Bij fototoestellen gebeurt de scherpstelling ofwel door contrastmeting, ofwel door fase-meting. Beide methodes die allebei hun voor- en madelen hebben konden tot nu toe niet samen gebruikt worden.
Bij spiegelreflexen gebruikt men een aparte focus sensor. De sensor kan de positie van het onderwerp bepalen en reageert uiterst snel. Door middel van een spiegel wordt een deel van het licht naar de AF sensor gestuurd. Maar de sensor werkt niet als er een opname gemaakt wordt (foto of film), want dan is de spiegel weggeklapt.
Bij compact en hybride fototoestellen gebeurt de scherpstelling door middel van contrastdetectie: het fototoestel stelt scherp totdat het beeld een maximaal contrast heeft. Dit systeem dat al 30 jaar toegepast wordt in videocamera's gebruikt het beeld zelf om te bepalen of de focus correct is. Een nadeel is dat het systeem niet kan bepalen of het onderwerp verder of dichter staat. Het scherpstellen gebeurt met stapjes en is onzeker.
De scherpstelling door middel van fase detectie wordt op een andere pagina besproken. In principe gebruikt men de verschuiving die ontstaat als het beeld dat door twee lenzen gaat (rangefinder fototoestel) of door de twee kanten van eenzelfde lens (spiegelreflex).
De twee lenzen (of de twee kanten van eenzelfde lens) geven een verschoven beeld als het onderwerp niet scherp is. De verschuiving komt eigenlijk overeen met de mate van onscherpte. Door het licht van één kant te selecteren (en niet het volledig beeld) bekomt men een wat scherper beeld (kleiner diafragma) maar men bekomt vooral een indikatie van de afstand.
Het dual pixel systeem van Canon gebruikt twee fotodiodes per pixel. Een microlens belicht de twee fotodiodes, en bij het nemen van de foto werken de twee diodes samen (hun signaal wordt opgeteld).
Bij de scherpstelling echter gebruikt men de twee afzonderlijke beelden. Deze twee beelden bevatten gedifferentieerde informatie, namelijk het licht dat door de rechter- of linker kant van de lens gepasseerd zijn. Deze beelden bevatten afstandsinformatie: het beeld is verschoven als het onderwerp niet scherp staat, en de mate van verschuiving geeft aan hoeveel er bijgesteld moet worden.
Dit systeem heeft volgende voordelen:
- Er zijn geen aparte sensoren nodig, waardoor de constructie eenvoudig kan blijven.
- Er kan geen offsetfout gebeuren, want de hoofdsensor meet de focus en neemt het beeld op.
- Het systeem kan bij video-opnames gebruikt worden
- De maximale gevoeligheid van het systeem kan gebruikt worden, in de praktijk krijgt de gescheiden autofocus sensor slechts 20 à 30% van het beschikbaar licht, de rest gaat naar de optische zoeker
- Ook optieken die niet lichtsterk zijn kunnen gebruikt worden (tot ƒ/11) omdat de discriminatie door een dual pixel systeem beperkt is.
Maar er zijn ook nadelen verbonden aan het systeem:
- Het systeen is niet echt nauwkeurig (dat is de reden waarom men weinig lichtsterke lenzen kan gebruiken). Voor een correcte scherpstelling wordt simultaan contrastdetectie toegepast.
- Het huidig systeem detecteert enkel verticale details, maar het is waarschijnlijk dat indien het systeem in de praktijk goed blijkt te werken men later systemen zal ontwikkelen met bijvoorbeeld 4 fotodiodes per pixel.
- Er is veel rekenkracht nodig om de verschuiving van het compleet beeld waar te nemen en om de beeldelementen te situeren. Ieder onderwerp op een ander afstand geeft namelijk een andere verschuiving.
Fuji gebruikt een systeem dat licht afwijkend is. Bij dit systeem "hybrid AF" genaamd, worden een aantal naburige pixels half afgedekt, waardoor ze enkel licht van één kant van de lens ontvangen. De twee naburige pixels geven informatie over de focus offset op deze plaats. Bij dit ouder systeem gaat een deel van het licht verloren.
Wat zal de toekomst ons brengen? Het huidig systeem van dual pixel AF wordt in een heel traditioneel spiegelreflex gebruikt (de Canon 70D), waar het heel goed presteert. Ongeveer 65% van het beeld kan gebruikt worden voor de scherpstelling en het is mogelijk op het LCD scherm aan te geven op welke plaats het toestel moet scherpstellen bij het filmen. Een dergelijke funktie is natuurlijk niet mogelijk met een klassieke spiegelreflex! De dual pixel scherpstelling wordt ingevoerd als een extraatje (de klassieke scherpstelling door middel van contrast detectie en aparte sensor blijft gebruikt). Enkel bij "live view" en bij het filmen beschikt men over de dual pixel AF.
Later zullen de compact fototoestellen (en vooral de hybride fototoestellen die in een duurdere prijsklasse zitten) ook uitgerust worden met een dergelijk systeem. Het is technisch niet zo moeilijk om een dual pixel sensor te maken: men hoeft slechts 2 of 4 fotodiodes te plaatsen onder een microlens in plaats van één zoals nu. De complexiteit zit hem vooral in de rekenkracht die nodig is om de twee (of vier) beelden te analyseren. Maar als men aan gezichtsherkenning kan doen, is het maar een kwestie van firmware om de autofocus bij te werken.
De Canon 5D Mk IV is één van de laatste toestellen op de markt. Het combineert een klassieke scherpstelling met aparte sensor en de dual pixel AF. Uiterlijk verschilt dit toestel maar weinig van zijn voorganger die geen dual pixel AF heeft: de mensen die dergelijke toestellen gebruiken willen het beste van beide werelden, en willen ook dat ze het toestel direct kunnen gebruiken zonder leercurve: een nieuw toestel moet meer kunnen, niet minder (verdwijnen van de klassieke scherpstelling).
Scherp beeld
Onscherp beeld
Onscherp beeld, gezien door één kant van de lens
Onscherp beeld, gezien door de andere kant van de lens
Een onscherp beeld is in feite een veelvoud van scherpe beelden...
Een alternatief op de dual pixel sensor is de
Time of Flight sensor
die vooral bij high end smartphones in trek is.