Limite AF

[seba]

Je suis cependant retourné à la littérature, et dans "Applied photographic optics: lenses and optical systems for photography", Sidney F. Ray (le livre est accessible par google livre pour ceux qui souhaiteraient le consulter) donne la formule suivant pour la défocalisation en fonction des mesures faites sur le capteur de l'AF : d=2.Δl'.Np/m avec Δl' l'écart de phase mesurée sur le capteur, m un facteur d'agrandissement et Np l'ouverture. Il écrit également que "consequently, it is seen that accuracy of detecting focus error d depends on the pupil size and the resolution or pitch size (element increment) of the array array to mesure Δl', the shift or phase of the image.", ce que je comprends comme étant l'inverse de ce que vous m'écrivez, c'est-à-dire que l'ouverture a un rôle prépondérant dans la précision de la mise au point (d'un point de vue géométrique).

Quand il parle de "pupil size", il est peut-être question de la base télémétrique du module AF, qui peut être plus ou moins grande.
Par exemple Canon a des modules AF à 2 bases différentes, une qui fonctionne avec des objectifs ouverts à 5,6 minimum et une autre qui fonctionne avec des objectifs ouverts à 2,8 minimum, cette dernière étant plus précise.
Cette précision, qui dépend de la base télémétrique, est fixée par le module AF (ici on voit la base à 2,8, horizontale, et la base à 5,6 , verticale).

[seba]

Oui, la précision de la détection de l'erreur de mise au point varie en raison directe de l'ouverture ("pupil size").

Elle est beaucoup plus grande pour une ouverture de f/1,4 que pour une ouverture de f/5,6 et la plupart des autofocus jettent l'éponge à f/8.

Ou vois-tu une contradiction ?

Regarde à nouveau la séquence du stigmomètre.
Je prends ça comme exemple car c'est le même principe et qu'on voit directement ce qui se passe.
La précision ne change pas avec l'ouverture de l'objectif et si à partir d'une certaine ouverture l'AF jette l'éponge, c'est tout simplement qu'il ne reçoit plus d'image.

[seba]

La c'est très clair !
Donc comme le dit Seba dans sa question initiale indiquer seulement le IL minimum est insuffisant.
Il faudrait indiquer aussi le diaph mini de fonctionnement mais je pense que les fabricants ne le font pas car il y a un certain flou ( telle combinaison marchera encore à 5,6 ou à 6,3 que telle autre sera inopérante )

Comme l'a dit Verso92, les fabricants l'indiquent en cas de risque d'une ouverture inférieure à l'ouverture limite.
Simplement, sous cette ouverture l'AF ne fonctionnera plus aussi bien puis plus du tout, et pour des ouvertures plus grandes que l'ouverture limite on est au fonctionnement normal de l'AF.

[seba]

L'incompréhension vient de ce que rares sont ceux qui ont saisi comment fonctionne un système à corrélation de phase.

Seba l'a parfaitement expliqué dans d'autres fils, et son illustration à base de stigmomètre est géniale !

Il y a deux limites, totalement distinctes :

1-limite géométrique (l'écart pupillaire entre les deux images parvenant au capteur AF est insufisante lorsque l'ouverture nominale est inférieure à 5,6... 8 pour quelques rares systèmes... Donc, même par forte lumière et fort contraste, l'AF fonctionne mal à f/6,3 (les 18-200 Sigma, Tamron... là où Canon et Nikon ont conservé f/5,6) et plus du tout au-delà. C'est aussi pourquoi Canon "coupe" l'AF lorsque la combinaison obj-doubleur n'est pas dans les clous, ce que ne font pas les indépendants, aux risques et périls de l'utilisateur.

2-Sensibilité liée au bruit de fond du capteur AF : lorsque la luminosité ambiante est inférieure à X IL à 100 ISO (0, -1 selon les systèmes), le rappoort signal/bruit du capteur est trop dégradé pour que le calculateur puisse déterminer précisément l'écart entre les deux images et programmer le déplacement du groupe de focalisation en conséquence.

