• Die verschiedenen Systeme
• Mehrfeld-Autofokus usw.
• Hilfslicht
• Gesichtserkennung (fd)
• Personenerkennung

Passiver Autofokus

Diese Verfahren sind auf genügende Beleuchtung und ausreichenden Motivkontrast angewiesen. Durch ein Hilfslicht (sh. unten) können sie aber zu einem aktiven Verfahren erweitert werden.

1. Phasen-Autofokus
1977 präsentierte Konica mit der C35-AF das erste Serienmodell einer Kompaktkamera mit Autofokus. Sie arbeitete mit einem Autofokussystem, dass das im oberen Kasten beschriebene Prinzip verwendete. Nur wurden hier die beiden Bilder von einem speziellen CCD-Linien-Sensor verglichen. Ein Motor bewegt die Entfernungseinstellung des Objektivs dann in die notwendigen Richtung, bis die beiden Bilder sich decken.
SLRs arbeiten meist mit dieser Methode. Dabei werden die durch verschiedene Bereiche der Optik von einem Bildelement kommenden Strahlen von jeweils zwei Autofokus-Sensoren verglichen. Aus deren "Versatz" kann ermittelt werden, wie stark und in welcher Richtung das Objektiv verstellt werden muss. Profi-Kameras haben bis zu 51 solcher Sensoren-Paare. Sie haben unterschiedliche Ausrichtung, da ein Sensor auf parallele Strukturen nicht scharf stellen kann.
Bei SLR-Kameras werden durch den halbdurchlässigen Schwingspiegel diese Informationen aus dem Strahlengang "abgezweigt" und über einen dahinter angebrachten "Hilfsspiegel" zu den speziellen Autofokus-Sensoren gelenkt (In obiger Prinzipskizze nicht dargestellt).
Diese Methode ist sehr schnell und kommt ohne das berüchtigte "Pumpen" der Schärfe aus, da sofort klar ist, um wie viel und in welche Richtung das Objektiv verstellt werden muss. Dann kommt es nur noch auf die Schnelligkeit des Verstellmotors an (z.B. Ultraschallmotor).

Fuji hat in der F300 (Sept. 2010) erstmalig dieses Prinzip auch ohne Spiegel realisiert. Dazu wurden einige Sensorzellen des EXR-Sensors "umfunktioniert" und erkennen dann den Phasen-Versatz. Da es heute kaum noch Kameras mit Spiegel gibt, haben auch andere Hersteller diese Lösung übernommen.
 

Vor- und Nachteile Phasen-Autofokus

+ sehr schnell
+ auch noch schnell bei schlechten Lichtverhältnissen
+ funktioniert auch durch Glasscheiben
+ ermöglicht schnelle Serienfotos mit Fokuskorrektur
   (Spiegel erforderlich)

- Mindestlichtmenge und Kontraste im Motiv erforderlich
- Kombination von Kamera und Wechselobjektiv ergibt oft Probleme *)
- Nicht ganz so exakt wie der Kontrast-Autofokus
- Lichtstarkes Objektiv zur vollen Funktion notwendig

Bei lichtstarker Optik, heller Beleuchtung und Weitwinkel können sehr gute Kameras 0,1 Sek. erreichen. "Normale" liegen bei ca. 0,2 Sek.. Aber auch Kameras mit 0,5 Sek. sind nicht ungewöhnlich.

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*) Lt. Test der Deutschen Gesellschaft für Fotografie eV. (14.06.2013) funktionierte der Phasen-Autofokus bei keinem Hersteller bei allen SLR-Kamera-/ Objektivkombinationen zuverlässig. Es wurden nur zwischen 40% bis max. 70% des optimalen Wertes (Zeilen/Bildhöhe lt. ISO-Testbild) erreicht. Gründe sind: mechanische Toleranzen, Justage des Sensors, Steuerkurve der Objektive usw.. Das fiel bisher bei schwachen Objektiven und rel. geringen MP nicht besonders auf.
Selbst der schlechteste Kontrast-Autofokus (ohne Spiegel!) schaffte 99%, da er ja die tatsächliche Schärfe auf dem Sensor erkennt.

