Autofokus Probleme beim Filmen von Videos mit der DSLR

17112010

Viele Fotografen, die die ersten Schritte mit der Video-Funktion einer digitalen Spiegelreflexkamera machen, sind enttäuscht. Was ist nur mit dem Autofokus los? Kameras, die mit dem gleichen Objektiv problemlos eine Möve im Flug mit 6–8 Bildern pro Sekunde verfolgen und scharf abbilden können, versagen plötzlich schon, wenn sie die Schärfe bei langsam bewegten Objekte während des Filmens nachführen sollen.

Wie kommt diese Diskrepanz nun zustande? Wie versprochen, möchte ich Euch heute einmal erklären, wie Autofokus-Systeme funktionieren und warum sich der Autofokus beim Filmen anders verhält, als beim Fotografieren.

Eigentlich gibt es „den“ Autofokus in diesem Zusammenhang gar nicht, vielmehr finden wir in den modernen DSLR-Kameras zwei Autofokus-Funktionalitäten vor:

  1. den schnellen sog. „Phasen“-Autofokus – dieser kommt beim Fotografieren zum Einsatz
  2. einen so genannten „Kontrast“-Autofokus – dieser kommt beim Filmen zum Einsatz

Die Funktionsweise und Performance dieser zwei Systeme könnte kaum unterschiedlicher sein:

Funktionsweise des Phasen-Autofokus

Vereinfacht gesagt, wird beim Phasen-Autofokus das Bild über mehrere versetzt angeordnete Sensoren erfasst und anhand der Verschiebung der Bilder ermittelt in welche Richtung und wie weit fokussiert werden muss. Sind die Bilder deckungsgleich, befinden sie sich im Fokus.
Da hier nicht per „Trial-and-Error“ gesucht werden muss, geht das Fokussieren in der Regel sehr exakt und schnell. Nachteile hat das System nur dann, wenn die Kalibrierung zwischen den Autofokus-Sensoren und den eingesetzten Objektiv nicht übereinstimmt. Dann kommt es zu den berühmt/berüchtigten Front‑ oder Backfokus-Syndromen. Ein „Pumpen“, also das hin‑ und herfahren des Fokus beobachtet man nur, wenn die Kamera ein bestimmtes Motiv (z.B. spiegelnde Flächen) nicht scharfstellen kann.

Funktionsweise des Kontrast-Autofokus

Der so genannte Kontrast Autofokus macht das, was sein Name suggeriert. Er misst den Kontrast gerade aufgenommenen Bildes und verstellt den Autofokus so lange, bis dieser maximal ist. An der Stellung mit dem maximalen Kontrast ist das Bild scharf. So die Idee.

Nun, bringt dieses Verfahren leider einige Tücken mit sich. Veranschaulichen wir uns die Funktionsweise einmal an einem Bild:

Funktionsweise des Kontrast-Autofokus
Funktionsweise des Kontrast-Autofokus


Ganz oben seht ihr die jeweiligen Bilder, die die Kamera „sieht“. Bild 1 und 5 sind ganz unscharf, 2 und 4 etwas schärfer und bei 3 ist das Bild im Fokus.

Anhand der Histogramme kann man schön den Kontrast erkennen. Je „breiter“ das Histogramm eines Bildes, umso größer der Kontrast. Hier seht ihr deutlich die Korrelation zwischen Kontrast und Schärfe des Bildes.

Wenn ihr nun im Video Modus den Auslöser antippt, um zu fokussieren, passiert folgendes:

Der Sensor nimmt ein mehr oder weniger unscharfes Bild auf, da der Fokus in der Regel zunächst einmal daneben liegt. Nehmen wir einmal an, der Sensor nimmt Bild 1.) auf. Nun weiß die Kamera erst einmal nicht, ob das Bild scharf ist, oder nicht und sie weiß auch nicht in welche Richtung sie fokussieren müsste, falls dies erforderlich sein sollte. Es könnte also sogar passieren, dass sie den Fokus zunächst einmal noch weiter nach „links“ stellt, in Richtung unschärfer. Sie würde dann nach kurzem Weg eine weitere Messung vornehmen und feststellen, dass der Kontrast noch weiter sinken würde. Nun hieße es umkehren und in die andere Richtung laufen.

