자동 초점: 두 판 사이의 차이
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== 개괄 ==
[[파일:US pat 6097894 fig 3.png|right|thumb|320px|[[캐논 EOS-1D]] 시리즈의 45개 자동 초점 포인트]]
자동 초점 방식은 크게 능동 방식(Active System)과 수동 방식(Passive System)으로 나뉜다. 능동 방식은 거리 측정을 위해 [[카메라]]가 [[초음파]]나 [[적외선]]을 방출하기 때문에 ‘능동’이라고 불린다. 수동 방식은 물체로부터 자연적으로 반사된 빛을 이용하여 초점을 맞춘다. <ref name="norman">Norman Goldberg, Camera Technology - The Dark Side of the Lens, Academic Press (1992).</ref>
단순한 자동 초점 방식은 초점 포인트가 하나뿐이다. 그러나 발전된 자동 초점 방식에서는 초점 포인트를 여러 개 가지고 있다. 예를 들어, [[캐논 EOS 3]] 및 [[캐논 EOS-1D]] 시리즈는 45개의 자동 초점 포인트를 가지고 있다.
자동 초점은 보통 수동 초점보다 빠르고 정확하다. 현재 시판하는 많은 카메라는 프레임(화면)에 자동 초점 포인트를 여러 개 가지고 있으며, 자동으로 피사체를 감지하여 초점을 맞춘다(보통 가장 가까운 물체에 초점을 맞춘다.). 몇몇 컴팩트 카메라와 대다수의 [[SLR 카메라]]는 움직이는 물체의 [[속도]] 및 [[가속도]]를 측정하여 계속적으로 물체에 초점이 맞도록 하는 기능(Predictive autofocus 또는 AI Servo AF 또는 Continuous-servo AF)을 가지고 있다. <ref>[http://www.nikon.com/about/technology/core/software/caf/index.htm Predictive Focus Tracking System]</ref> <ref> Ralph E. Jacobson, Sidney F. Ray, Geoffrey G. Attridge, and Norman R. Axford. The Manual of Photography: Photographic and Digital Imaging (9th ed.). Oxford: Focal Press. ISBN 0-240-51574-9. </ref> <ref
[[디지털 카메라|컴팩트 디지털 카메라]]에서는 대부분 영상 촬영에 쓰이는 [[CCD]]/[[CMOS 이미지 센서]]를 자동 초점 센서로도 활용한다. [[디지털 SLR 카메라]]의 경우 [[필름]] [[SLR 카메라]]와 마찬가지로 자동 초점을 위한 별도의 [[CCD]]/[[CMOS 이미지 센서]]를 가지고 있다.
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* 광학 시스템의 초점 조절 방식 (렌즈 이동)
이 두 방식은 전자적 혹은 기계적·전기역학적(electromechanical)으로 연동되어 동작한다.<ref
=== 이용 방식 ===
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능동 방식은 [[초음파]]를 이용하는 경우와 [[적외선]]을 이용하는 경우로 나뉜다.