2. Kontrast-Autofokus
Die Pentax ME-F war 1981 die erste Kamera mit diesem Autofokus-Prinzip.
Hier wertet eine Phasendetekor CCD den Kontrast (üblicherweise in Bildmitte) aus. Bei exakter Entfernungseinstellung ist der Kontrast nämlich am höchsten!
Fast alle Kompakt-Digitalkameras arbeiten nach diesem Prinzip. Da - im Gegensatz zu SLRs - der Aufnahmesensor ständig zur Verfügung steht, wird er einfach als Schärfesensor verwendet. Dabei wird die Bildmitte oder mehrere weitere kleine Bereiche (→Mehrfeld-Autofokus) aktiviert und auf maximalen Kontrast optimiert.
Das dazu notwendige "Pumpen" der Entfernungseinstellung, da die Kamera ja erst "ausprobieren" muss, in welche Richtung sie verstellen muss, dauert bei einigen Kameras relativ lange. Besonders bei schwacher Beleuchtung (Beispiel: Blitzaufnahmen in Innenräumen) und Tele.  →Mehr Infos

Da in vielen Testberichten die Auslöseverzögerung nur bei Sonnenschein ermittelt wird und den Kompaktkameras z.T. sogar kürzere Werte als den SLRs bescheinigt werden, sind die Konstrukteure offenbar in einen selbstgefälligen Tiefschlaf gefallen. Es wird Zeit, dass sie durch Testwerte, die bei schlechter Beleuchtung ermittelt werden, wieder aufgeweckt werden! Manche Kameras sind sogar deutlich langsamer als ihre Vorgänger! Nicht zuletzt ein Problem der zu vielen MP. Da ist der Kamera-Rechner überfordert.
Manche SLRs haben übrigens im Live-Modus das gleiche Problem.

Vor- und Nachteile Kontrast-Autofokus

+ kostengünstig
+ Präzision
+ rel. schnell bei guten Lichtverhältnissen
+ funktioniert auch durch Glasscheiben

- langsamer als andere Systeme, besonders bei Tele.
- bei schlechten Lichtverhältnissen deutlich langsamer
- Probleme bei schnell bewegten Motiven (Kinder ...)
- Mindestlichtmenge und Kontraste im Motiv erforderlich
- Funktioniert nicht bei schnellen Serienaufnahmen

Bei Weitwinkel (und heller Beleuchtung) benötigen sehr gute Kameras ca. 0,15 Sek. "Normale" Kameras etwa 0,3 Sek. und weniger gute etwa 0,5 Sek.
Bei Tele und schlechter Beleuchtung kann es aber auch bis zu 2 Sek. dauern.

3. Hybrid-Autofokus
Inzwischen verwenden immer mehr Kamera-Sensoren ein Autofokus-System, das die Vorteile der beiden o.g. Systeme kombiniert. Zum schnellen und direktem Anfahren der Entfernung wird zunächst der Phasen-Autofokus eingesetzt, die exakte Position ermittelt dann der Kontrast-Autofokus. Es wurde erstmalig in einer Fuji-Kamera eingebaut. →Hinweis

Aktiver Autofokus

Dies Methode wurde 1980 bei der Kompakt-Kamera Canon AF 35 M erstmals eingesetzt und seitdem in vielen Kompaktkameras verwendet. Hier wird ein unsichtbaren (!) Infrarot-Lichtstrahl ausgesendet und aus dem Zeitversatz, mit dem der reflektierte Infrarotstrahl wieder eintrifft, wird auf die Entfernung geschlossen.
Selbst bei völliger Dunkelheit sind Blitzaufnahmen im Nahbereich(!) dann möglich!
Nachteil dieses System ist die begrenzte Reichweite! Bei manchen Kameras ist bei ca. 1,5m Schluss.

Manche Kameras (Fuji 602) kombinieren dieses System (zur Grobeinstellung) mit einem anschließenden exakten Kontrast-Autofokus.

Der Ultraschall-Autofokus (Polaroid SX-70) war nur eine kurze Episode. Dabei wurde ein unhörbares Tonsignal abgegeben und aus der Laufzeit des reflektierten Signals wurde auf die Entfernung geschlossen.

Vor- und Nachteile Aktiver Autofokus

+ sehr schnell
+ auch noch schnell bei schlechten Lichtverhältnissen
+ keine Mindestlichtmenge oder Kontrast im Motiv notwendig

- Reichweite begrenzt
- funktioniert nicht durch Glasscheiben, mit Spiegeln usw.

