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21 déc. 2012

Une mise au point sur l'Autofocus


autofocus viseur collimateurs


Cet article explique comment fonctionne l'autofocus (AF) d'un reflex, en visée optique.
Seront abordés: les modes d'AF, les zones de mise au point, les types de collimateurs (points AF) et le principe de la détection de phase.
Des astuces sont également données pour pouvoir réussir la mise au point.

Rq: Je ne vais pas me plonger dans le détail pour chaque boitier de chaque fabricant, les points traités ont vocation à être le plus "universels" possibles.



Résumé de l'article


Qu’est ce que l’autofocus ?

L’autofocus (AF) permet au reflex de faire automatiquement la mise au point (map), on choisit "où viser" avec les collimateur du viseur.



Quels sont les modes d’autofocus, et leurs utilisations ?


  • Autofocus ponctuel : la mise au point se fait une seule fois, quand on appuie sur le déclencheur, pour sujet immobile

  • Autofocus continu : mise au point en permanence, pour sujet en mouvement

  • Autofocus automatique : l’appareil photo choisit entre ponctuel et dynamique



Qu’est ce que la zone d’autofocus et laquelle utiliser ?

La zone définit les collimateurs utilisés par l’appareil photo pour faire la map, on augmente la taille de la zone quand le sujet est gros ou qu’il se déplace.

  • AF point sélectif : un seul collimateur

  • AF zone dynamique : un seul collimateur + ses voisins

  • AF suivi 3D : tous les collimateurs, l’utilisateur choisit le sujet et l’apn le suit s’il bouge

  • AF zone automatique : comme le 3D mais c’est l’appareil qui choisit le sujet



Quels sont les types de collimateurs ?

Du moins vers le plus discriminent: en ligne, en croix et en étoile, c’est vers le centre du viseur que l’on a les plus précis.



Qu’est ce que la détection de phase ?

Le système utilisé pour évaluer la mise au point en visée optique, bien plus rapide que celui utilisé en live view (détection de contraste).






Les modes d'autofocus


Il existe plusieurs modes AF, les noms sont les mêmes chez Nikon, Pentax et Sony et (comme d'habitude) Canon utilise une appellation particulière.
Le mode définit comment l'appareil va faire la mise au point dans la zone sélectionnée.

Voici un résumé des 3 modes que vous rencontrerez:

Mode AFNom (Nikon, Pentax, Sony)Nom (Canon)PrincipeCas d'utilisation
Autofocus ponctuelAF-SOne Shotla mise au point se fait une seule fois, elle est mémorisée lorsque le déclencheur est à mi-coursesujet statique
Autofocus continuAF-CAI Servola mise au point se fait en permanence pendant que le déclencheur est à mi-coursesujet en mouvement
Autofocus automatique AF-AAI Focusl'appareil choisit tout seul entre mode ponctuel et mode continujamais, vous êtes plus intelligent que votre appareil photo.

Certains appareils permettent de sélectionner si la priorité doit être donnée à la mise au point ou au déclenchement (possibilité de prendre la photo même si le point n'est pas fait).

Une technique courante: Il est possible de n'utiliser que le mode continu, pour pouvoir recadrer une fois la map effectuée il faut procéder comme suit:

  1. Faire la mise au point
  2. Mémoriser la map avec le bouton dédié
  3. Recadrer (la mise au point est bloquée)
  4. Prendre la photo

Ceci évite de passer sans arrêt du mode AF-S au mode AF-C.

Les zones d'autofocus


Comme on le voit sur la photo en début d'article un reflex contient de nombreux collimateurs (de 3 à 61) qui permettent de sélectionner la région où la mise au point sera faite. La zone d'autofocus contraint le boitier à utiliser un nombre plus ou moins important de collimateurs.

Les principales zones sont:


AF Point sélectif


Egalement appelée spot ou local.
Un seul collimateur est utilisé, la mise au point se fait sur le sujet visé par le collimateur.

L'avantage est que l'utilisateur choisit clairement où la map va être effectuée, il peut également choisir un collimateur de haute performance plutôt qu'un autre (tous les points d'AF ne se valent pas, nous y reviendrons).


AF Zone dynamique


Là aussi un seul collimateur est sélectionné mais l’appareil va s'aider des informations d'un ou plusieurs collimateurs voisins pour faire la map. On choisi usuellement 5, 9 ou 21 points (et parfois plus), l'appareil photo ne les utilisera pas forcément tous.


