Autofokus

Fokussierung

Fokussieren bedeutet, ein Objektiv auf eine bestimmte Entfernung einzustellen, die es mit bestmöglicher Schärfe abbildet.

Davor und dahinter nimmt die Schärfe ab; als Folge können sehr unterschiedliche Bilder entstehen wie im folgenden Beispiel, das einmal auf die Blüten im Hintergrund und einmal auf Freddy im Vordergrund fokussiert.
Autofokus mit Fokussierung auf Vordergrund und Hintergrund

Das große Thema „Fokussierung“ und aller damit verbundene technische Aufwand dreht sich im Kern nur darum, für den Moment der Aufnahme die für Ihr Bild passende Entfernungseinstellung zu finden.

Wie schnell vor und hinter der am Objektiv eingestellten Entfernung die Schärfe abnimmt, hängt von der Brennweite und der Blende ab:

  • bei langen Tele-Brennweiten rascher als bei kurzen Weitwinkel-Brennweiten und
  • bei großen Blenden (=kleinen Blendenzahlen wie z.B. 2,8) schneller als bei kleinen (=großen Blendenzahlen, z.B. 16).

Autofokus und manueller Fokus

Beim Autofokus übernimmt die Kamera-Elektronik die Fokussierung, bei manuellem Fokus der Fotograf durch Drehen am Entfernungsring des Objektivs.

Schalter Autofokus / manueller Fokus an Nikon-ObjektivSchalter Autofokus / manueller Fokus an Nikon DSLR-Kamera

Ob und wie Sie zwischen diesen Möglichkeiten wählen können, hängt von Ihrer Kamera und Ihrem Objektiv ab, rechts sind zwei Beispiele mit mechanischen Schaltern an der Kamera und dem Objektiv.

Entfernungsanzeige für manuelle Fokussierung an Nikon-Objektiv

Manche Objektive haben als zusätzliche Hilfe zum manuellen Fokussieren eine Entfernungsskala.
Eine Kombination gibt es bei manchen Objektiven derart, dass sich bei angedrücktem Auslöser der Autofokus abschaltet, sobald man am Entfernungsring des Objektivs dreht.
Dadurch kann der Fotograf jederzeit schnell eingreifen und auch wieder zum Autofokus zurückwechseln – mit einem erneuten Andrücken des Auslösers schaltet sich der Autofokus wieder ein.
Bei Nikon DSLR-Kameras haben Sie diese Möglichkeit, wenn Ihr Objektiv einen mit „A/M“ beschrifteten Schalter hat.

Die zwei Arten des Autofokus

Es gibt zwei grundlegend verschiedene Verfahren, wie der Autofokus in modernen Digitalkameras funktioniert:

  • Phasen-Autofokus, der eigene Sensoren erfordert und bei Spiegelreflex-Kameras zum Einsatz kommt
  • Kontrast-Autofokus, der mit Daten direkt vom Bildsensor einer Digitalkamera arbeitet.
    Spiegelreflex-Kameras benutzen ihn, wenn der interne Spiegel hochgeklappt ist und eine Bildvorschau auf dem Kamera-Monitor erscheint („Live-View“ bei Nikon DSLR-Kameras) – also zwangsläufig für Filmaufnahmen.

Bei beiden lassen sich die Details der Funktionsweise und zugehörige Einstellungsmöglichkeiten anhand von zwei Fragen gliedern:

  • Auf welchen Punkt des Bildes fokussiert die Kamera?
  • Wie wird die Schärfe bei einem bewegten Motiv nachgeführt?

Phasen-Autofokus

Funktionsweise

Die Funktionsweise des Phasen-Autofokus ist bei modernen Digitalkameras immer noch dieselbe wie bei analogen Spiegelreflex-Kameras vor dem Aufkommen des Autofokus:

Dort gab es im Sucher einen sog. Schnittbildindikator; einen runden, in zwei Hälften geteilten Bereich.
Die beiden Hälften zeigten gegeneinander verschobene Bilder, wenn das Objektiv auf eine andere Entfernung eingestellt war und bei korrekter Fokussierung kamen beide Bilder zur Deckung.
Das folgende Bild veranschaulicht, wie das Sucherbild in diesen beiden Fällen aussah:

Phasen-Autofokus: Funktionsweise Fokussierung mit Schnittbildindikator

Der Phasen-Autofokus setzt dieses Prinzip mit kleinen, elektronisch ausgewerteten Sensoren um. Er kann aus der Verschiebung der beiden Bilder erkennen, in welche Richtung und wie weit das Objektiv für eine korrekte Fokussierung verstellt werden muss; ein kleiner Motor bewegt den Entfernungsring des Objektivs gezielt dahin.