Mehrfeld-Autofokus
Moderne Kameras bieten zusätzlich zu dem "Mittenfokus" zusätzlich ein Fokussystem, das an mehreren Stellen des Bildes die Entfernung bestimmt und die kürzeste dann einstellt. Das hat den Vorteil, dass z.B. bei einem Foto von zwei Personen nicht auf den Hintergrund zwischen ihnen scharf gestellt wird.
Bei guten Kameras wird das vom Autofokus ausgewählte Objekt auf dem Monitor markiert, so dass man ggf. eingreifen kann.

Das passiert bei "Mittenfokus"!
 

Nachteil:
In manchen Fällen (z.B. Landschaftsaufnahmen) soll der Hintergrund unbedingt scharf sein. Der Mehrfeld-Autofokus stellt aber auf den unwichtigen Vordergrund (Büsche usw.) scharf.
Deshalb muss hier auf Mittenfokus umgestellt und das eigentliche Ziel (hier das Boot) zur Scharfstellung angepeilt werden! →Schärfespeicher (s.u.)

("Sommerpalast" bei Peking)

Verschiebbarer Fokuspunkt
Manche Kameras bieten die Möglichkeit, den Schärfe-Messpunkt zu einer beliebigen Stelle im Bild zu verschieben. Dieser Gag macht nur Sinn bei bestimmten Aufnahmen vom Stativ! Aber selbst dann wird man diese Möglichkeit vermutlich nicht nutzen, weil man nicht mehr weiß, wie man den Fokuspunkt verschiebt.
Moderne Kameras vereinfachen diesen Vorgang, indem sie einen berührungsempfindlichen Monitor einsetzen. Ein Fingertip auf das betr. Motiv genügt.
Mit der normalen Methode - Kamera auf die betr. Stelle richten, halb durchdrücken, dann neu ausrichten und auslösen - ergibt sich viel schneller der gleiche Effekt!
 

Kontinuierlicher Autofokus
Hier wird die Entfernung von der Kamera nicht erst beim Drücken des Auslösers, sonder ständig ermittelt und eingestellt. Andererseits lassen manche Kameras es sich nehmen, vor dem Auslösen vorsichtshalber noch einmal zu fokussieren. Dann ist diese Funktion sinnlos und kostet lediglich viel Batteriestrom. Bei Video-Aufnahmen ist sie aber empfehlenswert, da dann auch bei Schwenks usw. die Schärfe angepasst wird ... wenn die Kamera diese Funktion bietet.

Verfolgungs-Autofokus
Hier kann ein Objekt (z.B. Kind) angepeilt und markiert werden. Der Autofokus verfolgt das Objekt bei seinen Bewegungen. Nicht selten entscheidet er sich dann aber beim Auslösen doch anders ... und stellt auf ein anderes Objekt scharf.

Vorausberechnender Autofokus
Manche Kameras haben einen Autofokus, der (unter Berücksichtigung der Auslöseverzögerung) aus der Geschwindigkeit des sich auf den Fotografen zu bewegenden Motivs berechnen, wo es sich vermutlich zum Zeitpunkt der Aufnahme befinden wird. Das ist z.B. notwendig bei Kindern die sich auf einer Rutsche oder Schaukel auf den Fotografen zu bewegen.
 

Schärfe- / Auslöser-Priorität
Normalerweise arbeiten Kameras mit "Schärfepriorität"; d.h. die Kamera wartet nach dem Drücken des Auslösers, bis der Autofokus das Motiv scharf gestellt hat. Das kann bei manchen Kameras schon eine Sekunde und länger dauern.
Manche Kameras warnen nur durch ein ein "AF!", dass der Autofokus (z.B. wegen zu kurzer Entfernung) seine Aufgabe nicht erledigen konnte, lassen aber eine Auslösung zu. →Hinweis
Bei besseren Kameras kann gezielt auf "Auslöser-Priorität" umgeschaltet werden. Dann wird sofort ausgelöst ... auf die Gefahr, dass die Entfernung noch nicht richtig stimmt.



