichen mit einem normalen Liniensensor.

 

[Gast_19809]

Hier fallen einige Begriffe durcheinander. Ein Flächensensor bleibt ein Flächensensor, auch wenn er nur horizontal empfindlich ist. Ein Flächensensor besteht aus vier klassischen Liniensensoren, die parallel angeordnet sind und gegeneinander um 1/4 Pixel versetzt sind. Dadurch hat er eine deutlich höhere effektive Auflösung, verglichen mit einem normalen Liniensensor.

Gilt das für alle der auswählbaren AF-Punkte der 1er?
Eine analoge Technik, die Präzision hochzusetzen, ist ja auch bei der 7D für drei der horizontalen Liniensensoren eingesetzt worden, nämlich den zentralen, den obersten und untersten der mittleren Spalte.

 

[jusaca]

Geniale Ausführungen, saubere Arbeit.

Aber bei der Betrachtung, wie viel Licht auf den AF-Sensor fällt, reicht es doch nicht die Blende auf den Wert 29 zu bestimmen.
Muss man da nicht noch einrechnen, dass die Spiegel semipermeabel sind und somit nur einen Teil des Lichts auf den Sensor fällt? Der Rest läuft schließlich durch den Sucher.

 

[Nightshot]

Gilt das für alle der auswählbaren AF-Punkte der 1er?

Ja für alle, wobei der 2,8er Block etwas weniger Zeilen hat.

Eine analoge Technik, die Präzision hochzusetzen, ist ja auch bei der 7D für drei der horizontalen Liniensensoren eingesetzt worden, nämlich den zentralen, den obersten und untersten der mittleren Spalte.

Nennt Canon Zigzag Line und sind zwei um 1/2 Pixel versetze Linien. Wenn dir die Bilder in Post 1 und 2 ansiehst müssten aber alle 5 in dieser Linie angeordneten AF Punkte von der Technik profitieren.

Aber bei der Betrachtung, wie viel Licht auf den AF-Sensor fällt, reicht es doch nicht die Blende auf den Wert 29 zu bestimmen.
Muss man da nicht noch einrechnen, dass die Spiegel semipermeabel sind und somit nur einen Teil des Lichts auf den Sensor fällt? Der Rest läuft schließlich durch den Sucher.

Vollkommen richtig, da geht noch mal einiges an Licht "verloren". Ich habe leider keine genauen Zahlen, aber ich glaube die Aufteilung ist 60% zum Sucher und 40% für den AF.

 

[Spacemarine2009]

Super informativer Thread, danke!

Eine Frage: Entspricht die Position der Strahlenbündel auf der Frontlinse, der Position der Strahlenbündel beim Durchgang durch die Blende?

 

[Lea.J]

ein wirklich sehr guter beitrag... endlich kann ich mir auch mal anschaulich ansehen, was ich mir seit langem immer nur probiert hab vorzustellen

... bzgl. der erkennung nur kleiner aus den Randbereichen des Objektivs stammender Strahlen war mir alles klar

... aber dass die Messbasis auf blende 29 arbeitet um in einem Möglichst großen verstellweg der Fokusierung noch genügend kontrast für die erkennung der Phasenverschiebung hat, erklärt für mich auch wieso gerade in Rötlichem Licht der AF unpräziser wird und irgendwann versagt.

längerwellige strahlen werden stärker gebeugt und streuen somit mehr auf dem sensor... der sensor verliert also nicht nur durch eine zu geringe beleuchtung und dem damit einhergehendem Rauschen an Kontrast, sondern auch allein durch die Lichtzusammensetzung

@nightshot: du hast nicht zufällig die möglichkeit ein schwarzweißes Objekt oder bedrucktes blatt mal ausschließlich in rot blau und grün zu beleuchten?

... die farben sind eigenlich egal, nur sollte eben was schön langwelliges und was kurzwelliges an licht darunter sein
... das bild würde, da ja schwarz weiß, auf allen aufnahmen gleich aussehen und die beleuchtungshelligkeit müsste auch so gesteuert werden dass die bilder bei gleicher belichtungszeit und verstärkung gleich hell sind

... an der stelle müsste sich dann zeigen, dass die z.b. blau beleuchteten bilder kontrastreicher als die rot beleuchteten sind.

