Samstag, 27. Februar 2016

Vom Abenteuer der Phasen-Autofokus Korrektur

Der Hebel bleibt meist unberührt: Vertrauen in die automatische Fokussierung

In den letzten Wochen habe ich mich (mal wieder) intensiver mit dem Phasen-Autofokus meiner DSLR beschäftigt. Auslöser war die Anschaffung der lichtstarken Sigma 30mm Art Festbrennweite, welche bei Offenblende F1,4 und näherer Distanz eine sehr geringe Schärfentiefe ermöglicht und somit eine exakte Entfernungseinstellung erfordert. Mit dem Thema hatte ich mich bereits vor Jahren in diesem Blog beschäftigt, doch seit meinem letzten Artikel Autofokus Korrektur einmal anders habe ich mein Vorgehen verfeinert.

Eine ernst gemeinte Warnung vorab: wer mit dem Autofokus seiner DSLR zufrieden ist, sollte nicht weiterlesen. Ehrlich, es lebt sich leichter, wenn man nicht zu genau hinschaut. Um mich ist es leider geschehen, ich habe meine persönliche Büchse der Pandora bereits geöffnet und muss jede neue Linse, welche Einlass in meinen Objektivpark begehrt, auf Verträglichkeit mit dem Phasen-Autofokus meiner digitalen Spiegelreflex prüfen.

WORUM GEHT ES?


Mit dem Einsatz lichtstarker Objektive und der bewussten Anwendung geringer Schärfentiefe als gestalterisches Mittel ist es einfach notwendig, dass der Fokus wirklich da sitzt, wo man ihn auch hinhaben möchte.  Wenn aber die rechnerische Schärfentiefe nur wenige Zentimeter (oder sogar Millimeter) beträgt, der Autofokus aber leider ein paar Zentimeter (oder eben Millimeter) vor oder hinter dem anvisierten Ziel die Entfernungseinstellung vornimmt, liegt das Hauptmotiv schnell im unscharfen Bereich. Knapp daneben ist leider eben doch daneben.

Ein ärgerliches Beispiel sind Portraits mit leichtem Tele und offener Blende, bei der die Schärfe nicht auf dem vorderen Auge liegt. Der ambitionierte Fotograf mag eine scharfe Nasenspitze oder Ohrläppchen sich selbst als Stilmittel verkaufen, aber zumeist sehen solche Fotos für Dritte wenig attraktiv aus. Wir sind einfach auf die Augen sozialisiert und eben nicht auf Nase oder Ohren.

Wenn die Schärfentiefe nur wenige Millimeter beträgt, muss der Fokus perfekt sitzen

Kameras mit optischen Sucher und Spiegel (-mechanik), also die klassischen DSLRs, nutzen zur Scharfstellung in der Regel ein Verfahren, bei der die Entfernung zwischen Kamera und Motiv gemessen und dann die Entfernungseinstellung des Objektivs entsprechend über Motorantrieb automatisch angepasst wird. Die Methode dazu heißt Phasenvergleich und erfordert in der Kamera einiges an komplexer Technik, unter anderem zusätzliche Hardware zum Umleiten von Licht auf die speziellen AF-Sensoren.

Ich versuche hier erst gar nicht, das Verfahren genauer erklären zu wollen, dazu fühle ich mich im Thema auch nicht sicher genug und verweise lieber für den ersten Einstieg auf den unvermeintlichen Wikipedia Artikel. Sehr verständlich werden Autofokus Grundlagen auch in der Fotocommunity Fotoschule erklärt. In der c't Digitale Fotografie 4/2015 gab es mal eine Artikel-Serie Autofokus treffsicher, die in mehreren Beiträgen sich mit der AF Thematik vertieft auseinandergesetzt hat. Zum freien PDF Download habe ich noch den Testbericht Phasen- gegen Kontrast-AF aus der ColorFoto 2/2011 gefunden, der ebenfalls kurz die Grundprinzipien erläutert und dabei noch die AF Verlässlichkeit einiger (älterer) Kamera Modelle vergleicht. Interessanterweise schneidet hier die gute alte K-5 als Sieger unter den DSLR Kandidaten ab. Die PENTAX Autofokus Implementierungen sind ja bekanntlich etwas langsamer als die der Konkurrenz, dafür aber bei unbeweglichen Zielen recht verlässlich. Finde ich persönlich auch wichtiger.

