AF test (1): Hoe snel is autofocus?

Ballet gefotografeerd bij niet al teveel licht, met een Canon G7, 1/1250 seconde bij f/2,8. Bij al dat rennen over het podium is een snelle AF essentieel.

Hoe werkt autofocus?

Voor het automatisch scherpstellen bestaan twee basissystemen: fasedetectie en de contrastdetectie. Over hoe dat precies werkt hebben al eerder geschreven (zie: Hoe werkt AF?, of de artikelen over fasedetectie AF en contrast detectie AF). Vroeger is ook wel geëxperimenteerd met ultrasone en Infrarood afstandsmeting, maar die hebben het uiteindelijk niet gehaald. Daarnaast zijn er de laatste jaren hybride-systemen ontwikkeld die het beste van fase- en contrastmeting in zich verenigen.

Bij fasedetectie vergelijkt de cameraprocessor het beeld dat van de linkerkant van de lens komt met dat van de rechterkant. Is het beeld scherp, dan is daartussen geen verschil. Is het onscherp, dan zijn er verschillen tussen de pixels die je door verschuiving kunt elimineren. Uit deze zogenaamde faseverschuiving kan de camera berekenen hoeveel de lens verdraaid moet worden om het beeld scherp te krijgen. Fasedetectie gebruikt daarvoor niet het hele beeld maar bepaalde rijtjes pixels, de AF-velden. Bij eenvoudige spiegelreflexen zijn dat er bijvoorbeeld tien, maar bij de duurdere modellen praat je over vele tientallen, waarbij je zelf kunt bepalen welk veld of welke groepen velden je wilt activeren. Omdat je in de regel de hoogste scherpte ergens midden in je beeld wilt hebben, én omdat bij elke lens de scherpte in het midden hoger is dan in de hoeken, liggen die scherpstelvelden rond het midden van je beeldveld.

Spiegelreflexen gebruiken fasedetectie scherpstelling als standaard en dan gebruik je voor het scherpstellen niet de opnamesensor zelf (die krijgt immers geen licht zolang de spiegel naar beneden geklapt en op de zoeker gericht is), maar speciale AF-sensoren die via halfdoorlatende spiegeltjes worden aangelicht.

Bij contrastdetectie gaat de camera op zoek naar het beeld met het hoogste contrast: maximale scherpte is maximaal contrast. De camera gebruikt daarvoor het signaal van de beeldsensor zelf, maar gebruikt niet alle pixels. Net als bij fasedetectie kun je bepaalde beeldvelden selecteren. Veel compactcamera’s en de meeste spiegelloze systeemcamera’s (zoals van Panasonic) maken gebruik van contrastdetectie.  Een spiegelreflexcamera ingesteld op Live View gebruikt de contrastdetectiemethode.

Contrast versus afstand. Wij maakten een serie opnames van een Siemensster en verdraaiden telkens de ingestelde afstand met 10 centimeter. We bepaalden het contrast met Photoshop. Op de verticale as het contrast (standaard deviatie van het histogram), op de horizontale as de ingestelde afstand. Je ziet het maximale contrast op het scherpstelpunt, afstand ‘0’.

Hybride-systemen hebben pixels op de sensor die alleen ‘links’ of rechts’ kunnen kijken. Er is geen aparte AF-sensor nodig, er wordt gebruik gemaakt van de’gewone’ beeldsensor. Bij sommige camera’s zijn alle pixels ‘links’of ‘rechts’ georienteerd, bij andere zitten die pixels alleen op bepaalde meetvelden. Een ‘links-‘of ‘rechtskijkende’ pixel vangt uiteraard maar de helft van het licht op. Daarvoor moet dus weer softwarematig worden gecorrigeerd. Soms wordt, na scherpstelling via de fasedetctiepixels nog nauwkeurig scherpgesteld via de contrastmethode. Hybride systemen hebben de snelheid van fasedetectie en de nauwkeurigheid van contrastdetectie.

Signaal van body naar lens –  hoe werkt het?

Met fasedetectie geeft de body een signaal door naar de lensmotor: verdraai de lens zoveel graden. Dure lenzen hebben een feed-back loop; de lens heeft een soort telwerkje dat controleert of het bodycommando perfect is uitgevoerd. Sommige bodies doen daarnaast nog een tweede check na het verstellen van de lens: is alles scherp, zo ja dan wordt de opname gemaakt, zo nee dan volgt een tweede ronde van meten en lensverdraaien. Soms blijkt de camera achteraf toch te hebben scherpgesteld vóór of achter het vlak dat je scherp wilde hebben. Dit staat bekend als het front focus/back focus effect.

Met contrastdetectie gaat de lens altijd bewegen. Wanneer het contrast hoger wordt draait de lens verder, als het lager wordt, keert de draairichting om. Wanneer het contrast niet verder toeneemt bij verdraaiïng, concludeert de camera: “scherp”. Soms moet de lens even heen en weer pendelen om het juiste scherpstelpunt te vinden. Omdat de scherpstelling gebruik maakt van het signaal van de beeldsensor, heb je hier geen last van het front focus/back focus effect: wat het AF-systeem ziet is exact hetzelfde als de uiteindelijke opname . Contrastdetectie is dus accuraat.

De scherpstelling gebeurt bij elke camera bij volle opening. Dan is de scherptediepte het kleinst en krijg je dus de nauwkeurigste meting. Nu verschuift het scherpstelvlak door sferische aberraties van de lens een klein beetje wanneer je diafragmeert. Dit valt bij minder lichtsterke lenzen (f/>2.8) niet op, omdat tegelijk de scherptediepte toeneemt. Je merkt er alleen iets van bij heel lichtsterke lenzen en zeer nauwkeurige meting.

