Der Autofokus

Der Autofokus

Der Autofokus (AF), den jede Digitalkamera besitzt, bestimmt die optimale Schärfeebene von selbst. Man unterscheidet dabei zwei Arten: Den aktiven Autofokus, der über Infrarot-Messung durchgeführt wird, sowie den passiven Autofokus, der von der Kamera durch Bildanalyse oder mit zusätzlichen Sensoren berechnet wird, daher gibt es für den passiven Autofokus wiederum mehrere, mindestens zwei Verfahren.

Der Autofokus wird in vielen Fällen ein makellos scharfes Bild ergeben, er funktioniert aber nicht ausnahmslos fehlerfrei.

Schärfe auf einem ganz bestimmten Punkt liegen soll, schlägt der Autofokus oft fehl. Es muss dann der manuelle Fokus verwendet werden.

Aktiver Autofokus

Vor dem Aufstieg der Digitalphotographie wurde meist der aktive Autofokus verwendet. Hierbei besitzt die Kamera einen Infrarotsender und Infrarotempfänger. Vor dem Aufnehmen eines Photos wird dann ein Infrarotsignal vom Sender ausgestrahlt, vom Motiv (zum Beispiel einer Person) reflektiert und von dem Sender wieder eingefangen. Durch Triangulation, selten anhand der Zeit, die zwischen Senden und Empfangen verstrichen ist, kann die Kamera die Entfernung des Motivs ausmachen. Sie weiß dann, auf welche Entfernung sie scharfstellen muss. Die Messung der Lichtlaufzeit ist anspruchsvoller, denn da entsprechen 30 cm einer Nanosekunde und für Technik im Umfange einer Kamera ist es relativ schwierig, Zeiten unterhalb von einer Nanosekunde aufzulösen oder auch nur Lichtpulse zu erzeugen, die kürzer als eine Nanosekunde sind. Die Triangulationsmethode kann heute noch zum Beispiel bei Laserentfernungsmessern nachvollzogen werden.

Der aktive Autofokus arbeitet auch in extremer Dunkelheit, denn das Aussenden des Infrarot-Signals wird durch Licht und Dunkelheit nicht gestört. Seine Reichweite ist mit rund 5 Metern meist gering, die Kamera stellt jedoch automatisch auf unendlich, falls sich das Motiv außerhalb der Reichweite befindet (das heißt falls das Signal nicht zum Sender zurückgeworfen wird). Alternativ kann die Kamera auch die Information über die Blendenzahl nutzen, um auf einen endlichen Wert scharfzustellen, bei dem die Schärfentiefe bis unendlich reicht (auch Fixfokus-Einstellung genannt). Insofern wird dann (fast) das gesamte Bild scharf erscheinen.

Der Nachteil des aktiven Autofokus ist, dass die Bestimmung der Schärfeebene relativ einfach geschieht. Anders als beim passiven Autofokus wird nicht das gesamte Bild analysiert, sondern lediglich der Abstand zu einem bestimmten Motiv gemessen und allein auf dieser Basis die Fokussierung vorgenommen. Sollen mehrere Motive scharf abgebildet werden, hat der Autofokus ein Problem und auch das Photographieren durch Glasscheiben wird sich als schwierig erweisen, weil die Glasscheibe die Infrarotstrahlen teilweise reflektiert, damit als Motiv erkannt wird und die Kamera den Fokus dann auf den Nahbereich stellen wird.

Passiver Autofokus

Der passive Autofokus wird heute von nahezu allen digitalen Kompaktkameras und auch der Digital-SLRs verwendet. Bei einer Methode (Kantenkontrastmessung) analysiert die Kamera beziehungsweise eine Programm Daten vom Aufnahmesensor vor der Aufnahme und verändert die Schärfeebene so lange (auch pumpen genannt), bis das Programm glaubt, die optimale Ebene gefunden zu haben. Zumeist bei den Spiegelreflexkameras, sofern sich nicht im "LiveView" betrieben werden, gibt es stattdessen eigene Sensoren für den Autofokus, welche zur Analyse verwendet werden (Phasenvergleich über Liniensensoren und Kreuzsensoren).

Der Phasenvergleich braucht prinzipiell weniger Rechenleistung und weniger Versuche als die Kantenkontrastmessung, zudem muß für erstere nicht bereits der Bildsensor belichtet und ausgelesen werden. Von daher ist der Phasenvergleich meist schneller als die Kantenkontrastmessung, weil letztere aber meist bei Kameras mit kleinerem Bildsensor eingesetzt wird, können Kameras mit hoher Rechenleistung heute durchaus mit dem Phasenvergleich konkurrieren. In der gleichen (Spiegelreflex-)Kamera ist hingegen der Phasenvergleich immer schneller und treffsicherer als die Kantenkontrastmessung im "LiveView".

Ein Bild erscheint scharf, wenn es einen hohen Kontrast aufweist und an Farbübergängen schmale, schwarze Linien auftreten - es wirkt unscharf, wenn jene Linien breiter sind und einzelne farbliche Abstufungen (zum Beispiel einzelne Grautöne) aufweisen.

Der passive Autofokus arbeitet also vom Prinzip her wie der Photograph selbst, indem er die Schärfe so lange reguliert, bis ein scharfes Bild erscheint. Er konzentriert sich dabei auf die gesamte Szene und nicht nur auf ein bestimmten Motiv. Zudem kann er auf alle Entfernungen gute Resultate bringen - er ist nicht nur auf wenige Meter Reichweite beschränkt.