Es gibt natürlich viele Faktoren, die daran Schuld sein können, warum der Fokus nicht da sitzt, wo der Fotograf es erwartet. Häufigster Grund dürften Bewegungsunschärfe und Verwacklung sein, also Bewegung des Motivs oder der Kamera im Moment des Auslösens bei zu langer Belichtungszeit. Oder das AF Feld ist ganz einfach nicht richtig gesetzt, z.B. auch weil das ausgewählte Feld gar nicht genau dort liegt, wo es im Sucher aufleuchtet. In einer PENTAX DSLR wird der gewählt AF-Sensor immer als Quadrat dargestellt, was er in Wirklichkeit aufgrund seiner Auslegung als Kreuz- oder Linien-AF-Sensor nicht ist. Oder das Motiv selbst ist zu kontrastarm oder strukturlos oder einfach nur mangelhaft beleuchtet. Schlechte Voraussetzungen für eine zuverlässige Schärfe-Bestimmung, übrigens nicht nur für die Kamera-Automatik, sondern ganz nebenbei auch für die manuelle Einstellung beim Blick durch den Sucher. Oder das Objektiv kommt einfach aufgrund mechanischer Unzulänglichkeiten nicht genau an der Position zum Stehen, wo es der AF eigentlich bestimmt hat. Insbesondere bei sehr kurzen Stellwegen dürfte es für den Motorantrieb eine besondere Herausforderung darstellen, genau an der richtigen Stelle anzuhalten.

Hier ist die (Bewegungs-) Unschärfe mal gewollt 

Abgesehen von diesen (sicher nicht vollständig aufgezählten) Gründen, ist der Phasen-Autofokus ein kompliziertes optisches System aus Objektiv, Hilfsspiegeln, Mikro-Linsen und AF-Sensoren in der Kamera. In diesem System muss alles optimal aufeinander eingestellt sein muss, damit die Fokusebene von Bildsensor, AF-Sensor und auch Sucher nach der Scharfstellung übereinstimmen. Wenn die Komponenten nicht richtig justiert sind, kommt es zu systematischen, reproduzierbaren Fehlfokussierungen, welche je nach eingestellter Entfernung und Brennweiten und je nach genutztem Objektiv unterschiedlich stark ausfallen können.

Wer an der Fokus-Sicherheit seines Objektivs zweifelt, für den gibt es nun zwei Möglichkeiten: Objektiv und Kamera zur Justage zu einem Service Partner schicken (in der Regel der Objektiv Hersteller), oder sich selbst an die Fokus Feineinstellung machen, sofern die Kamera dies erlaubt. Die meisten PENTAX Gehäuse bieten die Möglichkeit pro Objektiv jeweils einen Korrektur-Werte einzustellen, der dann einen Front-Fokus bzw. Back-Fokus korrigiert. Nur dumm, dass das Ausmaß eines Fehlfokus bzw. die notwendige Korrektur von der Entfernung abhängig sein kann (nicht muss), bei Zooms sogar noch von der Brennweite.

Diesen Umstand trägt Sigma mit seinem USB Dock Rechnung und erlaubt zusammen mit der Optimization Pro für verschiedene Entfernungsbereiche und Brennweiten auch verschiedene Korrekturwerte in die Firmware ihrer aktuellen Objektive zu programmieren. Es gibt sicher einige Fotografen, die so ein Werkzeug vom Prinzip her ablehnen. Wenn man schon viel Geld für die Foto Ausrüstung ausgibt, dann sollte auch der Autofokus richtig funktionieren. Oder der Service sollte diesen perfekt korrigieren können. Zumindest war das mal vor Jahren auch meine Haltung, die ich aber abgelegt habe, nachdem ich schon einige Objektive plus Kamera zur Justage mit mäßigem Erfolg eingeschickt habe. Nun versuche ich mein Glück selbst mit der Kamera AF-Feinverstellung (so der PENTAX Jargon) oder lasse das Objektiv zurückgehen, wenn ich keine zufriedenstellende Ergebnisse erreiche.