Het ging hier natuurlijk om dat gele Ferrari-logo! Canon 600D met 18-135 mm, ingesteld op 100 mm, f/5,6.

Onze testmethode voor AF snelheid

In het lab meten we de AF-snelheid met de camera op statief op ongeveer 1 meter voor het onderwerp waarop wordt scherpgesteld. We meten de AF snelheid bij volle opening, een snelle sluitertijd, hoge ISO en op AF-S modus. Dat wil zeggen dat de opname pas gemaakt wordt als de AF het signaal ‘scherp’ heeft gegeven. Omdat ons testobject altijd dezelfde lichtsterkte heeft, komt er ook altijd dezelfde belichting uit. We stellen de lens op oneindig in. Daarmee doorlopen we vrijwel het totale scherpstelstelbereik van een lens en zijn de verschillen in scherpstelsnelheid tussen verschillende camera/lenscombinaties maximaal. We herhalen deze test vijf keer en berekenen het gemiddelde, de mediaan. In feite meten we een combinatie van scherpstelvertraging plus ontspanvertraging. Zelfs als je de camera vóór de opname laat scherpstellen krijg je immers een vertraging. Wij splitsen dat verder niet uit; voor de meeste gebruikers is immers alleen het totaalgetal relevant.

 En de “winnaar” is…??

Hier een overzicht van de AF snelheid bij daglicht van een aantal camera’s die we in de afgelopen tijd hebben getest. Alles in milliseconden, en gefotografeerd bij voldoende licht (~1/1000 seconde met f/2,8, 6400 ISO).

• Panasonic GX8 met 14-140 mm: 50 ms
• Nikon J5 met 10-30 mm: 95 ms
• Panasonic G7 met 35-100 mm: 130 ms
• Samsung NX30 met 16-50 mm f/2: 290 ms
• Canon 760D met 60 mm f/2,8: 315 ms
• Canon 7D met 35 mm f/2,0: 390 ms
• Nikon D800 met 60 mm AF-D f/2,8: 425 ms
• Nikon D800 met 50 mm AF-S f/1,4: 530 ms
• Nikon D5500 met 50 mm f/1,4: 520 ms
• Sigma DP2 Quattro: 560 ms
• Nikon D800 met 70-200 mm f/2,8: 675 ms

Hieruit kunnen we een paar dingen leren. Opvallend vonden wij dat de oudere, niet van een scherpstelmotor voorziene, Nikon 60 mm makro qua AF-snelheid niet onderdoet voor de moderne 50 mm AF-S. In het algemeen zijn de camera’s met kleine sensoren (Nikon CX, Four Thirds) en met interne scherpstelling (IF) in het voordeel boven APS-C en Full Frame sensoren. Dat ligt onder meer aan de veel kleinere lenzen; hoe minder glas er verplaatst behoeft te worden, hoe sneller. Supersnel blijken de modernste spiegelloze systeemcamera’s: de twee geteste Panasonic modellen en de Nikon J5 stellen sneller scherp dan een Canon 1Dx. De Nikon J5 maakt gebruik van een hybride AF systeem, waarin zowel fasedetectie als contrastdetectie wordt toegepast. De Panasonic GX8, de snelste camera die we ooit hebben getest, maakt alleen gebruik van contrastdetectie, terwijl dat juist de AF methode is, die de naam heeft om langzamer te zijn (en dat bij Liveview op een spiegelreflex camera ook daadwerkelijk is). De spiegelreflexen leggen wat AF snelheid betreft het af tegen de spiegelloze modellen.

AF snelheid bij weinig licht….

Bij daglicht presteren de meeste autofocus systemen prima. Weinig missers, hoewel… vooral wanneer de lens van ‘ver moet komen’ heeft de AF zelfs bij gerenommeerde merken wel eens moeite om zijn scherpstelpunt te vinden. Wordt de hoeveelheid omgevingslicht kleiner, dan wordt het een heel ander verhaal. Om te testen hoe goed de AF zijn werk doet bij lage lichtwaardes gebruiken wij een zg. fader. Twee polarisatiefilters die ten opzichte van elkaar kunnen verdraaien maken een traploze verduistering mogelijk tot bijna totale duisternis. Het elegante is dat je verder aan de testopstelling niets hoeft te veranderen. We verdraaien de fader in een aantal stappen tot we het punt bereiken waarop de camera niet meer, of met grote moeite scherpstelt. De camera blijft op volle opening, de sluitertijd verandert. Uit de sluitertijd en het diafragma berekenen we de lichtwaarde.

Boven zie je hoe de AF van vier camera’s presteert bij weinig licht. We praten hier over schemertoestanden, lichtwaardes tot -2. Allereerst valt op dat de spiegelloze systeemcamera met contrast-AF (Panasonic G7) niet alleen bij daglicht, maar ook bij weinig licht sneller kan zijn dan een spiegelreflexcamera met fasedetectie (Canon 760D). Verder blijkt de Nikon D800, die bij veel licht niet de snelste spiegelreflex is, bij weinig licht verreweg het best te presteren. De Nikon D800 (blauwe lijn) stelde in onze test nog scherp waar de AF van de andere drie eenvoudig dienst weigert. Dat dezelfde D800, maar nu met Live View traag (de rode lijn) scherpstelt wisten we. Ook zie je dat deze body met Live View er bij weinig licht er eerder mee op houdt dan met fasedetectie.

Is de snelste ook de beste?