Qu'est-ce que l'autofocus et pourquoi en avons-nous besoin ?
Lorsque vous prenez des photos d'un objet, votre caméraphone capte la lumière qui en provient. Une lentille convexe est utilisée dans l'appareil photo pour focaliser la lumière entrante sur un capteur CMOS. Le capteur va ensuite numériser la lumière et la transformer en une photo JPEG qui sera ensuite enregistrée sur votre smartphone.
Dans chaque appareil photo numérique, il y a un objectif et un capteur. L'objectif concentre la lumière entrante sur le capteur de l'appareil photo. Le capteur crée ensuite une photographie numérique à partir de la lumière entrante.
Dans le monde réel, les choses ne sont pas aussi simples que dans le schéma ci-dessus. L'angle des rayons lumineux entrants dépend de la distance à l'objet photographié. Dans le schéma suivant, nous avons représenté un objectif configuré pour focaliser la lumière d'un objet bleu. Malheureusement, les objets verts et rouges ne sont pas focalisés sur le capteur (ils apparaissent plutôt flous sur la photo finale).
Dans cet exemple, seul le rayon lumineux bleu est réellement focalisé. Si nous voulons focaliser les rayons verts ou rouges, nous devrons modifier la distance entre l'objectif et le capteur.
Au début de la technologie des caméraphones, la plupart des appareils avaient un objectif à focale fixe. En raison de cet objectif à focale fixe, il était impossible de capturer des images totalement nettes. Cela signifie que beaucoup de détails étaient perdus (c'était l'une des raisons pour lesquelles les caméraphones pouvaient facilement être battus par un appareil photo numérique autonome).
De nos jours, la majorité des smartphones (à l'exception de certains appareils d'entrée de gamme) ont une mise au point réglable sur l'appareil photo arrière. L'objectif peut être déplacé d'avant en arrière de manière à faire varier la distance entre l'objectif et le capteur. Utilisé avec la technologie de mise au point automatique, cela signifie que vous êtes en mesure de capturer des images plus nettes sans flou sur le capteur et perte de détails.
Il existe actuellement trois méthodes différentes pour effectuer la mise au point automatique sur un smartphone :
- Mise au point automatique par détection de contraste Utilisé sur la majorité des smartphones.
- L'autofocus par détection de phase Utilisé sur certains nouveaux appareils haut de gamme comme le Galaxy S5, le Galaxy S6, l'iPhone 6 et l'iPhone 6 Plus.
- L'autofocus par laser Utilisé sur le LG G3 et le LG G4.
Enfin, un système autofocus doit être rapide et précis. Il devrait rapidement déterminer où placer l'objectif afin de capturer une image focalisée et nette. Le système autofocus idéal doit également fonctionner quels que soient l'environnement et l'éclairage (par exemple, à l'intérieur ou à l'extérieur, dans des conditions lumineuses ou sombres).
L'autofocus à détection de contraste : La méthode standard aujourd'hui
Pour déterminer quand une image est au point, votre smartphone utilise un algorithme basé sur la mesure du contraste. En général, le niveau de contraste sera le plus élevé dans une image lorsque l'objet est mis au point (l'image a un contour net et les couleurs sont plus vives). Si l'image est floue, les couleurs ont tendance à s'estomper. Cela signifie que le niveau de contraste global est plus faible.
L'image suivante illustre le fonctionnement de la mise au point automatique par détection de contraste :
Dans la mise au point automatique par détection de contraste, votre caméscope déplace l'objectif d'avant en arrière jusqu'à ce qu'il trouve le point de contraste maximal. Ce sera le moment où l'image sera mise au point.
Un inconvénient majeur lors de l'utilisation de cette méthode est que votre téléphone ne sait pas quand il a atteint le point de contraste maximal. Pour cette raison, il devra toujours dépasser le point focal avant de revenir à une image plus focalisée. Vous le remarquerez parfois lorsque vous prendrez des photos sur votre smartphone : l'image deviendra parfois plus floue avant de devenir plus claire.