Diesen Vorgang des Umkehrens der Autofokus-Richtung nennt man „Pumpen“.

Im obigen Bild läuft der Autofokus nun zufällig nach „rechts“ also in die Richtung des höheren Kontrasts und macht die nächste Messung bei Bild 2. Die Kamera stellt fest, dass der Kontrast größer ist und sieht die Richtung bestätigt. Ob Bild 2 schon das schärfste Bild ist, kann die Kamera nicht wissen.

Mit mehr oder weniger geschickten Algorithmen wird nun Extrapoliert, wie weit der nächste Schritt sein müsste, um möglichst wenig Messpunkte auf dem Weg zum optimalen Fokus anzufahren.

Von Bild 2 wird nun nach dem eben beschriebenen Algorithmus auf den Fokus von Bild 3 geschlossen und dieser angefahren. Wieder erfolgt die Kontrastmessung. Der Kontrast ist höher, als bei Bild 2. Wir sind also immer noch auf dem richtigen Weg. Ob Bild 3 schon das schärfste Bild ist, kann die Kamera nicht wissen. Sie extrapoliert also wieder und fährt den Autofokus weiter nach rechts zu Bild 4.

Bei Bild 4 angelangt ergibt die Kontrastmessung nun wieder einen geringeren Kontrast. Der Fokus ist über das Ziel „hinausgeschossen“. Die Richtung wird wieder umgekehrt und mit einem Interpolationsalgorithmus auf eine Position weiter „links“ geschlossen, in diesem Fall wieder Bild 3.

Die erneute Umkehrung des Autofokus erzeugt wieder ein „Pumpen“.

Die Zeit und die Anzahl der „Pumpvorgänge“ hängt von mehreren Faktoren ab:

  • erstens vom Motiv – je kontrastreicher ein Motiv, um so besser
  • zweitens davon, ob das Motiv sich bewegt und
  • drittens von der „Intelligenz“ der implementierten Algorithmen.

Problematisch wird dieses Verfahren nun insbesondere, wenn die Kamera nach dem eben beschriebenen Schema nun gar im Video ein bewegtes Objekt „verfolgen“ soll. Stellt Euch einfach vor, dass sich die Bilder in dem Schaubild oben um eines nach rechts verschieben, so dass das scharfe Bild auf Position 4 liegt. Die Kamera weiß nun wieder nicht, ob sie von dem aktuellen Bild 3 nach „links“ oder „rechts“ fokussieren soll und das Spiel geht von vorne los.

Jedes Handy, fast jede Kompaktkamera und viele Videokameras nutzen dieses Verfahren für den Autofokus. Die Effekte hat jeder von uns schon einmal bewusst oder unbewusst beobachtet.

Wer ein Objektiv mit Ultraschallmotor hat, wird den akustischen Unterschied zwischen dem schnellen Phasen-Autofokus und dem Kontrastautofokus besonders deutlich bemerken, denn vom blitzschnellen Fokussieren ist bei der Kontrast-Messung nichts mehr zu spüren. Im Gegenteil, dem Motor wird insbesondere bei bewegten Objekten einiges abverlangt, weil er auf seinem Weg immer wieder für Bruchteile einer Sekunde anhalten muss um die Kontrastmessung zu ermöglichen.
Akustisch macht sich das durch ein ungesund klingendes Gestottere bemerkbar, das Fokussieren dauert deutlich länger. Das Pumpen ist darüber hinaus natürlich vorallem ein Effekt, der jede Video-Aufnahme zerstören kann.

Warum nutzen die Kameras dann nicht den Phasen-Autofokus auch für Video?