C'est trop...
Le stigmomètre montre ce qui se passe (on l'a utilisé pendant des années sans se poser de questions), je peux aussi montrer des images issues du module AF.

[PierreT]

Bonsoir,

Seba a déjà tout dit...
La même chose exprimée différemment... La géométrie du capteur étant figée, le système formé par le condenseur (ou la lentille de champ) et les lentilles de focalisation, "regarde" toujours les mêmes parcelles de la pupille de sortie de l'objectif selon un angle fixe. Quelle que soit le diamètre de la pupille de sortie de l'objectif placé devant le système, l'angle sous lequel les parcelles de cette pupille de sortie sont "vues" ne change pas. Dans ces conditions, comment le diamètre de la pupille de sortie de l'objectif pourrait-il avoir une influence sur la précision de la mesure de défocalisation ? Par contre, l'ouverture du condenseur détermine la distance séparant les lentilles de focalisation et donc influe sur la précision (je n'ai pas étudié les systèmes à lentille de champ).

FX-Bucher, l'équation que vous donnez ici me paraît vraiment curieuse, et j'aimerais beaucoup savoir comment ce monsieur est parvenu à l'établir (je n'ai pas réussi à voir autre chose que la table des matières et l'index du livre en question). En excluant que ∆l' puisse être l'ouverture de l'objectif, comme Seba j'ai pensé qu'il pouvait s'agir de l'ouverture du condenseur, mais comme cette ouverture influe déjà sur ∆l' je ne vois pas pourquoi elle serait prise deux fois en compte... C'est bizarre...
J'ai étudié un certain nombre de brevets déposés par Nikon, Canon et Minolta sur des modules AF et je ne me souviens pas qu'il ait été question de l'ouverture de l'objectif dans la précision de la mesure. Si vous avez d'autres données, je suis intéressé...

Amicalement,
Pierre T.

[FX-Bucher]

FX-Bucher, l'équation que vous donnez ici me paraît vraiment curieuse, et j'aimerais beaucoup savoir comment ce monsieur est parvenu à l'établir (je n'ai pas réussi à voir autre chose que la table des matières et l'index du livre en question). En excluant que ∆l' puisse être l'ouverture de l'objectif, comme Seba j'ai pensé qu'il pouvait s'agir de l'ouverture du condenseur, mais comme cette ouverture influe déjà sur ∆l' je ne vois pas pourquoi elle serait prise deux fois en compte... C'est bizarre...
J'ai étudié un certain nombre de brevets déposés par Nikon, Canon et Minolta sur des modules AF et je ne me souviens pas qu'il ait été question de l'ouverture de l'objectif dans la précision de la mesure. Si vous avez d'autres données, je suis intéressé...

Amicalement,
Pierre T.

Bonsoir,

Voilà une image composite de plusieurs pages issues de ce livre ("Applied Photography Optics") où l'auteur démontre sa formule (démonstration qui est je le reconnais très succincte).

Qui plus est, l'auteur cite un certain nombre de références, et entre autre Geoffrey Crawley qui a écrit la moitié des articles qu'il cite dans sa bibliographie. J'ai trouvé un article de G. Crawley à cette adresse, et encore une fois un lien est fait entre précision de l'AF et pupille de sortie : "Just as in crossed-wedge visual focusing, the base separation of the rangefinder 'windows' is the diameter of the lens exit pupil - effectively at its maximum f/stop" (page 4).

FX

[vincent]

A vous lire, j'ai l'impression que vous dites que l'on a du 0 ou 1 au niveau de l'AF; si on est dans la plage indiquée, c'est tout bon, ensuite ça ne fonctionne plus.