MEIN VORGEHEN


Testaufbau mit Karton und Lineal:
 "LensCal für Arme"
OK, viel Vorgeplänkel. Aber wie stelle ich es jetzt genau an? Vor Jahren hatte ich schon einmal ein hemdsärmliges Verfahren mit Hilfe des Live View vorgestellt. Heute gehe ich etwas bedachter und rationaler vor. Zuerst wähle ich ein kontrastreiches, flaches Motiv bei homogener und (anfangs) natürlicher Beleuchtung. Ich nehme dafür gerne eine Karton-Verpackung mit deutlicher Schrift, der es dem Autofokus leicht machen soll, die Schärfe einzustellen. Derzeit sind eine PENTAX und eine Sigma OVP meine favorisierten AF-Ziele. Ein schräg aufgestelltes Lineal neben dem Karton hilft bei der späteren Beurteilung, ob die Fokusebene zu weit vorne (Frontfokus) oder hinten (Backfokus) liegt. Das Ganze ergibt dann eine ähnliche Lösung "für Arme". Als Alternative empfehle ich das Loncarek Fokustest-Target zum Selbstbasteln.

Die Kamera bestücke ich mit einer WiFi Karte, die es erlaubt, die Testaufnahmen sofort an den Rechner zu schicken. Die Bilder werden dann bei mir automatisch in Lightroom importiert, so dass ich die Schärfe am großen Monitor begutachten kann. Die Belichtung wird manuell eingestellt, dabei die Blende komplett geöffnet, also die kleinste Blendenzahl eingestellt. Die Kamera wird auf Zwei-Sekunden-Selbstauslöser eingestellt (dies beinhaltet bei einer PENTAX DSLR dann auch die Spiegelvorauslösung), so dass Verwackelungsunschärfe weitestgehend ausgeschlossen wird.
Die Kamera wird auf ein Stativ gebracht und per (elektronischer) Wasserwaage exakt so auf das Motiv ausgerichtet, dass der Kamera-Sensor und damit die Fokus-Ebene parallel zum Motiv verlaufen dürfte. Im ersten Schritt wähle ich eine nähere Entfernung zwischen 50 und 100 cm, sofern es das Objektiv erlaubt. Das zentrale AF Feld muss wie oben beschrieben ein kontrastreiches Motiv finden.

Dann kommt die erste "Referenz" Aufnahme ohne Blick durch den optischen Sucher, sondern im Live-View bei Anwendung des Kontrast-AF. Anders als beim Phasen-AF wird bei diesem die Schärfe direkt über das Bildergebnis bestimmt. Dazu variiert die Kamera gemäß "Versuch und Irrtum" die Entfernung und misst immer wieder den lokalen Kontrast im AF Feld, bis eine Einstellung mit maximalen Kontrast gefunden ist. Dieses Verfahren ist zwar im Grundsatz langsamer als der Phasen-AF, dafür ist sein Ergebnis verlässlicher, auch wenn Aspekte wie mechanische Ungenauigkeit immer noch zu leicht unterschiedlichen Ergebnisse bei Testwiederholung führen können. Diese sind aber aus meiner Sicht nicht relevant, sofern man nicht scharf von knackig-scharf unterscheiden will.

Referenz-Aufnahme per Live-View bzw. Kontrast-AF: zuverlässig scharf, aber auch nicht immer perfekt

Nach der Referenz-Aufnahme mache ich einige wenige Aufnahmen per Phasen-AF mit dem mittleren AF Sensor und schaue, ob dieser ungefähr stimmt oder ein deutlicher Back- bzw. Front-Fokus vorliegt. Das quer liegende Lineal hilft bei der Beurteilung. Falls eine Fehlfokus vorliegt (und das ist meiner Erfahrung nach bei Neuzugängen die Regel, nicht die Ausnahme), stelle ich in der Kamera über die AF Feineinstellung einen Korrekturwert ein und wiederhole das Vorgehen. So nähere ich mich meinen Kandidaten für den "besten" Korrekturwert.
 