Les avantages de l'autofocus par détection de contraste :
- Il ne nécessite aucun matériel supplémentaire. L'un des principaux avantages de l'autofocus par détection de contraste est qu'il ne nécessite aucun matériel supplémentaire. Cela en fait un système assez bon marché et facile à mettre en œuvre.
- Il donne généralement d'assez bons résultats. Malgré sa lenteur, l'autofocus par détection de contraste fait généralement un assez bon travail de mise au point de l'image.
Les inconvénients de l'autofocus par détection de contraste :
- Raisonnablement lent. L'autofocus par détection de contraste est généralement assez lent : il faut normalement environ une seconde pour que l'image soit mise au point. Pendant ce temps, il est possible que vous manquiez l'image que vous voulez capturer (par exemple, dans une scène en mouvement rapide).
- Il ne fonctionne pas toujours dans des conditions de faible luminosité. Comme l'autofocus par détection de contraste repose sur la mesure du contraste d'une image, il ne fonctionne parfois pas s'il y a peu de contraste dans la scène pour commencer.
- Vous ne pouvez pas suivre les objets en mouvement. Si vous prenez une photo d'un objet en mouvement, il perdra son contraste au fur et à mesure qu'il deviendra flou. Malheureusement, l'autofocus à détection de contraste ne vous dira pas si l'objet s'est déplacé en avant ou en arrière. Votre téléphone devra donc lancer une nouvelle recherche pour trouver le nouveau point focal (ce qui n'est pas très joli pour filmer une vidéo).
L'autofocus à détection de phase : Une alternative plus rapide et plus avancée
L'autofocus à détection de phase est une méthode plus récente et plus avancée de mise au point d'une image. Cette technique est plus souvent observée sur les reflex numériques que sur les smartphones ou les appareils photo compacts. Récemment, cette technologie est apparue sur les smartphones haut de gamme d'Apple et de Samsung. Vous la trouverez sur le Galaxy S5, le Galaxy S6, l'iPhone 6 et l'iPhone 6 Plus. Sur l'iPhone, la technologie est connue sous le nom de " Focus Pixels ".
Avec l'autofocus à détection de phase, votre appareil photo analyse la lumière lorsqu'elle traverse l'objectif. Il compare la lumière provenant de deux ouvertures situées sur des côtés opposés de l'objectif. Si l'image est correctement mise au point, les deux rayons lumineux donnent un profil d'intensité qui se chevauche. Si l'image n'est pas focalisée, le système peut déterminer exactement de combien la focalisation doit être ajustée. Il est alors capable de mettre au point l'image sans les longs allers-retours observés sur la détection de contraste.
Selon Samsung, le Galaxy S5 peut faire la mise au point sur une image en seulement 0,3 seconde en utilisant la mise au point automatique par détection de phase.
Avec la mise au point automatique par détection de phase, il est possible de voir quand l'image est au point. Plus important encore, lorsque l'image n'est pas au point, une comparaison des profils d'intensité lumineuse vous indiquera dans quelle mesure la mise au point devra être ajustée.
Les avantages de l'autofocus par détection de phase :
- Il est rapide et précis. Il ne faut qu'environ 0,3 seconde pour faire la mise au point d'une image avec l'autofocus à détection de phase. C'est environ 3 fois plus rapide que la détection de contraste. Avec une mise au point automatique plus rapide, il est beaucoup plus rapide d'obtenir les images que vous voulez. Dans les scènes en mouvement rapide (par exemple, lors d'un match de sport), il y a moins de chances de manquer l'image que vous voulez capturer
- Vous pouvez faire une mise au point automatique continue. Avec l'autofocus à détection de phase, il est possible de faire une mise au point automatique en continu. Un objet en mouvement peut toujours être maintenu net et mis au point (particulièrement important lorsque vous enregistrez une vidéo).