초음파를 이용하는 경우 카메라의 초음파 발생 장치에서 방출된 초음파가 물체로부터 반사되어 오기까지의 시간을 측정하고, 이를 이용하여 거리를 계산한다. 이러한 방식을 사용하는 카메라로는 [[폴라로이드 (기업)|폴라로이드사]]의 Spectra, SX-70가 있다.<ref
[[적외선]]을 이용하는 거리 측정 방법에는 [[삼각 측량]] 및 물체로부터 반사되어 오는 적외선의 세기 측정, 물체로부터 반사되어 오는 적외선의 시간 측정과 같은 세 가지 방법이 있다. 카메라의 자동 초점 방식에는 이들 중 [[삼각 측량]] 방식이 주로 사용된다. 카메라에서 계속적으로 방향을 달리하며 적외선을 조사(照射)하고, 물체로부터 반사되어 오는 적외선의 세기가 최대가 될 때 적외선 조사를 멈춘다. 이때의 적외선 조사 각도로 삼각 측량을 수행한다. 적외선 이용 방식을 사용하는 대표적인 카메라로는 [[니콘 주식회사|니콘]] 35TiQD, 28TiQD 및 [[캐논 주식회사|캐논]] AF35M을 들 수 있다. 적외선 이용 방식은 몇몇 컴팩트 필름 카메라와 초기의 [[비디오 캠코더]]에서도 쓰인다.<ref
=== 능동 방식의 단점 ===
능동 방식은 카메라와 물체 사이에 창문이 있는 경우, 수동 방식과는 달리 대부분 초점을 맞추지 못한다. 이는 유리가 [[초음파]]나 [[적외선]]을 반사하기 때문이다.<ref
또한 능동 방식은 초음파나 적외선이 도달할 수 있는 거리에 한계가 있기 때문에 먼 거리에 있는 물체에는 초점을 맞출 수 없다. 또한 TTL([[Through-the-lens]]) 방식이 아니어서 발생하는 시차(parallax) 때문에 카메라 렌즈와 매우 근접한 물체에도 초점을 정확히 맞출 수 없다. 반면에 TTL 수동 자동 초점 방식은 먼 거리에 있는 물체나 카메라 렌즈에 매우 근접한 물체에도 문제없이 초점을 맞출 수 있다.
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== 수동 방식 ==
수동 방식은 물체로부터 자연적으로 반사된 빛을 이용하여 초점을 맞춘다. 수동 자동 초점 방식은 크게 3가지가 있다.<ref
* 이중상 합치 방식 (autofocus rangefinder system 혹은 optical triangulation system 혹은 subject-scanning system)
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=== 이중상 합치 방식 ===
[[파일:US pat 4257705 fig 3.png|right|thumb|320px|이중상 합치 방식의 개념도. d=fD/δ 공식을 통해 물체와의 거리를 측정할 수 있다.]]
[[이중상 합치]] 방식은 사용자가 이중상 합치 [[레인지파인더 카메라]](coincidence rangefinder camera)에서 [[삼각 측량]] 원리를 이용하여 눈으로 초점 맞추는 것을 [[CCD]] 센서와 컴퓨터가 대신 하는 것이다. [[이중상 합치]] 원리를 이용한 거리 측정 시스템과 주 광학 시스템이 연동되어 움직인다. 별도의 두 개 창을 통해 얻어진 두 개의 이미지를 비교하여 초점을 맞추는 데, 다음 두 가지 작동 방식이 있다.<ref
* 렌즈를 무한대 초점 위치에서 가장 가까운 초점 위치까지 이동시키면서 두 이미지를 계속적으로 비교한다. 두 이미지가 일치하면 초점이 맞은 상태이므로 렌즈는 이동을 멈춘다.
* 두 이미지의 위상차를 분석하여 어느 방향으로 이동시켜야 하는지를 파악하고, 이 결과에 따라 렌즈를 이동시킨다.
[[콘탁스]] G 시리즈, [[하니웰]]의 Visitronic 모듈을 사용하는 [[코니카 C35A]] 등에서 이중상 합치 방식을 사용한다. <ref
이중상 합치 방식은 [[Through-the-lens|TTL]] 방식이 아니기 때문에 TTL 위상차 검출 방식에 비해 여러 장단점을 갖는다. [[광각 렌즈]] 사용시 TTL 위상차 검출 방식은 축소된 영상과 왜곡 때문에 정확성이 떨어질 수 있는 데 반해, 이중상 합치 방식은 TTL 방식이 아니기 때문에 이러한 문제가 없다. 하지만 보통 90mm 이상의 망원에서는 렌즈를 통해 확대된 영상을 분석하는 TTL 위상차 검출 방식이 더 정확하고, 접사할 때에도 시차(parallax)를 갖지 않는 TTL 위상차 검출 방식이 더 정확하다.<ref>[http://contaxg.com/contaxuser/#focus An Independent Resource about Contax G1 and G2 Cameras]</ref>
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[[파일:Us pat 4411505 fig 1a.png|right|thumb|400px|3개의 라인 센서를 사용하는 대비 검출 방식 개념도. 초점이 맞는 경우 6<nowiki>''</nowiki> 이미지의 대비가 최대 값을 갖는다.]]