Nach der groben Annäherung kommt nun die Phase der eigentlichen Feineinstellung und Überprüfung. Mit einem eingestellten Korrekturwert werden nun mindestens 10 Fotos mit dem Phasen-AF gemacht. Dabei wird vor jeder Aufnahme der Fokus absichtlich manuell verstellt, die Hälfte der Aufnahmen gegen die Naheinstellgrenze und die andere Hälfte gegen Unendlich. Die Ergebnisse werte ich nach einem einfachen Schema im Vergleich zu der Kontrast-AF Referenzaufnahme per Strichliste aus: Ich ermittle nach Sicht die Anzahl der subjektiv scharfen Bilder, der akzeptablen Bilder und der unscharfen Bilder. Bei einer gut funktionierenden Objektiv-Kamera-Kombination und richtig eingestelltem Korrekturwert können schon sieben bis zehn scharfe Bilder herauskommen, zumindest mit dem FA43 und FA77 habe ich solche Werte erreichen können.

links subjektiv scharf, rechts akzeptabel bis unscharf

Sobald ein gutes Ergebnis erreicht wird, gilt es nun die Entfernung zwischen Kamera und Motiv zu variieren, und erneut eine Serie von Aufnahmen durchzuführen und so den Korrekturwert zu verifizieren. Wer Pech hat, erhält nun keine so gute Ausbeute mehr und muss den AF Korrekturwert anpassen (und wieder erneut messen). Eventuell muss dann ein Kompromiss für den AF-Korrekturwert akzeptiert werden, der vielleicht nicht bei allen gemessenen Entfernungen das Optimum herausholt, aber immer noch zufriedenstellende Ergebnisse liefert. Ich wähle als Motivabstand zu dem ursprünglich gewählten immer noch einen bei einigen Metern (so weit, dass noch auf den Karton fokussiert werden kann) und einen kurz vor der Naheinstellgrenze (wobei ich diesen nicht so sehr gewichte, weil in meiner Praxis meine wenigsten Aufnahmen hier entstehen).

Richtig aufwendig kann das Testverfahren bei Zoom Objektiven werden. Hier versuche ich auch noch Serien für drei Brennweiten zu erfassen, nämlich die minimale, eine mittlere und die maximale Einstellung. Bei all der Datenflut macht es Sinn, die Ergebnisse in einer kleinen Tabelle am Rechner festzuhalten, um den Überblick über gewählte Korrekturwerte, Entfernung, Brennweite und Bewertungsergebnisse zu behalten.

Auswertung per Strichliste
Bisher schon kompliziert und aufwendig? Es gibt noch mehr Variation. Um ganz sicher zu gehen, kann nach erfolgreicher Einstellung noch einmal das Motiv ausgetauscht (siehe oben, die beiden OVPs in unterschiedlicher Farbgestaltung) und mit anderem Licht ausprobiert werden, z.B. bei künstlicher Beleuchtung am Abend. Der absolute Supergau kommt, wenn man nicht nur das zentrale AF Feld wählt, sondern andere Felder heranziehen möchte, die aber oft kameratechnisch anders umgesetzt sind. So verspricht bei der PENTAX K-5 IIs nur der zentrale AF Sensor besondere Treffgenauigkeit für lichtstarke Linsen, und versucht dabei Abweichungen aufgrund chromatischer Aberration zu korrigieren.

Ich sag es mal so: mit dem Sigma 30mm F1,4 Art habe ich da so manche Überraschung erlebt. Was bei dem einen Motiv bei Tageslicht einen guten Korrekturwert darstellte, war bei Glühlampenlicht nicht mehr haltbar. Meine FA Limiteds, die ich der gleichen Test-Tortur unterzogen habe, blieb das Ergebnis erfreulicherweise konstant, so dass ich die Abweichungen wirklich dem Sigma Objektiv und seiner AF Kompatibilität mit der K-5 IIs anlasten muss. Das Ergebnis wurde noch ungenauer, wenn nicht der zentrale AF Sensor verwendet wurde.

ZUM SCHLUSS


Das Sigma 30mm Art war der ursprüngliche Anlass für diesen Artikel. Die Justierung hat mich einiges an Nerven gekostet. Es gab einfach keinen einheitlichen Korrekturwert, der über die verschiedenen Varianten Entfernung, Motiv und Licht konstant gute Ergebnisse lieferte. Überhaupt gab es beim Sigma immer mehr unscharfe Ausreißer im Vergleich zu den PENTAX Linsen. 

Am Ende war viel Kompromissbereitschaft gefordert, um geeignete Werte über das USB Dock einzustellen. Letztendlich hat aber die Einsicht gewonnen, dass es dann doch nicht immer auf die letzten Millimeter ankommen muss. Oder versuche ich mir hier nur gut zuzureden? Ermutigt hat mich aber die Gegenprobe mit verschiedenen anderen Objektiven. Insbesondere die Limited Objektive mit klassischen (andere würden sagen antiquierten) Stangenantrieb für den Autofokus zeigten eine sehr konstante und zielsichere Leistung, teilweise mit 10 von 10 Treffern in einigen Testserien.