Schärfespeicher
Eine Funktion die ich sehr oft nutze, ist der sog. Schärfespeicher. Dabei wird im Modus "Mittenfokus" das Hauptmotiv angepeilt, der Auslöser halb durchgedrückt, dann die Kamera auf den gewünschten Bildausschnitt bewegt und erst danach der Auslöser voll durchgedrückt.
Diese Methode sorgt nicht nur dafür, dass die Schärfe exakt dort liegt, worauf es mir ankommt, sondern ermöglicht auch eine praktisch verzögerungsfreie Auslösung! Der Autofokus hat seine Arbeit ja schon vorher getan!
Besonders bei Personen-Aufnahmen ist das sehr hilfreich, um genau den richtigen Moment abzupassen.
Bei Gegenlichtaufnahmen wird so auch für eine optimale Belichtung des Hauptmotivs gesorgt.

Manueller Fokus
In bestimmten Situationen versagt jeder Autofokus. Dann kann bei bei guten Kameras auf "manueller Fokus" umgeschaltet werden. Einfacher (und mit jeder Kamera möglich) ist es aber, mit der obigen Schärfespeicher-Methode zu arbeiten. Man peilt dazu einfach einen Gegenstand in gleicher Entfernung wie das Motiv an. Diese Methode bietet sich auch an, wenn man wuselige Kinder fotografieren will. Man erwischt dann verzögerungsfrei den richtigen Moment .. aber nur für das nächste Bild. Bei "manuellem Fokus" stellt man auf ca. 2m ein und bei Weitwinkel sind dann alle folgenden Bilder im Bereich 1 - 5 Meter scharf und .

Bei sehr trüber Beleuchtung (Biergarten im Dämmerlicht, Familie unter dem Tannenbaum ...) wird man zwar das Blitzlichtgerät benutzen, aber vorher muss die Kamera die Entfernung ermitteln! Manche passive Autofokussysteme können das sogar bei sehr schwachem Licht ("Party-Eignung"). Aber bei völliger Dunkelheit ist auch das beste System überfordert.
Manche Digitalkameras geben auch dann nicht auf! Sie senden einen (sichtbaren) Lichtstrahl auf das Motiv und dadurch kann der Autofokus wieder tätig werden. Beim Kamera-Kauf sollte man deshalb auf die Angabe "Autofokus-Lampe" achten!
Die System-Blitzlichtgeräte für Spielreflexkameras arbeiten übrigens auch nach diesem Prinzip.
Manche Kameras lassen den Blitz zur Scharfstellung vorab stroboskopartig kurz flackern.

Moderne System beschränken sich nicht darauf, nur einen Lichtstrahl zu senden. Sie projizieren ein Gittermuster, das z.B. auch auf gleichmäßig weißer Fläche das Scharfstellen ermöglicht. Dadurch kann sogar auf einfarbige, kontrastlose Flächen scharf gestellt werden.
Weil es doppelt so viele grüne Sensorzellen wie rote gibt (→ Sensoren), ist das Hilfslicht z.B. bei manchen Fuji-Kameras nicht rot, sondern grün.

Einen wesentlichen Nachteil hat diese Methode allerdings. Unbemerkte Schnappschüsse sind wegen des verräterischen Lichtstrahls nicht möglich.

Seit der Einführung der Fuji 6500 fd (→Aktuell vom 19.07.2006) gibt es viele Kameras, deren Autofokus Gesichter erkennt und darauf scharf stellt. Außerdem wird die Belichtung auf gute Durchzeichnung der Gesichter optimiert. Allerdings ist nicht jede "fd"-Kamera gleich gut im Erkennen..

Wie das in der Praxis funktioniert, habe ich mit der 6500fd ausprobiert. Ergebnis: Zwar wurden häufig (auch mehrere) Gesichter erkannt, aber keineswegs immer. Nur Personen, die direkt in die Kamera sehen (und keine Sonnenbrille tragen), werden erkannt. Prinzip: "Punkt, Punkt, Komma, Strich ..."
In den meisten Fällen hätte der Mehrfeld-Autofokus auch ein gutes Bild geliefert, nicht selten sogar ein besseres! Wenn nämlich kein Gesicht erkannt wird, dann schalten viele Kameras ungefragt auf "Mittenfokus" um ... mit den o.g.  Problemen. Genau das wäre z.B. bei dem ganz oben gezeigten Bild der Fall gewesen, denn meine Töchter wären von dem "fd" mancher Kameras nicht erkannt worden. Inzwischen gibt es aber Kameras, die selbst Gesichter im Profil erkennen.
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Es gibt Situationen, wo "fd" eindeutig bessere Bilder liefert. Hier ein (zugegeben etwas konstruiertes) Beispiel:

Obwohl die Puppe extrem weit am Bildrand sitzt, hat "fd" sie erkannt und die Belichtung und Entfernung entsprechend angepasst. In diesem Fall sogar den Blitz aktiviert! Ein grünes Rechteck im Monitor signalisierte, dass das Gesicht erkannt wurde. (Das Rechteck wurde von mir nachträglich wieder in das fertige Bild einmontiert!).
Ohne "fd" stellt die Kamera Schärfe und Belichtung auf den Hintergrund ein, da selbst für den Mehrfeld-Autofokus die Puppe zu weit außerhalb der Bildmitte sitzt.

