A DIGITÁLIS FÉNYKÉPEZŐGÉP M E C H A T R O N I K A I R E N D S Z E R E K © Papp Bálint [BTDQCQ] Intelligens termékek elemei 2014.

A fényképezőgép automatikái Sok állítható paraméter ⇒ félautomata és automata expozíciós üzemmódok M, P, A, S, téma- és vakubeállítások Képstabilizátor Automatikus élességállítás Mozgáskövető autofókusz Arcfelismerés, mosolyexponálás … Miért van szükségünk rájuk? 1) Rövid brainstorming a hallgatósággal közösen; az általuk ismert intelligens rendszerek összeszedése 2) Az automata expozíciós üzemmód rövid bemutatása és szükségességének indoklása, a paraméterek (zársebesség, apertúra/rekesznagyság, filmérzékenység stb.) ismertetése [a többi funkcióról még lesz később szó]

AUTOFÓKUSZ Mélységélesség, leképezési törvény Élességállítás: az objektív fókusztávolságának változtatása (a lencsetagok mozgatásával) Passzív (TTL) Kontrasztérzékelésen alapuló AF Fáziskülönbség érzékelésén alapuló AF Aktív (távolságmérésen alapuló AF) Lézer, infravörös sugarak, ultrahang Háromszögelés A mélységélesség ill. a leképezési tv. (1/f = 1/k + 1/t) demonstrálása [idő ill. a hallgatóság előismereteinek függvénye] Through The Lens metering: az objektíven beérkező fény segítségével határozza meg az ideális fókusztávolságot Contrast detection autofocus Phase detection autofocus Az aktív autofókusztípusok működésének rövid ismertetése s = c*t = {lambda}*f *t 2 egység (adó, vevő), szöget számol Pontatlan és kis hatótávolságú, valamint üvegen át nehezen használható, így nem annyira elterjedt [passzívról a köv. diákon]

Az élességállító lencsecsoport mozgatása Ultraszonikus motor (USM/SWM ) Piezoelektromos jelenségen alapszik Mozgásátalakító (orsó-anya típusú) 1) SWM: Silent Wave Motor 2) USM előnyei: kis méret, gyors, precíz mozgást tud végezni

Kontraszt alapú AF Elv: Szenzor: Maximális kontraszt létrehozása a tárgypontok (fókuszmezőbe eső) képei között (pixelek) Életlen kép: a szóródás miatt a fényes területek beleolvadnak a sötétebbekbe Szenzor: A fényképezőgép CCD vagy CMOS érzékelője A képalkotásért felelős szenzor Élőkép mód Mit jelent az életlen kép? A tárgy pontjainak ideális leképezése az érzékelő elé vagy mögé esik, így a CCD/CMOS felületén egy foltot kapunk. (Hasonlóan az emberi rövid- és távollátáshoz.) A CCD/CMOS működésének ismertetése (fotodetektor) a kép alapján

Kontraszt alapú AF A kontrasztérzékelésen alapuló élességállítás informatikai hátterének implementációját bemutató ábrasor.

Fáziskülönbség alapú AF Szenzor: a képalkotó szenzortól különálló fényérzékelők (7) Féligáteresztő tükör (2) Segédtükör (3) 1) Ray of light 2) Main/Reflex Mirror 3) Secondary Mirror, also known as “Sub-Mirror” 4) Camera Shutter and Image Sensor 5) Eccentric pin (1.5mm hex) for adjusting the Main Mirror 6) Eccentric pin (1.5mm hex) for adjusting the Secondary Mirror 7) Phase Detect Sensor (AF Sensor) 8) Pentaprism Viewfinder

Fáziskülönbség alapú AF Fókuszpontonkét 2 pixelsor Kialakítás: ha a kép fókuszban van, a pixelsorok azonos jelet észlelnek Lencsék, prizmák Azonnali élességállítás lehetséges Kapcsolat a fáziskülönbség mértéke és a fókuszált állapottól való kihuzat-eltérés mértéke között Kimenő adat: ± x mm 2 pixelsor: 2*{pár tucat} hosszú Nem tudja értelmezni a fáziskülönbséget: teljes tartomány végigpróbálása

Fáziskülönbség alapú AF A fáziskülönbség érzékelésén alapuló élességállítás informatikai hátterének implementációját bemutató ábrasor. Periodikus jel: pl. kerítés képe AF problémák (fehér lap, fehér fal előtt) Keresztszenzorok A periodikus jelek problémája

KÉPSTABILIZÁTOR Ideális esetben: Ha a fényképezőgép mozgásban van: Pont – pont leképezés Ha a fényképezőgép mozgásban van: Hosszabb záridő esetén a tárgy egy pontjának képe nem egy pont, hanem egy görbe Oka: a pontból kiinduló fénysugarak nem az objektív optikai tengelyével párhuzamosan haladnak Image Stabilization (Canon), Vibration Reduction (Nikon), SteadyShot (Sony) stb.