Gleichzeitig veranschaulicht das Beispielbild eine Voraussetzung für das Funktionieren des Phasen-Autofokus: Quer zur Trennlinie zwischen den beiden Feldern verlaufende Kontraste.
Eine fortgeschrittenere Konstruktionsvariante mit Kreuzsensoren kann sowohl auf senkrechte als auch waagerecht verlaufende Kontraste reagieren.

Autofokus-Messfelder

Anordnung von Autofokus-Messfeldern bei Nikon DSLR-Kameras

Der technische Fortschritt und die Miniaturisierung erlauben, heute gleich eine ganze Reihe solcher Sensoren in modernen Kameras unterzubringen. Rechts ist beispielhaft gezeigt, wie diese bei Nikon angeordnet sind, von 3 Messfeldern der Einsteiger-Kamera D40 von 2006 bis zu 51 Messfeldern einer D7100 von 2013.

Dabei sind typischerweise einzelne Kreuzsensoren mit einfachen gemischt und die einfachen Sensoren so angeordnet, dass sie abwechselnd auf senkrechte und waagerechte oder mitunter diagonal verlaufende Kontraste reagieren.

Wenn Sie mit einem einzelnen Messfeld fokussieren, können Sie beobachten, wie einige es nicht schaffen, auf eine genau horizontal oder vertikal verlaufende Kante zu fokussieren.

Die Messfeldsteuerung beantwortet die Frage: Mit welchen der Sensoren fokussiert die Kamera?
Die möglichen Antworten sind:

  • Automatische Messfeldsteuerung: Die Kamera-Automatik entscheidet, welche Messfelder sie verwendet. Das wird meistens – nicht immer – eine Fokussierung auf den Vordergrund bringen; je nachdem, welche mehr oder weniger ausgeklügelten Regeln die moderne Elektronik anwendet.
  • Manuelle Messfeldsteuerung: Sie können aus den vorhandenen Messfeldern manuell eines auswählen und somit den Schärfepunkt selber und präziser festlegen – mitunter aber auch Pech haben, dass der einzelne Sensor gerade an der von Ihnen gewählten Stelle aufgrund ungünstiger Motivkontraste nicht fokussieren kann.

Der Begriff „Messfeldsteuerung“ ist der bei Nikon gebräuchliche und „Messfeld“ bedeutet hier dasselbe wie zuvor „Sensor“.

Schärfe-Nachführung

Die Schärfe-Nachführung beantwortet die zweite der obigen grundlegenden Fragen – wie passt sich die Fokussierung an eine sich ändernde Motiventfernung an?

Verschiedene Varianten sind möglich, es hängt von Ihrer Kamera und deren Einstellungen ab, welche sie anwendet:

  • Einmalige Fokussierung mit dem Andrücken des Auslösers; sobald die Kamera einmal exakt fokussieren konnte, ändert sie dann die Entfernungseinstellung nicht mehr, bis Sie den Auslöser loslassen und erneut andrücken.
  • Kontinuierliche Fokussierung – eine fortlaufende Fokussierung für bewegte Objekte, die intelligent genug ist, um Bewegungen zu erkennen und im richtigen Tempo mitzuverfolgen, anstatt immer wieder „hinterherzulaufen“.
    Ebenso ist möglich, dass die Kamera nach einem Kameraschwenk die Fokussierung automatisch für den geänderten Bildausschnitt anpasst.
  • Automatische Erkennung – wie die Bezeichnung sagt, wählt die Kamera dann automatisch eine der oberen Methoden.

Die Schärfe-Nachführung kann bei Nikon DSLR-Kameras mit der Messfeldsteuerung zusammenhängen:

  • Im einfachsten Fall verwendet die Kamera nur das von Ihnen anfänglich gewählte Messfeld für die Nachführung der Schärfe – und die kontinuierliche Fokussierung wird nur funktionieren, wenn Sie Ihr Motiv mit dem Fokus-Messfeld verfolgen.
  • Bei der dynamischen Messfeldsteuerung verwendet die Kamera auch die umliegenden Messfelder, wenn Ihr Motiv kurzzeitig das anfänglich gewählte Messfeld verlässt. Sie sollten Ihr Motiv immer noch mit dem anfänglich gewählten Messfeld verfolgen.
  • Im 3D-Tracking verfolgt die Kamera Ihr Motiv mit allen Fokus-Messfeldern und erkennt selber, wie es sich im Sucher hin- und herbewegt. Sie benutzt dazu Farbkontraste um das anfänglich gewählte Messfeld herum; wenn Ihr Motiv sich nicht farblich vom Hintergrund abhebt, funktioniert diese Methode nicht zuverlässig.
    Die Farbkontraste werden von den Sensoren zur Belichtungsmessung beigesteuert.