Dans l’illustration suivante le collimateur rouge représente le point sélectionné par l'utilisateur, les points bleus sont ceux pris en compte en zone dynamique (il s'agit d'un viseur type Nikon D800 ou D4).

AF Zone dynamique
Différentes zones dynamiques d'autofocus

Ces zones dynamiques sont à utiliser si le sujet est plus grand qu'un seul collimateur ou s'il est susceptible d'en sortir (sujet en mouvement), mais attention à ne pas sélectionner une zone trop grande, le résultat pourrait être hasardeux.


AF Suivi 3D


Dans cette configuration on choisit un sujet à l'aide d'un seul collimateur, le boitier mémorise les couleurs du sujet et changera automatiquement de point d'AF si le sujet bouge.

On utilise le suivi 3D pour un sujet qui se déplace beaucoup, il peut même sortir puis revenir dans le viseur: l'appareil se rappellera de lui et saura le pointer à nouveau.


AF Zone automatique


Ici l’appareil photo fait tout tout seul: il choisit le sujet et se charge de le suivre.
Cela marche assez bien pour les visages, dans d'autres cas le résultat est aléatoire.



Les types de collimateurs d'autofocus


Regardons les 61 ( ! ) collimateurs d'un Canon 1D-X:

collimateurs du viseur d'un Canon 1D-X
Types de collimateurs du Canon 1D-X

Le 1D-X a trois types de collimateurs : en étoile, en croix et en ligne (ici des lignes verticales mais on en trouve également des horizontales). Ils se distinguent par le nombre et la disposition de capteurs qu'ils utilisent.

En effet chaque point d'AF est muni de petits capteurs qui vont analyser l'image pour faire la mise au point, les performances dépendent du nombre et de la disposition de ces capteurs, plus un collimateur est complexe et plus il est "discriminent": un collimateur en étoile est plus performant qu'un collimateur en croix qui est lui même plus performant qu'un collimateur en ligne.

L'explication va venir, mais il faut d'abord comprendre le principe de détection de phase.



Autofocus à détection de phase


Contrairement à la visée live view (qui se fait par détection de contraste) la visée optique utilise le principe de la détection de phase, technique bien plus rapide et efficace.

Je vous en propose une explication extrêmement simplifiée, pour un collimateur en ligne:

  • Un détecteur de phase est composé:
    • de deux capteurs d'image
    • d'un système optique qui va diriger vers chaque capteur les rayons issus de la zone visée par le collimateur
  • Le système optique fait que les deux capteurs recevront la même image uniquement si la mise au point est correcte
sinon les images seront décalées (déphasées).


Cas d'une mise au point parfaite:

detection de phase mise au point parfaite

  • les rayons issus du sujet convergent parfaitement sur le capteur de l'appareil photo: l'image sera nette.
  • les deux capteurs du détecteur de phase reçoivent la même image, elles sont en phase.

Cas d'une mise au point derrière le sujet:

detection de phase mise au point derriere

  • les rayons issus du sujet convergent devant le capteur de l'appareil photo: l'image sera floue.
  • les deux capteurs du détecteur de phase ne reçoivent pas la même image, elles sont déphasées: décalées vers l'intérieur du détecteur.

De même, dans le cas d'une mise au point devant le sujet les images reçues par le détecteur sont décalées, mais vers l'extérieur.

Pour effectuer la mise au point, le reflex fait varier la distance foyer optique de l'objectif / capteur pour que les images reçues par le détecteur de phase soient les mêmes.


Remarques:

  • Le schéma est juste un schéma de principe, le détecteur de phase n'est pas derrière le capteur mais dans le bas du boitier, la lumière vient à lui via un jeu de miroirs.
  • Les mouvements du foyer optique sont visibles dans l'illustration interactive de la mise au point.



CAM3500 - Capteur AF D800
CAM3500 - Capteur AF du D800

Les capteurs des détecteurs de phases utilisent un nombre fini de récepteurs, des sortes de pixels, par exemple chez Nikon:
Le D90 est équipé du CAM1000 qui a 1000 récepteurs.
Le D4 utilise le CAM3500 qui en a... 35000.

Ces "pixels" sont partagés entre tous les collimateurs.

Un nombre important permet de meilleures performances.