Fazit:
Ich würde "fd" nur bei "angesagten" Nahaufnahmen von Personen ("bitte zur Kamera sehen!")  aktivieren. Besonders bei schwierigen Situationen (Person am Bildrand, Gegenlicht ...) werden so vollautomatisch gute Resultate erzielt. Ein erfahrener Fotograf würde allerdings mit dem Schärfespeicher (sh. oben) ein gleiches Ergebnis erreichen.
Die Tester von dpreview bezeichnen "fd" als "Netten Partygag".

Und noch eine Anmerkung:
Prinzipbedingt ist fd bei Spiegelreflexkameras nicht möglich. Das funktioniert nur ohne Spiegel.

Hier ein typisches Beispiel. Mit fd hätte die SLR nicht auf meine rechte Hand, sondern mein Gesicht scharf gestellt. Übrigens auch ein Beispiel dafür, dass die hochgelobte "Freistellmöglichkeit" der großen Kameras (durch die geringe Schärfentiefe) nicht nur Vorteile hat ...

fd im Wiedergabemodus
Bereits die 6500fd bot die Möglichkeit, im Wiedergabemodus nacheinander alle von fd erkannten Gesichter automatisch herauszoomen zu lassen. So kann sofort und problemlos entschieden werden, ob eine Wiederholung notwendig ist.

Personenerkennung

Der Wunschtraum unseres Innenministers ist in Erfüllung gegangen: Manche Kameras und Archivprogramme erkennen (manchmal), wenn die gleiche Person auf mehreren Bildern zu sehen ist und fragen nach dem Namen, damit der in die Bilddatei eingefügt wird. Netter Gag, aber ist das wirklich ein Kaufgrund? Man verzichtet aber sonst auf die Möglichkeit, sagen zu können: "Sieh mal Tante Elfriede, meine tolle Kamera hat dich erkannt!"

In Ermangelung einer entspr. Kamera habe ich diese Funktion (nachträglich) mit dem Programm Picasa getestet. Dazu habe ich dem Programm ein aktuelles Bild von mir gezeigt und "Henner" eingegeben. Dann startete die Suche und mir wurden u.a. die unten abgebildeten Bildausschnitte gezeigt, auf denen das Programm mich erkannt zu haben glaubte. Die Fehlerquote war unter 1% (!). Selbst ein Bild, das mich als 10jährigen Schüler zeigt, wurde erkannt! Ein Problem, was eine Kamera natürlich gar nicht hätte. Das verblüffendste Ergebnis war das letzte Bildchen in der unteren Bilderreihe. Ich war zwar auf dem Bild, aber nur seitlich zu sehen und das kann das Programm nicht erkennen. Erkannt wurde aber das Bild an der Wand, auf dem ich zu sehen war. →Bild
Bei Kleinkindern und erst Recht Babys ist die Fehlerquote aber über 50%.

Aber die Erstellung von Keywords ist offenbar nicht das Ziel der Personenerkennung. Das wird deutlich, seitdem Google dieses Tool im Internet anbietet. Dann muss ich nur noch, wenn ich im Gartenlokal am Nachbartisch eine hübsche junge Frau sehe, mit dem Handy ein Foto von ihr machen und hochladen. Irgendein Facebook-Fan hat sicherlich Name und Tel. Nr. aller Personen seines Bekanntenkreises ins Internet gestellt und so erfahre ich dann alles was ich wissen will ....
 

Auf der Suche nach immer neuen Kaufargumenten sind die Kamerahersteller wieder fündig geworden. Jetzt suchen ihre Kameras nicht nur nach Gesichtern, sondern warten darauf, dass die betreffenden Personen ein Lächeln zeigen. Erst dann lösen sie aus.
Sind heutige Kamerakäufer wirklich nicht reaktionsschnell genug, um das selbst zu erkennen?