Or, en pratique, je constate une dégradation progressive, qui de plus est différente d'une optique à l'autre, en fonction de son ouverture maxi, du moteur AF... au moins en Canon 

[Verso92]

A vous lire, j'ai l'impression que vous dites que l'on a du 0 ou 1 au niveau de l'AF; si on est dans la plage indiquée, c'est tout bon, ensuite ça ne fonctionne plus.

Or, en pratique, je constate une dégradation progressive, qui de plus est différente d'une optique à l'autre, en fonction de son ouverture maxi, du moteur AF... au moins en Canon 

Rassure toi, c'est pareil en Nikon. En plus, les boitiers multi-collimateurs (à partir du F5, donc) fonctionnent beaucoup moins bien que les anciens en terme de détectivité en faible contraste...

[seba]

Voilà une image composite de plusieurs pages issues de ce livre ("Applied Photography Optics") où l'auteur démontre sa formule (démonstration qui est je le reconnais très succincte).

Le desin est très clair.
On voit les deux pupilles P à l'intérieur de la lentille.
Je pense que quand il écrit pupile size, il est question de la séparation entre les deux pupilles (ce qui serait cohérent avec le reste du texte et le dessin).

Qui plus est, l'auteur cite un certain nombre de références, et entre autre Geoffrey Crawley qui a écrit la moitié des articles qu'il cite dans sa bibliographie. J'ai trouvé un article de G. Crawley à cette adresse, et encore une fois un lien est fait entre précision de l'AF et pupille de sortie : "Just as in crossed-wedge visual focusing, the base separation of the rangefinder 'windows' is the diameter of the lens exit pupil - effectively at its maximum f/stop" (page 4).

Petit problème de rédaction je pense. Car tout de suite après il écrit que les systèmes AF nécessitent une ouverture de 4 au moins (c'est plutôt 5,6 en général). On se demanderait bien pourquoi.
D'ailleurs on voit très bien que pour le stigmomètre, la précision (qui est liée à la base télémétrique) ne dépend pas de l'ouverture, contrairement à ce qui est écrit.

[seba]

A vous lire, j'ai l'impression que vous dites que l'on a du 0 ou 1 au niveau de l'AF; si on est dans la plage indiquée, c'est tout bon, ensuite ça ne fonctionne plus.

Or, en pratique, je constate une dégradation progressive, qui de plus est différente d'une optique à l'autre, en fonction de son ouverture maxi, du moteur AF... au moins en Canon 

Tout ou rien, non. Ca fonctionne, puis à partir de 5,6 (chez Nikon) ça fonctionne progressivement de moins en moins bien, puis plus du tout après 11 environ.
Tout comme pour un stigmomètre où ça se passe bien jusqu'à 4 en général, puis les demi-cercles commencent à s'assombrir pour s'assombrir totalement vers 8 environ.
Après, je suppose qu'il y a des différences dans la motorisation, le pilotage par l'électronique (il y a une partie de l'électronique qui se trouve dans l'objectif), la masse des lentilles à déplacer...et je suppose que sur certains objectifs le fabricant met le paquet pour que l'AF soit très rapide.

Chez Canon il y a une plus grande variété de modules dont les bases sont de 2,8 , 4 , 5,6 ou 8 , selon l'appareil.
Plus grande sera la base, meilleure sera la précision, mais ça nécessite des objectifs dont l'ouverture est au moins égale à la base.

[vincent]

Tout ou rien, non. Ca fonctionne, puis à partir de 5,6 (chez Nikon) ça fonctionne progressivement de moins en moins bien, puis plus du tout après 11 environ.
Tout comme pour un stigmomètre où ça se passe bien jusqu'à 4 en général, puis les demi-cercles commencent à s'assombrir pour s'assombrir totalement vers 8 environ.
Après, je suppose qu'il y a des différences dans la motorisation, le pilotage par l'électronique (il y a une partie de l'électronique qui se trouve dans l'objectif), la masse des lentilles à déplacer...et je suppose que sur certains objectifs le fabricant met le paquet pour que l'AF soit très rapide.