... dann könnte man dann auch mit dem mythos aufräumen, dass man an der AF-Schwäche in Monochrom-Langwelligem Licht nichts ändern kann.
Wenn die blende der messbasis größer gestaltet würde, würde zwar die allgemeine Präzision etwas leiden (der zur messung der Phasenverschiebung nötige Kontrast würde nur noch in einem schmaleren entfernungsband zur verfügung stehen und die messbasis würde geringfügig kleiner) aber die Beugungsproblemmatik würde reduziert werden.

... leider spielt an der stelle aber auch das objektiv noch mit rein, welches für unterschiedliche Farben meist unterschiedlich gut korrigiert ist

... ich halte für mich fest:
will ich als AF-Modul aus größerer fehlfokuslage erkennen wo ich mit meinem fokus hinsteuern muss, so muss die Blende der Sensoren kleiner werden und somit eine größere Schärfentiefe liefern
... das bringt geschwindigkeit und minimal mehr genauigkeit (genauigkeit kommt ja hautpsächlich von dem abstand der messpunkte zueinander, bzw. der darin eintreffenden Strahlen)
... also mehr geschwindigkeit -> mehr probleme bei langwelligem Licht

ist die blende größer, muss das objektiv eher mal nen suchlauf starten um überhaupt erstmal ne Fokuslage mit genügend kontrast zu finden... zudem muss die schärfe langsamer verfahren werden, da der Bereich in dem der minimal nötige Kontrast erreicht wird, kleiner ist und damit auch schneller überfahren
... letzteres könnte man durch höhere abtastrate und verarbeitungsgeschwindigkeit eindämmen
... ersteres dadurch das die kammera weiß wo sie mit dem Fokus steht und auf grund der Schärfentiefe also z.b. errechnen kann dass sie einen hochgenugen kontrast in richtung unendlich haben müsste und sie folglich erstmal im nahbereich suchen muss, wenn sie bei messbeginn keinen ausreichend starken kontrast hat

EDIT: zumindest bei Pentax wird die aktuelle Fokuslage des Objektivs meines Wissens nach nicht erfasst, sondern nur die Endpunkte (hab mein Kit schon mal zu 100% demontiert)... weswegen pentax leider keine richtung für den Fokusiervorgang vorgeben kann, wenn der AF-Sensor nur matsche sieht ... man wird folglich die Blende der Messeinheiten verkleinert haben um bei mehr situationen direkt ein messfähiges bild auf dem Sensor zu haben und dann direkt die zielposition anfahren zu können... folgerichtig hätte sich das Kunstlicht problem bei Pentax dadurch verstärkt

 

[Frank Klemm]

Super informativer Thread, danke!

Eine Frage: Entspricht die Position der Strahlenbündel auf der Frontlinse, der Position der Strahlenbündel beim Durchgang durch die Blende?

Nur näherungsweise.

Bei Teleobjektiven stimmt die Näherung recht gut, bei Weitwinkelobjektiven stimmt die Näherung dagegen überhaupt nicht mehr.

Abschätzen kann man das durch Vergleich der Größe der Frontlinse mit der Größe der effektiven Blende (Brennweite durch Blendenzahl).

Weiterhin muß man berücksichtigen, daß die (mechanische) Blende nicht die Größe der Eintrittspupille haben muß, sie kann sowohl größer wie auch kleiner sein.
Nur bei klassischen Objektiven (weder Retrofokus noch Gallilei'sches Teleobjektiv) stimmen beide Größen recht gut überein.

(cc-by-sa, Jos. Schneider Optische Werke GmbH)

Die Blendenebene befindet sich zwischen der 4. und der 5. Linse.