Nun, leider ist das in der Regel bei einer Spiegelreflex-Kamera technisch nicht möglich. Der schnelle Phasen-Autofokus ist nämlich nur verfügbar, wenn der Spiegel der Kamera unten ist und man durch den Sucher schauen kann.
Das liegt daran, dass das Licht über den Spiegel einmal oben in das Prisma (den Sucher) und einmal durch den teildurchlässigen Spiegel nach unten zum Autofokus-Sensor reflektiert wird.

In dem Moment, wo der Spiegel zum Auslösen, für Live-View oder Video hochklappt, sind sowohl Sucher als auch Autofokus „blind“.

Spiegelreflex - Spiegel unten / Spiegel oben
Spiegelreflex – Spiegel unten/Spiegel oben

Im oberen Schaubild sieht man, dass der Spiegel unten ist. Licht fällt durch den Sucher und auf den Phasen-Autofokus. Der Sensor bekommt kein licht ab.

Im unteren Schaubild wurde ausgelöst oder der Live-View eingeschaltet. Der Spiegel ist nun hochgeklappt. Weder durch den Sucher noch auf das Autofokus-Modul fällt Licht. Das gesamte Licht fällt auf den Bild-Sensor, und das ist eigentlich auch gut so, denn da wollen wir ja möglichst viel Licht haben.

Beim Filmen oder beim Fotografieren im Live-View Modus kann die Kamera also nur den Bild-Sensor benutzen um scharf zu stellen. Und genau das tut sie über die Kontrastmessung! – Da haben wir also unseren Kontrast-Autofokus mit all seinen Nachteilen.

Quo vadis Live-View-Autofokus

Natürlich machen sich die Kamerahersteller Gedanken darüber, wie man dieses optische Dilemma umgehen kann. Ansätze bestehen darin, das Licht zum Bildsensor durch einen teildurchlässigen Spiegel zu lenken um einen geringen Anteil des Lichts auf den Autofokus zu bekommen. Allerdings büßt man dadurch Lichtstärke ein.

Canon hat hier bereits letztes Jahr Ansätze vorgestellt und Sony hat vor kurzem die ersten Digitalen Spiegelreflex Kameras mit semi-transparentem Spiegel auf den Markt gebracht.

Wohin die Reise geht? Wir werden sehen. Fakt ist, dass mit dem heutigen System die Video-Fähigkeiten der digitalen Spiegelreflex-Kameras, zumindest beim „Verfolgen“ von schnell bewegten Objekten, eingeschränkt sind. Dass und wie man trotzdem tolle Videos machen kann, hatte ich ja schon einmal beschrieben und gezeigt.

Ich hoffe, ich konnte etwas Licht in dieses Thema bringen. Was denkt ihr – wohin wird die Reise gehen? Wird sich das System mit dem semi-transparenten Spiegel durchsetzen? Oder werden ganz anderen, womöglich völlig spiegellose Systeme die heutigen DSLR ablösen? Ich freue mich über Eure Kommentare!

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Kommentare

27 Kommentare zu “Autofokus Probleme beim Filmen von Videos mit der DSLR”


  1. LinuxLinus 17. November 2010, 10:30   »
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    Danke!
    (Der „hatte ich ja schon einmal beschrieben-Link“ zeigt derzeit nur auf http:///)

  2. Karl Reitschuster 17. November 2010, 10:31   »
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    Ein super Beitrag,
    jetzt ist mir klar warum die Nikon D7000 sich im Video-Modus so anders verhält

    /Karl Reitschuster
    https://www.xing.com/net/pri3d5d10x/nikondslr/news-325469/was-mir-an-der-nikon-d7000-nicht-so-gefallt-33725832⁄33725832/#33725832

  3. zoomyboy 17. November 2010, 10:56   »
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    eigentlich sehr gut, was ja ohne Spiegel auch klar ist.
    Aber so gut kann der AF gar nicht sein, das ich ihn trotzdem bei Videos benutze. So gut kann ja ein AF gar nicht sein, das zb. die Filmindustrie darauf vertraut, die stellen auch im Jahr 2010 noch immer manuell scharf!