Chez Canon il y a une plus grande variété de modules dont les bases sont de 2,8 , 4 , 5,6 ou 8 , selon l'appareil.
Plus grande sera la base, meilleure sera la précision, mais ça nécessite des objectifs dont l'ouverture est au moins égale à la base.

Encore un "détail" dont personne ne parle: le contraste/micro-contraste de l'objectif à PO.
Plus il est performant, et plus l'AF se fera aisément.
C'est typique en sport indoor: un 400/4 DO est médiocre (il est très peu contrasté) alors qu'un 500/4 L est performant.
En extérieur ensoleillé, le 400 DO devient très performant, AF et qualité.

[PierreT]

Bonjour,

Merci FX-Bucher pour cette page. Maintenant il est clair que l'auteur entend par "pupille d'entrée" la "pupille d'entrée minimum compatible avec le fonctionnement du système". Il faut donc bien la prendre pour une constante (fixée par construction) et non pas pour une variable qui serait liée à l'objectif. Et effectivement, plus cette pupille est grande, plus le système est précis car le déphasage est proportionnel à la taille de la pupille d'entrée minimum compatible avec le fonctionnement du système.
On peut reprocher à l'auteur de ne pas être très clair sur ce point (c'est le moins que l'on puisse dire). Tout comme sa démonstration d'ailleurs... Cependant le résultat est parfaitement exact (on parvient au même résultat d'une autre manière) mais, à mon avis, mal présenté. Il aurait été préférable de présenter l'équation sous la forme équivalente :
∆l' = d.m / 2.Np
où le déphasage ∆l' (donc la précision de la mesure) apparaît clairement comme proportionnel à la défocalisation d, au facteur de grandissement des lentilles de focalisation m, et inversement proportionnel à l'ouverture géométrique maximum compatible avec le fonctionnement Np.

Amicalement,
Pierre T.

[FX-Bucher]

Bonjour,

Merci FX-Bucher pour cette page. Maintenant il est clair que l'auteur entend par "pupille d'entrée" la "pupille d'entrée minimum compatible avec le fonctionnement du système". Il faut donc bien la prendre pour une constante (fixée par construction) et non pas pour une variable qui serait liée à l'objectif. Et effectivement, plus cette pupille est grande, plus le système est précis car le déphasage est proportionnel à la taille de la pupille d'entrée minimum compatible avec le fonctionnement du système.
On peut reprocher à l'auteur de ne pas être très clair sur ce point (c'est le moins que l'on puisse dire). Tout comme sa démonstration d'ailleurs... Cependant le résultat est parfaitement exact (on parvient au même résultat d'une autre manière) mais, à mon avis, mal présenté. Il aurait été préférable de présenter l'équation sous la forme équivalente :
∆l' = d.m / 2.Np
où le déphasage ∆l' (donc la précision de la mesure) apparaît clairement comme proportionnel à la défocalisation d, au facteur de grandissement des lentilles de focalisation m, et inversement proportionnel à l'ouverture géométrique maximum compatible avec le fonctionnement Np.

Amicalement,
Pierre T.

Bonsoir,

Je reviens avec un graphique supplémentaire toujours issu du même ouvrage (p.209 pour ceux qui souhaiteraient la référence exacte).

Ce graphique présente une différence importante je pense avec le précédent que j'ai donné, ainsi que ceux présents sur votre site. En effet il n'y a pas 2 lentilles de focalisation, mais un réseau de lentilles ("lenslet array" dans la légende du schéma). N'est-il pas possible d'y voir une évolution plus complexe du système que vous décrivez sur votre site, où chaque lentille pointerait sur un point de la pupille de sortie, de telle sorte que l'intégralité du diamètre de celle-ci soit utilisée ? Cela serait dés lors en accord avec la formule que l'auteur donne, ou les écrits de G. Crawley, liant intimement précision de l'AF et ouverture. Dans les brevets que vous avez consultés, est-il notamment fait mention d'un réseau de lentilles plutôt que 2 lentilles ?