Kontrast-Autofokus

Funktionsweise

Der Kontrast-Autofokus analysiert Helligkeits- und Farbunterschiede in den Signalen direkt vom Bildsensor, der auch das spätere Foto aufnimmt.

Kontrast-Autofokus: Nutzt Kontrastunterschiede bei scharfer und unscharfer Aufnahme

In einem scharfen Bild verlaufen Helligkeits- und Farbübergänge wesentlich abrupter, sprich die Helligkeits- und Farbunterschiede (=Kontraste) innerhalb kleiner Bildteile werden größer.
Das Beispielbild rechts zeigt einen weiteren möglichen Effekt: Die dünneren grauen Fugen zwischen den Ziegelsteinen fangen an, zu verschwimmen; der Gesamtkontrast des Bildes nimmt ab.
Beides lässt sich in der Kamera-Elektronik rechnerisch auswerten und zur Steuerung der Fokussierung verwenden.

Der Kontrast-Autofokus ist konstruktionsbedingt langsamer als der Phasen-Autofokus, da er mehr Objektivbewegungen erfordert:

  • Zu Beginn der Fokussierung kann die Kamera-Elektronik nicht wissen, ob der aktuelle Kontrast der bestmögliche ist; die Entfernungseinstellung muss in jedem Fall etwas vor- und zurückbewegt werden, auch wenn die Fokussierung bereits exakt stimmt..
  • Dann muss der Autofokus ausprobieren, in welche Richtung die Entfernungseinstellung zu ändern ist; anders als beim Phasen-Autofokus kann es passieren, dass das Objektiv sich in eine Richtung bewegt und dann plötzlich umdreht.
  • Das Erreichen der bestmöglichen Schärfe kann der Kontrast-Autofokus erst daran erkennen, dass der Kontrast wieder abnimmt, er muss sich also über die bestmögliche Schärfe hinaus und dann wieder zurück bewegen.

Man kann beim Kontrast-Autofokus am Geräusch des Objektivs hören und auf dem Kamera-Monitor beobachten, wie der Autofokus sich mehrfach hin- und herbewegt („pumpt“).

Bei einigen fortgeschrittenen Kameras gibt es jedoch technische Tricks, die die Geschwindigkeit des Kontrast-Autofokus erheblich verbessern. Zwei Beispiele ohne jeglichen Anspruch auf Vollständigkeit:

  • Nikon verwendet in Kameras der Nikon 1-Reihe einen „Hybrid-Autofokus“, der Phasen- und Kontrastautofokus in einer Kamera vereint sowie den Phasen-Autofokus auch in spiegellosen Kameras verfügbar macht.
  • Panasonic verwendet den Effekt, dass die Schärfentiefe mit kleiner Blende zunimmt, für einen anderen Trick: Der Kontrast-Autofokus wertet ein Bild mit offener Blende und eines mit abgeblendetem Objektiv aus und kann die Unterschiede analysieren, um wesentlich schneller die bestmögliche Schärfeeinstellung anzusteuern.

Für die Fokussierung verwendeter Bildteil

Autofokus-Markierung in Live-View

In diesem Punkt ist der Kontrast-Autofokus flexibler als der Phasen-Autofokus – er kann theoretisch auf jeden Bereich des Bildes fokussieren. Kameras können eine Automatik verwenden, die einen Bildbereich auswählt oder eine rechteckige Markierung für die Fokussierung haben, die über den Bildschirm bewegt werden kann, wie in dem Beispielbild rechts. Auch trickreichere Varianten sind möglich, z.B. eine automatische Gesichtserkennung und damit verbundene Fokussierung auf die Gesichter.

Schärfe-Nachführung

Eine Schärfe-Nachführung ist wie beim Phasen-Autofokus möglich und abhängig davon, was der Kamera-Hersteller in die Elektronik einprogrammiert hat.

Sie kann aber aufgrund der beschriebenen Funktionsweise nicht so zuverlässig funktionieren wie beim Phasen-Autofokus.