Je nach Kameratyp und Modus wird zur Scharfstellung entweder der zentrale Bereich des Bildes fokussiert oder die Kamera fokussiert auf das der Kamera nächste Objekt in der weiteren Umgebung der Mitte. Oft gibt es dann eine Anzeige, welcher Bereich als relevant für die Scharfstellung angenommen wurde. Liegt das gewünschte Motiv außerhalb der Mitte oder seitlich hinter einem dominierenden Vordergrund, kann es Probleme mit dem Autofokus geben. Das analysierende Programm ist ja nicht intelligent, kann also allenfalls in sehr begrenztem Umfang beurteilen, was dem Photographen wichtig ist, also auf jeden Fall scharf dargestellt werden soll.

Ein Nachteil des passiven Autofokus ist, dass er Licht benötigt. In der Dunkelheit funktioniert er ohne Hilfsmittel nicht, in der Dämmerung funktioniert er meist nur suboptimal.

Die Kamera kann eben das aufzunehmende Bild nicht auf Schärfe beziehungsweise Kontrast überprüfen, wenn es zu dunkel ist. Eine Lösung, die viele Kameras unterdessen bieten, ist AF-Hilfslicht, das jedoch vor Verwendung meist in den Einstellungen der Kamera aktiviert werden muss. Bei Aktivierung sendet die Kamera dann während der Fokussierung ein paar leichte (oft rote oder infrarote also kaum oder nicht sichtbare) Blitze aus, um das Motiv etwas zu beleuchten und somit die Schärfeebene besser berechnen zu können. Natürlich greift die Kamera nur darauf zurück, wenn es dämmrig oder dunkel ist, und natürlich wird während der Aufnahme selbst kein Blitz durchgeführt (es sei denn, dies wurde vom Benutzer gewünscht). Einige fortschrittlichere Blitzgeräte können sogar als Hilfslicht ein infrarotes Strichgitter über das Motiv legen, um eine noch bessere Autofokussierung zu erreichen.

Es gibt zwei Modi des passiven Autofokus, die viele Kameras unterstützen. Im ersten Modus fixiert die Kamera die Fokussierung, sobald der Auslöser halb gedrückt wird. Man kann dann die Kameraposition ändern und einen anderen Ausschnitt aufnehmen, ohne dass sich der Fokus ändert. Im zweiten Modus berechnet die Kamera die Schärfeebene immer wieder neu, auch wenn der Auslöser halb gedrückt ist. Diesen Modus nennt man Automatische Schärfenachführung, auch CAF, manchmal auch Servo-AF.

Sie bietet sich bei Motiven an, die sich schnell bewegen (zum Beispiel Fahrzeug, Sprinter, Gepard). Hier muss die Schärfe immer wieder sofort neu berechnet werden, denn schon eine halbe Sekunde nach erfolgreicher Fokussierung kann das Bild unscharf wirken, da das Motiv näher an der Kamera ist beziehungsweise sich weiter weg befindet. Der Servo-AF wird bei alltäglichen Aufnahmen jedoch kaum verwendet und muss, falls die Kamera die Funktion überhaupt bietet, meist in einem Menü separat aktiviert (und danach gegebenfalls wieder deaktiviert) werden. Dabei kann durchaus auch ein Algorithmus verwendet werden, der abzuschätzen versucht, wohin sich ein einmal erkanntes Motiv bewegt und anhand der Schätzung eine schnellere Fokussierung prognostiziert und dann nur noch wenig korrigieren muß. Manchmal gibt es auch einen dritten Modus, bei dem versucht die Kamera selbst herauszufinden, ob es sich um ein bewegtes Hauptmotiv handelt oder nicht, ob die Schärfe also nachgeführt werden muß oder nicht.

Die meisten Kameras blockieren zumindest im ersten Modus die Auslösung, bis scharfgestellt wurde, in den anderen beiden Modi kann man hingegen jederzeit auslösen, ähnlich wie bei manuellen Fokus.

Ein generelles Problem des Autofokus liegt darin, dass es damit in der Regel nicht möglich ist, den Schärfebereich gezielt so zu legen, dass mehrere, unterschiedlich weit entfernte Objekte scharf abgebildet werden. Mit manueller Einstellung kann der erfahrene Photograph durch eine geeignete Wahl des Punktes der maximalen Schärfe den Schärfebereich so legen, dass alle relevanten Objekte im Schärfebereich liegen, indem er etwa auf einen Abstand grob mittig oder gezielt betont vorne oder hinten scharfstellt und nicht nur auf ein bestimmtes Objekt aus der Gruppe. Solch komplexe Situationen kann der Autofokus nicht überschauen, kann also durch seine Wahl des Schärfepunktes Schärfentiefe verschenken, die für die Aufnahme wichtig gewesen wäre.

Verwirrung stiften beim Autofokus auch regelmäßig Objekte wie Zweige, Zäune oder reflektierende Fenster zwischen der Kamera und dem Motiv. Die Kamera neigt dann dazu, diese Objekte für wichtig genug zu halten, um darauf zu fokussieren.

Einige Autofokus-Systeme bieten die Option Mehrfeldmessung an, das heißt sie prüfen das Bild nicht nur in der Mitte, sondern an verschiedenen Stellen des Bildes, vor allem auch am Rand. Hier ist eine manuelle Fokussierung unter Umständen nicht notwendig, falls sich das Motiv außerhalb der Mitte befindet. Es werden allerdings auch wieder Objekte im Vordergrund bevorzugt, was auch wieder zu Problemen führen kann, wenn seitlich vorn neben dem eigentlichen Hauptmotiv ein Objekt vom Autofokus als relevanter eingestuft wird.