FX

[seba]

Dans les modules AF il n'y a pas de réseaux comme ceci, mais seulement des paires de lentilles.
A titre d'exemple, ici le module du Nikon F65 où il y a 1 collimateur central en croix et 4 collimateurs latéraux.
Mais à présent je crois que les fabricants arrivent à couvrir un champ assez grand (plein de collimateurs) avec moins de lentilles (Canon et Nikon indiquent que la surface complexe des lentilles du module permet de couvrir un grand champ).

Un réseau de lentilles comme dans ton illustration se retrouve dans les matrices de Shack-Hartmann.
La matrice remplit toute la pupille mais chaque lentille ne reçoit de la lumière que d'une petite portion de l'objectif (comme on le voit sur ton schéma). Que se passerait-il si on diaphragmait la lentill L : de moins en moins de lentilles du réseau recevraient de la lumière.
Dans les modules AF des réflex, les paires de faisceaux utiles (pour tous les collimateurs) sont toujours issues de la même région de l'objectif, à l'intérieur d'une ouverture définie par le fabricant, 5,6 par exemple, pour que ça fonctionne au moins jusqu'à cette ouverture.
Si le fabricant avait choisit 2,8 par exemple, la précision serait augmentée mais il faudrait que tous les objectifs AF ouvrent au moins à 2,8.

Ton réseau couvrirait l'intégralité de la pupille et la précision augmenterait quand l'ouverture de l'objectif augmenterait, c'est un peu ce que Canon a fait avec des modules qui ont des lentilles qui donnent une base de 5,6 et une autre de 2,8. Mais dans ce dernier cas ça ne couvre pas toute la pupille, seulement quatre zones, deux assez écartées et deux autres moins écartées.

[PierreT]

Bonjour,

J'ai effectivement déjà rencontré ce type de capteur, mais je ne le connais pas réellement pour autant. Il y a des dizaines de brevets sur les modules de détection de mise au point. Les étudier en détail demanderait des mois !
Ce système est très simple dans son principe, mais probablement beaucoup moins sensible à l'éclairement comme au déphasage.
Quand vous dites "Cela serait dés lors en accord avec la formule que l'auteur donne", vous semblez sous-entendre que le précédent schéma n'était pas en accord avec la formule. Permettez moi d'insister, mais relation mathématique et schéma sont parfaitement en accord. L'auteur voulait simplement démontrer qu'un module capable de fonctionner au plus à 2.8 est deux fois plus précis qu'un module conçu pour fonctionner au plus à 5.6 car une même défocalisation produit un déphasage deux fois plus important dans le premier cas. On peut juste lui reprocher d'avoir présenté la chose de manière particulièrement ambiguë.

Sur mon site, j'ai décris un système à condenseur ; le système que vous avez présenté précédemment est un système à lentille de champ (le condenseur est virtuellement placé derrière le plan du capteur alors que la lentille de champ est virtuellement très proche de celui-ci et donc, à priori, plus sensible aux poussières). Ce troisième système est encore différent et, pour fonctionner de cette manière, les "micros lentilles" s'apparentent plus à des micros prismes qu'à des lentilles. Le schéma que vous postez ici est un schéma de principe sur lequel il manque un élément important : un couple de diaphragmes, sans quoi le système ne fonctionne pas. En effet, si vous n'isolez pas deux faisceaux en particulier, chaque micro prisme éclairera son pixel associé et vous serez incapable de déterminer un déphasage, car tous les pixels seront éclairés de la même manière. Un couple de diaphragmes, en isolant deux faisceaux, permet au système de fonctionner mais détermine du même coup une ouverture géométrique maximale compatible avec le fonctionnement. On en revient toujours au même point.

Amicalement,
Pierre T.