Und nun? Am Ende bleibt der Zweifel. Wenn ich ein unscharfes Foto betrachte, ertappe ich mich bei dem Gedanken, ob das jetzt wirklich nur an mir und meiner Fehleinschätzung der Aufnaheparameter bzw. Fehlbedienung liegt, oder ob nicht doch die Technik versagt hat. Die prinzipiellen Anfälligkeiten des Phasen-Autofokus liefern da eine willkommene Erklärung. 

Und ob die ein oder andere Aufnahme mit einem modernen Kontrast- oder Hybridautofokus, am Besten noch mit Augenerkennung, eher gelungen wäre? Die Treffgenauigkeit der "Eye Detect" AF Funktion meiner OM-D ist schon beeindruckend, sofern die Personen schön still halten. Andererseits, wenn ich ganz ehrlich bin, erhalte ich im normalen Alltag auch mit meiner spiegellosen Olympus nicht signifikant mehr schärfere Bilder. Dann bewegen meine Lieben im letzten Moment den Kopf zur Seite und nehmen nicht darauf Rücksicht, dass der Autofokus wenige Millisekunden vor der Auslösung doch so perfekt aufs vordere Auge scharf gestellt hat ;-)
  
In den meisten Fällen ist auf den AF Verlass, wenn auch ein Restzweifel bleibt

Kommentare:

  1. Starker Artikel und überall das selbe Dilemma. Ich habe ein neues Makro (Tamro 90 mm, gebraucht gekauft, preiswert aber nicht bilig), das habe ich jetzt bei einem Korrekturwert von 10 (Anschlag) und bin nun so lala zufrieden. Man muss zugeben, bei den spiegellosen gibt es dieses Galama nicht. Dafür haben die eben keine so tollen Sucher.

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  2. Das ist natürlich besonders ärgerlich, wenn der notwendige Korrekturwert außerhalb der Range liegt. Ich wusste gar nicht, dass Du noch eine DSLR hast? Bist Du denn noch dem Pentax System treu?

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  3. Nützlicher Artikel zur AF-Kalibrierung, Dirk. Habe meine eigenen Neuerwerbungen bisher immer nur einigen informellen Testschüssen unterzogen und war selbst mit etwas Pixel-Peeping nie unzufrieden. In der Praxis sitzt der Phasen-AF auch so genau, dass ich Abweichungen eher mir selber zuschreibe, als den Kamera-Objektiv-Kombos.

    Kann natürlich pures Glück sein, oder mein ungenauer Blick (Letzteres eher unwahrscheinlich, denn ich bin doch einigermaßen pingelig). Und mir ist schon wichtig, dass die Kamera Kalibrierungsmöglichkeiten mit an Bord hat, wenn man sie braucht.

    Kenne mich aber gut genug um zu wissen, dass ich auf den Aufwand, der offenbar nötig war um dem Sigma ordentlichen Fokus anzuerziehen, keine große Lust hätte. Wenn das zur Daueraufgabe würde, wäre Schlaflosigkeit die Folge und mir womöglich auch der Spaß am Fotografieren abhandenkommen.

    Zu meinem Glück mag beitragen, dass ich ausschließlich mit Originalobjektiven arbeite, die außerdem alle mit dem so oft belächelten Stangenantrieb scharfstellen. Etwas altväterlich, situationsabhängig auch etwas (zu) laut, klar, aber in Sachen Zuverlässigkeit und Genauigkeit kaum zu schlagen! Zumindest die älteren Implementierungen des Pentax-SDM scheinen noch nicht einmal schneller zu sein, eher das Gegenteil ...

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    1. Hallo Marc! Ja, so ein Rumgezicke wie mit dem Sigma 30mm hatte ich bisher noch nicht, bzw. musste noch nie so genau hinschauen. Aber das ist Jammern auf hohen Niveau, in der Praxis hat sich das Sigma bisher ganz gut geschlagen, zumal 1,4 ja nicht der permanent eingestellte Blendenwert ist ... Cool fand ich aber die Zuverlässigkeit des 43er und 77er.

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