Fortgeschrittene Merkmale

Autofokus-Speicher

AE-L/AF-L-Taste zur Autofokus-Speicherung

Autofokus-Speicher bedeutet, dass Sie die aktuelle Fokussierung vorübergehend „einfrieren“ können. Wie er zu bedienen ist, ist von Ihrer Kamera und vorgenommenen Einstellungen abhängig, übliche Varianten bei Nikon DSLR-Kameras sind:

  • Mit dem Andrücken des Auslösers fokussiert die Kamera nur einmalig, sofern Sie nicht ausdrücklich kontinuierlichen Autofokus eingestellt haben bzw. der automatische Autofokus keine Bewegung erkennt.
    Dann bleibt der Fokus erhalten, solange Sie den Auslöser angedrückt halten. Vorsicht: Das gilt nicht für alle Modelle.
  • Die AE-L / AF-L-Taste (AF-L für „autofocus lock“) kann die Kamera ausdrücklich anweisen, den Autofokus anzuhalten. Das unterbricht dann auch die kontinuierliche Schärfenachführung.
    Vorsicht: Die Taste kann unterschiedlich belegt werden, in den Voreinstellungen friert sie Autofokus und Belichtung ein.

Autofokus und Belichtungsmessung

Die Belichtungsmessung der Kamera kann den Bildteilen, auf die sie fokussiert hat, ein größeres Gewicht bei der Belichtungsmessung geben.

Bei Nikon DSLR-Kameras habe ich Belichtungsunterschiede bis zu einem Lichtwert festgestellt, je nachdem, ob das gewählte Autofokus-Messfeld in einem besonders hellen oder dunklen Bildteil liegt.

„Lock-On“

„Lock-On“ ist eine geringe Verzögerung, mit der der Autofokus auf abrupte Entfernungsänderungen reagiert. Es ist ein Merkmal fortgeschrittener DSLR-Kameras und für die Schärfenachführung bei bewegten Objekten relevant.

Das kann hektischen Fehlreaktionen vorbeugen, z.B., wenn Ihnen kurzzeitig eine Person durch das Bild läuft. Andererseits macht es die Kamera etwas langsamer, wenn Sie bewusst einen neuen Bildausschnitt wählen.

Anspruchsvolle Sportfotografen legen Wert auf solche Funktionen und fortgeschrittene Kameras bieten die Möglichkeit, die damit verbundene Verzögerung zu verändern..

Auslöse- und Schärfepriorität

Auslösepriorität bedeutet, dass die Kamera beim Durchdrücken des Auslösers kein Foto aufnimmt, wenn der Autofokus nicht gleichzeitig eine korrekte Fokussierung bestätigt.

Schärfepriorität bedeutet, dass die Kamera mit dem Durchdrücken des Auslösers sofort ein Foto aufnimmt, egal, ob der Autofokus in diesem Moment eine korrekte Scharfstellung bestätigt oder nicht.

Es geht also um einen Kompromiss zwischen schneller Reaktion und genauer Fokussierung – anders ausgedrückt, ob es wichtiger scheint, den exakten Moment einer Aufnahme unter Kontrolle zu haben oder eine akkurate Fokussierung sicherzustellen.

Es ist von Kamera zu Kamera unterschiedlich, wie diese reagiert und ob sie in den Kamera-Einstellungen zwischen Auslöse- und Schärfepriorität wählen können.

Autofokus-Falle

„Autofokus-Falle“ bedeutet, dass die Kamera auf eine Entfernung fokussiert ist, in der sich gar kein Motiv befindet. Sobald sich Ihr Motiv aber dorthin bewegt, läuft es sozusagen in die „Falle“ und die Kamera löst aus, wenn es sich in der voreingestellten Entfernung befindet.

Bei Nikon DSLR-Kameras ist diese Falle möglich, wenn Ihre Kamera eine eigene „AF-ON“-Taste besitzt und Sie in den Kamera-Menüs dafür sorgen, dass der Autofokus beim Andrücken des Auslösers nicht aktiv wird sowie sicherstellen, dass die Kamera mit Schärfepriorität arbeitet.

Dann funktioniert die Autofokus-Falle wie folgt:

  • Ein Autofokus-Messfeld wählen und auf einen Punkt in der Entfernung richten, in der sich Ihr Motiv zum Zeitpunkt der Aufnahme befinden soll.
  • Mit der „AF-ON“-Taste den Autofokus aktivieren – er wird auf die gewünschte Entfernung fokussieren.
  • Den späteren Bildausschnitt herstellen; das verwendete Autofokus-Messfeld muss dabei auf eine Stelle in größerer Entfernung zeigen, so dass der Autofokus-Sensor keine korrekte Scharfstellung erkennt..
  • Den Auslöser durchdrücken und gedrückt halten – aufgrund der Schärfepriorität wird die Kamera noch kein Bild aufnehmen.
  • Erst wenn Ihr Motiv in der voreingestellten Entfernung in das verwendete Autofokus-Messfeld kommt, wird die Schärfepriorität der Kamera gestatten, auszulösen und das Foto aufzunehmen.