[benoit16]

Voici un excellent article qui résume on ne peut mieux les caractéristiques de l'AF:http://www.alpha-numerique.fr/index.php?option=com_content&view=article&id=361:mise-au-point-sur-lautofocus&catid=82:lautofocus&Itemid=283

[seba]

Voici un excellent article qui résume on ne peut mieux les caractéristiques de l'AF:http://www.alpha-numerique.fr/index.php?option=com_content&view=article&id=361:mise-au-point-sur-lautofocus&catid=82:lautofocus&Itemid=283

Pas mal d'erreurs dans cet article.

[benoit16]

Pas mal d'erreurs dans cet article.

Lesquelles ? 

[seba]

"Autofocus à détection de contraste de phase"

Déjà le titre.
Normalement on appelle ça détection de phase.
J'ai l'impression que l'auteur confond un peu "détection de phase" et "contraste de phase".
Cette dernière technique est utilisée en microscopie et n'a aucun rapport avec l'AF par détection de phase.

[seba]

"...et à mesurer le décalage symétrique (le déphasage) des franges de contraste des deux images obtenues par rapport à la position identique qu'elles auraient dû avoir si le point était correctement fait."

L'auteur parle de "franges", bon comme ce n'est pas hyper clair, au bénéfice du doute, on peut dire que c'est une manière de parler. Ca peut entraîner une confusion car en optique, on parle de franges pour les interférences.

[seba]

"Contrairement au précédent, l'autofocus à détection de contraste de phase ne recherche pas le point, il le calcule en une seule fois à partir du déphasage mesuré et commande à l'objectif de se positionner de façon à l'annuler."

J'ai suggéré des expériences dans le fil ci-dessous montrant que l'AF ne fait pas le point en se contentant d'une unique mesure initiale, mais fait des mesures constantes (ou à haute fréquence) et est capable de mettre au point sur un sujet en mouvement, c'est-à-dire qui n'est pas à la même distance au début et à la fin de l'activation de l'AF.
En plus, pour un défocalisation assez importante, un calcul initial ne serait pas précis du tout.

http://www.chassimages.com/forum/index.php/topic,86919.0.html

[seba]

"A l'allumage ou au changement d'objectif, le boîtier interroge celui qui est monté pour connaître sa distance minimale de mise au point ainsi que son ouverture maximale par plage de focales."

Tout ceci est parfaitement inutile pour le fonctionnement de l'AF.
On peut changer tout ça comme on veut (avec des bonnettes par exemple, ou en modifiant l'ouverture avec un diaphragme bricolé), l'AF fonctionnera tout aussi bien.

[seba]

"Leur longueur - (des barrettes) - détermine leur précision. Plus ils sont longs, plus ils sont précis mais plus il nécessitent des objectifs à grande ouverture pour « voir », non pas à cause de la quantité de lumière nécessaire mais à cause du trajet des rayons lumineux."

Ici ce n'est pas vraiment faux, mais l'auteur s'exprime mal.
La longueur des barrettes n'a pas de rapport avec la précision. Des barrettes plus longues permettent de mesurer une plus grande défocalisation.
Pour la précision de la mesure, ce qui importe c'est l'écartement des deux sous-pupilles et la résolution des barrettes.

[seba]

"Autre facteur d'imprécision, afin d'obtenir une grande rapidité, certains modules AF ne vérifient pas après coup que l'ordre de positionnement qu'ils ont transmis à l'objectif a bien été exécuté. En monture EOS par exemple, il appartient à ce dernier de s'autocontrôler puis d'informer le calculateur du boîtier qu'il l'a fait. Si l'objectif est décalé, le calculateur n'en saura rien."

Je ne connais pas les détails de contrôle et d'asservissement de l'AF, mais tout ça me semble assez douteux, dans la mesure où le fil sus-nommé montre bien que l'AF fait de toute façon des mesures (et des corrections) jusqu'à la mise au point finale.

[benoit16]

Etude de texte pertinente !   Bravo !

Mais qu'entends - tu par " écartement des 2 sous pupilles " ?