Les inconvénients de l'autofocus par détection de phase :
- Il fonctionne toujours mal dans des conditions de faible luminosité. Comme la détection de contraste, l'autofocus à détection de phase fonctionne également sur l'analyse de la lumière qui entre dans l'objectif. Dans des conditions de faible luminosité, il peut parfois être difficile d'analyser l'image.
- Il n'est disponible que sur un certain nombre de smartphones haut de gamme. Actuellement, l'autofocus à détection de phase n'est disponible que sur les appareils haut de gamme d'Apple et de Samsung.
L'autofocus laser : Autofocus actif
Alors qu'Apple et Samsung ont mis leurs efforts sur l'autofocus à détection de phase, LG a adopté une approche totalement différente avec l'autofocus laser sur le LG G3 et le LG G4.
Avec l'autofocus à détection de contraste et à détection de phase, nous analysons la lumière qui entre dans l'appareil photo. Collectivement, ces deux méthodes sont connues sous le nom d'autofocus passif. En revanche, l'autofocus laser est un système très différent. Il s'agit d'un autofocus actif, car il ne dépend pas de la lumière entrante. Au lieu de cela, le téléphone émet son propre faisceau de lumière infrarouge vers l'objet. Il calcule le temps de réflexion de la lumière et est alors capable de calculer la distance à l'objet :
Distance parcourue par le faisceau laser = Vitesse de la lumière * Temps de réception de la réflexion
Distance à l'objet = Distance parcourue par le faisceau laser / 2
Il utilise essentiellement le principe du RADAR. Après avoir déterminé la distance à l'objet, la lentille est déplacée à la position correspondante. Selon LG, l'ensemble du processus ne prend que 0,276 seconde. Cela en fait une méthode beaucoup plus rapide que l'autofocus par détection de contraste. C'est aussi marginalement plus rapide que de faire la détection de phase.
Les LG G3 et LG G4 émettront un faisceau de lumière infrarouge pour mesurer la distance d'un objet. Il utilise cette information pour faire rapidement la mise au point de l'appareil photo.
Les avantages de l'autofocus laser :
- Il est super rapide. Selon LG, il ne faut que 0,276 seconde pour faire le point sur une image avec l'autofocus laser.
- Il fonctionne dans des conditions de faible luminosité. L'autofocus laser ne s'appuie pas sur la lumière de l'objet. Au lieu de cela, il émet son propre faisceau de lumière à partir duquel la distance de l'objet peut ensuite être déterminée. Pour cette raison, la méthode fonctionne dans n'importe quelle condition d'éclairage (elle est particulièrement bénéfique pour la photographie en basse lumière).
Les inconvénients de l'autofocus laser :
- Il n'est efficace que jusqu'à une certaine distance. Si l'objet est très éloigné, il est peu probable que vous receviez des reflets. Selon LG, l'autofocus laser fonctionne mieux lorsque l'objet se trouve à moins de 0,6 m. La portée totale d'efficacité est d'environ 5m (au-delà, le téléphone retombe en détection de contraste).
- Il peut parfois être confondu par des reflets. Par exemple, si vous essayez de prendre des photos à travers une fenêtre, le faisceau laser pourrait être réfléchi par la fenêtre. Cela donnera une mesure incorrecte de la distance (l'image sera focalisée sur la fenêtre plutôt que sur l'objet).
- Il est coûteux et nécessite du matériel supplémentaire. L'autofocus laser n'est actuellement disponible que sur les smartphones haut de gamme de LG.
Donc, vous pouvez voir que vous ne pouvez pas forcer votre matériel à faire des choses pour lesquelles il n'a pas été conçu. Il y a certaines applications qui aident à un meilleur contraste et à la détection de phase, mais la plupart des capacités de l'appareil photo dépendent complètement du matériel.
Si vous allez par étude de cas, le Nexus 5 sur KitKat avait un appareil photo très pauvre, mais il a été super amélioré à la sortie de Lollipop et Marshmallow il est devenu assez soigné !
Vous ne pouvez tout simplement pas forcer un téléphone portable à faire quelque chose pour lequel il n'est pas conçu. Il y a des limites pour tout.