[[파일:US pat 4411505 fig 12.png|right|thumb|320px|대비 검출 방식을 사용하는 [[일안 반사식 카메라]]의 도식.]]
대비 검출 방식(對比 檢出 方式, contrast detection system)은 렌즈를 움직이면서 영상 일부(주로 중앙부분)의 대비를 계속적으로 계산하고, 대비가 최대가 되었을 때 초점이 맞았다고 판단한다. <ref
대비 검출 방식에서 하나의 자동 초점 포인트에 사용되는 [[CCD]] 센서가 1개뿐인 경우, 렌즈를 어떤 방향으로 움직여야 하는지 미리 알 수 없다. 하지만 과거 몇몇 필름 [[SLR 카메라]]에서 사용되는 대비 검출 방식은 하나의 자동 초점 포인트에 2~3개의 [[CCD]] 센서를 사용하여 렌즈를 움직일 방향을 미리 알 수 있다. 35mm [[SLR 카메라]] 중 최초로 [[Through-the-lens|TTL]] 자동 초점 방식을 구현한 [[펜탁스 MEF]]는 2개의 [[CCD]] 센서를 사용하는 대비 검출 방식을 사용한다.<ref
현재 시판 중인 대부분의 컴팩트 디지털 카메라는 [[Through-the-lens|TTL]] 대비 검출 방식만을 사용한다. 컴팩트 디지털 카메라의 경우 별도의 자동 초점 센서를 가지고 있지 않고, 영상 [[CCD]]/[[CMOS 이미지 센서]]를 통해 얻어진 영상의 대비를 분석하여 초점을 맞춘다. 이는 하나의 자동 초점 포인트에 CCD 센서가 1개뿐인 것과 같으므로, 렌즈를 어떤 방향으로 어느 정도 움직여야 하는지 미리 알 수 없다. 또한 렌즈를 조금씩 움직일 때마다 영상 일부의 대비를 계속적으로 계산해야 한다. 따라서 대부분의 경우 TTL 위상차 검출 방식을 사용하는 [[SLR 카메라]]가 자동 초점 속도가 빠르다.
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=== 위상차 검출 방식 ===
위상차 검출 방식(位上差 檢出 方式, phase detection system)은 렌즈를 통해 들어오는 빛을 한 쌍으로 나누어 비교함으로써 초점이 맞았는지 판단한다. <ref
<gallery>
그림:US pat 4792668 fig 3.png|위상차 검출 방식의 개념도
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==== 위상차 검출 방식에서 렌즈 밝기와 정밀도 ====
위상차 검출 방식은 밝은 렌즈(최대 조리개가 큰 렌즈)를 기준으로 설계했을 때, 위상차가 더 커져 자동 초점의 정밀도가 높아진다. 이는 [[삼각 측량]]에서 기선(기준선, baseline)의 길이(baselength)가 길어질수록 정밀도가 높아지는 것과 유사하다. <ref
간혹 일부에서는 f/2.8 센서가 고광량 하에서만 작동한다고 이야기하는데, 이는 오해이다. f/2.8 센서의 감도가 f/5.6 센서와 같기 때문에 두 센서는 동일한 광량에서 동작한다. 두 센서에 도달하는 빛의 경로가 차이날 뿐, 동작 광량이 차이나지는 않는다.
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이에 반해 능동 방식은 물체의 대비가 적거나 광량이 매우 적은 경우에도 정확히 초점을 맞출 수 있다.
빛이 적은 곳에서 수동 방식의 동작을 원활히 하기 위한 여러 방법이 개발되었다. 초점을 맞추는 동안 물체에 자동 초점 보조광(illuminator)을 비추는 방법이 가장 많이 쓰인다. <ref
== 자동 초점 모드들 ==
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