Le fonctionnement des différents types de collimateurs


Maintenant que le fonctionnement du détecteur de phase est plus clair nous pouvons expliquer les différences entre les 4 types de collimateurs.
C'est en fait la disposition et le nombre des capteurs qui fait toute la différence:

collimateurs vertical horizontal croix etoile
Les différents types de collimateurs

  • Le collimateur en ligne compare deux images projetées sur 2 capteurs, il est vertical ou horizontal.
  • Le collimateur en croix utilise 2 paires de capteurs, il peut être vu comme un couple collimateur en ligne horizontal + collimateur en ligne vertical.
  • Le collimateur en étoile utilise 4 paires de capteurs, il peut être vu comme un couple de collimateur en croix déphasés de 45°.


capteurs du detecteur de phase du Canon 1D-X
Capteurs du détecteur de phase du Canon 1D-X




Remarque: la géométrie est en fait plus complexe comme le montre la photo ci contre:








Instinctivement, on se doute que plus la géométrie est complexe et meilleures seront les performances, et bien c'est vrai, prenons un cas simple: faire la mise au point sur des bandes verticales:

Un collimateur en ligne horizontale y arrive parfaitement:
(les traits verts représentent l'image vue par le premier capteur, les traits oranges sont ceux vus par le second)

collimateur horizontal bandes verticales

Par contre un collimateur en ligne verticale est incapable de distinguer si la mise au point est correcte ou non, dans tous les cas il voit la même image:

collimateur vertical bandes verticales

Le raisonnement avec des bandes horizontales est le même: le collimateur en ligne verticale y arrivera, pas le collimateur en ligne horizontale

Le collimateur en croix élimine ce problème puisqu'il utilise une ligne horizontale et un ligne verticale

Le collimateur en étoile serra encore plus précis.



Ouverture maximale limite


Si l'ouverture maximale de l'objectif est trop petite (f / un chiffre trop grand) alors les capteurs d'autofocus ne pourront pas faire correctement leur travail (sans rentrer dans les détails: avec une ouverture trop faible les rayons ne sont pas suffisamment déphasés pour pouvoir précisément corriger la mise au point), les fabricants spécifient l'ouverture maximale nécessaire en fonction du point d'AF.
Avec des ouvertures plus petites des collimateurs deviennent inutilisables et/ou les performances sont dégradées.

Exemple avec le Nikon D4:

collimateurs - ouverture maximale limite

Attention, on parle de l'ouverture maximale de l'objectif, pas le l'ouverture choisie pour prendre la photo: si l'on utilise un 50mm f/1.8 à f/11 alors tous les points d'AF sont parfaitement utilisables, le diaphragme n'est fermé qu'au moment de la prise de vue, pas pendant la mise au point.

Ce point est important pour les objectifs qui ouvrent peu ou lorsque l'on utilise un multiplicateur de focale (qui réduisent l'ouverture maximale, par exemple un 100mm f/3.5 x 2 devient un 200mm f/7).



Les astuces pour réussir la mise au point


Maintenant que le fonctionnement de l'autofocus n'a plus de secrets pour vous, nous pouvons lister les mesures à prendre pour être sûr de réussir la mise au point:
  • Faire le point sur une zone à fort contraste et correctement éclairée pour que les collimateurs "y voient quelque chose".
  • Faire le point sur un détail suffisamment gros, s'il ne couvre pas tout le collimateur alors d'autres éléments voisins seront pris en compte pour faire la map.
  • Utiliser un collimateur vertical sur des détails horizontaux et inversement.
  • Utiliser le mode priorité mise au point (la photo ne sera faite que si la map est OK) ou le mode priorité déclenchement tout en surveillant l'indicateur de mise au point dans le viseur.
  • Favoriser les capteurs en croix ou en étoile.
  • Utiliser un minimum de points d'AF (pas plus que la taille du sujet).
  • Eviter le mode suivi 3D, le mode AF automatique ou encore la sélection automatique de la zone: ne pas laisser l'appareil décider à votre place.
  • Et évidement, vérifier le réglage de l'autofocus.



Pour aller plus loin


A la base, je voulais faire un outil dynamique pour expliquer le fonctionnement d'un détecteur de phase, puis je suis tombé sur ces deux excellentes pages:


cela ne valait pas le coup de ré-inventer l'eau chaude.


Dernière mise à jour le:
par Pierre LPEF