A bemozdulás érzékelése A helyzetváltoztatást 2 giroszenzor érzékeli (másodpercenként 1000-szer , ↔ ↕ ) Piezoelektromos jelátalakítók Dinamikus mérésre ideális Mikroprocesszor Az objektívben vagy a gépvázban A mért elfordulásból kiszámítja a kívánt elmozdulást a kép pixelhelyessége érdekében Giroszenzor: tengely körüli elfordulást tud érzékelni A 2 szeparált szenzor jelentősége: pásztázásnál A piezoelektromos effektussal létrehozott töltések egy idő után elszivárognak, de a másodperc 1/1000 része erre nem elegendő A firmware-ekbe implementált AF algoritmusok technológiai titkok. (A lényeg azonban ezek nélkül is megérthető.)

A bemozdulás kompenzálása I. Az objektív egyik lencsecsoportjának mozgatásával 2 db lengőtekercses aktuátor (90°) Mágneses mező hatása az árammal átjárt vezetőre Voice Coil Motor 1) A lengőtekercses aktuátor működési elvének bemutatása [Lorentz-erő; idő ill. a hallgatóság előismereteinek függvényében] 2) Internetkapcsolat esetén szemléltető animáció (Fig. 1.): http://www.nikon.com/about/technology/rd/core/software/vr_e/index.htm

A bemozdulás kompenzálása I. 1) Internetkapcsolat hiányában a komplett rendszer demonstrálása az ábrákon.

A bemozdulás kompenzálása II. A CCD/CMOS érzékelő mozgatásával (Képalkotó szenzor) 2 db piezoaktuátor x és y irányú mozgatás 3 4 5 2 A bemozduláskompenzáció megvalósításainak különbözőségei (b) A piezo-aktuátorok jellemzőinek ismertetése Tartósan ráadott feszültséggel nem vezérelhető Itt nincs túl nagy terhelés Hiszterézis nem probléma az új mérések (akár kalibráció) miatt Jelölések: 1) X-irányú aktuátor; 2) X-irányú csúszka; 3) Y-irányú aktuátor; 4) Y-irányú csúszka; 5) CCD/CMOS érzékelő 1

OK GIRO-SZENZOROK PIEZO-JELÁTALAKÍTÓ - ERŐSÍTŐ Elfordulásértékek (x;y) (analóg jel) GIRO-SZENZOROK PIEZO-JELÁTALAKÍTÓ Elfordulás – értékek (x;y) (digitális jel) Alapjel - Rendelkező jel ERŐSÍTŐ Ellenőrző jel Szenzor által érzékelt, átalakított jel Végrehajtójel CPU: Zérus a rendszer elfordulása? IGAZ SZABÁLYZOTT RENDSZER (LENCSECSOPORT, CCD/CMOS) OK A képstabilizátor működésének folyamata. A szoftveres korrigáció bemutatása (szóban). Beavatkozó jel HAMIS Elmozdulás –értékek (x;y) (digitális jel) AKTUÁTOROK (VCM, piezo~)

Egyéb intelligens funkciók Arc- és mosolyfelismerés Mozgáskövető AF

Források Dr. Kevin Craig & Dr. Mark Nagurka: A Mechatronic Marvel: The Digital Camera http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/camera-autofocus.htm http://www.the-digital-picture.com/Photography-Tips/canon-eos-dslr-autofocus-explained.aspx http://en.wikipedia.org/wiki/Autofocus http://photographylife.com/how-phase-detection-autofocus-works http://www.digitalcameraworld.com/2013/11/01/phase-detection-autofocus-how-your-dslrs-af-system-actually-works/ http://fototipp.hu/canonaf http://pixinfo.com/cikkek/fotoelmelet_autofokusz http://en.wikipedia.org/wiki/Voice_coil http://www.nikon.com/about/technology/rd/core/software/vr_e/ http://www.fotosuli.hu/index.php?option=com_content&view=article&id=262:kepstabilizatorok&catid=46:mszaki&Itemid=43 http://blog.fotosarok.hu/2013/07/igy-mukodik-az-optikai-kepstabilizator/ http://prohardver.hu/teszt/a_fotozas_alapjai_masodik_resz/tukorfelcsapas_mlu_a_kepstabilizator_mukodese.html http://www.airportal.hu/ap/viewtopic.php?f=11&t=3468 [Az esetlegesen felmerülő kérdések megválaszolása.] Kiegészítő videó: a Nikkor objektívek technológiája: https://www.youtube.com/watch?v=tWVkCfJjdlA

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET! © Papp Bálint [BTDQCQ] Intelligens termékek elemei 2014.