 

[Nightshot]

längerwellige strahlen werden stärker gebeugt und streuen somit mehr auf dem sensor... der sensor verliert also nicht nur durch eine zu geringe beleuchtung und dem damit einhergehendem Rauschen an Kontrast, sondern auch allein durch die Lichtzusammensetzung

Klar, bei Blende 29 schrillen gleich alle Alarmglocken, aber vergiss nicht, die Pixel haben an der kleinsten Seite immer noch 14µm Pixellänge und bei der Auflösung ist selbst für rotes Licht die Beugung noch nicht das große Thema.

du hast nicht zufällig die möglichkeit ein schwarzweißes Objekt oder bedrucktes blatt mal ausschließlich in rot blau und grün zu beleuchten?

Steht fest auf meinem Plan, ich brauche nur noch eine gute Halterung.

... leider spielt an der stelle aber auch das objektiv noch mit rein, welches für unterschiedliche Farben meist unterschiedlich gut korrigiert ist

Und genau das ist der springende Punkt, in Verbindung, dass die spektrale Empfindlichkeit vom Bildsensor anders als die vom AF Sensor ist. Aber dazu später mal mehr.

ist die blende größer, muss das objektiv eher mal nen suchlauf starten um überhaupt erstmal ne Fokuslage mit genügend kontrast zu finden... zudem muss die schärfe langsamer verfahren werden, da der Bereich in dem der minimal nötige Kontrast erreicht wird, kleiner ist und damit auch schneller überfahren
... letzteres könnte man durch höhere abtastrate und verarbeitungsgeschwindigkeit eindämmen
... ersteres dadurch das die kammera weiß wo sie mit dem Fokus steht und auf grund der Schärfentiefe also z.b. errechnen kann dass sie einen hochgenugen kontrast in richtung unendlich haben müsste und sie folglich erstmal im nahbereich suchen muss, wenn sie bei messbeginn keinen ausreichend starken kontrast hat

Die Abtastrate hilft dir nur bei strahlendem Sonnenschein, meist ist die Abtastrate von der Belichtungszeit vom Sensorpixel limitiert. Und dann möchtest noch eine Kontrasterkennung auf der Sensorzeile einführen? Bedenke, so eine Zeile besteht im Schnitt aus nur 32 Pixeln und damit eine Kontrastmessung machen zu wollen halte ich für sehr ambitioniert.
Der Grund warum das Objektiv in den Suchlauf geht ist auch meist nicht der zu geringe Kontrast vom Bild auf dem AF Sensor, sondern weil sich die beiden Bilder so weit separiert haben, dass die linke und rechte Sensorzeile nicht mehr auf Deckung gebracht werden können.

 

[Lea.J]

Und dann möchtest noch eine Kontrasterkennung auf der Sensorzeile einführen? Bedenke, so eine Zeile besteht im Schnitt aus nur 32 Pixeln und damit eine Kontrastmessung machen zu wollen halte ich für sehr ambitioniert.

nee bei leibe keine Kontrastmessung... nur egal wie riesig die Pixel nunmal sind, der AF-Sensor vergleicht ja den abstand wiederkehrender bzw. erkennbarer Muster zwischen rechtem und linkem strahlengang oder nicht?
... wenn der sensor nun mehr oder weniger im einheitsgrau versinkt, dann funktioniert das ganze nunmal nichtmehr... also brauchts ob gemessen oder nicht einen mindestkontrast ohne den das AF-Modul einfach nichts erkennt

... um so kleiner die blende um so weiter out-of-focus kann das bild sein, ohne dass das bild für die kamera nichtmehr auswertbar ist... soweit richtig?

nun ist und bleibt die frage wie schlecht das signal für einen sensor noch sein darf damit der Algorithmus noch funktioniert... das wird man leider wohl kaum rausfinden können

zudem bleibt die frage ob die kameras wirklich nur die Bildteile des gleichen AF-Feldes miteinander vergleichen: also hierrauf bezogen:
[ATTACH_ERROR="dslrToolsAttachRewrite"]2027821[/ATTACH_ERROR]
nur alle gelben paare miteinander vergleicht, also gelb horrizontal vs. gelb horriontal und gelb vertikal vs. gelb vertikal

oder ob die Sensoren bei absoluter nichtübereinstimmung auch in den nachbarfeldern nach entsprechenden Mustern suchen