    Die Zukunft gehört eindeutig den Digitalen Suchern (ohne Spiegel) in DSLR-Kameras. Die Vorteile sind einfach weitaus größer als beim herkömmlichen Sucher (+Spiegel).
    Was man hier aber nicht vergessen darf, ist, das die Hersteller bei diesen erst am Anfang stehen, zurzeit bei 1.4 Millionen Pixel.
    Wir sind hier also, verglichen mit der Luftfahrt, erst bei den Brüdern Wright! Da kommt noch einiges und das ziemlich schnell…

    • gwegner 17. November 2010, 14:37   »
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      Dass man bei Video besser manuell scharfstellt, habe ich auch in meinem Video-Tutorial dargestellt – übrigens mit dem gleichen Hinweis wie Du dass professionelle Kameraleute natürlich auch heute noch keinen Autofokus nutzen.

      Bezüglich der digitalen Sucher wäre es durchaus möglich, dass die Entwicklung in Richtung digitale Sucher geht. Allerdings glaube ich, dass viele alteingesessene Fotografen sich damit sehr schwer tun werden, diese zu akzeptieren, wenn sie nicht mindestens genauso gut sind wie ihre analogen Pendants.

      Es ist ja nicht so, dass es nicht schon lange digitale Suche gäbe – allerdings kommen die ja bisher alle in Hinblick auf die Schärfe und den Kontrast lange nicht mit einem optischen Sucher mit. Aber man soll ja nie nie sagen – vielleicht stehen wir ja wirklich erst bei den Brüdern Wright und irgendwann kommt der Durchbruch ;-)

      • zoomyboy 17. November 2010, 16:04   »
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        Die Ablöse des Optischen Sucher durch den Digitalen, wird genau so für Aufregung sorgen als Minolta den Autofokus in einer Serienkamera einführte!
        Oder als vor 2 Jahren die ersten DSLR mit einer ernst zunehmenden Videofunktion da waren, „braucht keiner“, „unnötig“ schrien die Fotografen und heute, gibt es sogar eine eigene Branche für das Zubehör! Und teilweise wird schon versucht diese Technik im professionellen Bereich bei Spielfilmen einzusetzen.

        • gwegner 17. November 2010, 16:17   »
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          Es wäre wünschenswert und würde vieles in der Tat erleichtern. Man denke an das Fokussieren durch „Zoom-in“ oder die erweiterten Möglichkeiten bei Nacht. Ich verstehe auch nicht so ganz, warum beim heutigen Stand der Technit nicht höher auflösende Displays für die Sucher zum Einsatz kommen, dort wo sie bereits eingesetzt werden. Stattdessen geht der Trend zu sucherlosen Displays außen an der Kamera. Aus meiner Sicht die falsche Richtung. Damit wird man den SLR Sucher nicht ersetzen.

          • Karl Reitschuster 17. November 2010, 16:22   »
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            So glücklich bin ich auch nicht damit;
            mir ist schon beim Filmen mit der DSLR der Live-View suspekt;
            bei praller Sonne (ja das gibts noch in Deutschland)) hatte ich keine Chance zu sehen ob alles noch im Fokus ist.
            Allerdings könnte ich mir eine Hybridlösung vorstellen, eine Analog-Sucher mit digitalen Einspiegelungen –
            dass würde mir gefallen

            /Karl

  4. Paddy 17. November 2010, 17:10   »
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    Hey Gunther, super erklärt. Vielen Dank.

  5. Björn 17. November 2010, 18:15   »
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    danke, gunter. sehr interessant, auch wenn ich auf eine videofunktion an einem fotoapparat gut verzichten kann. ich bin immer noch der meinung, die hersteller sollten die geräte auch ohne videofunktion, dafür aber preisgünstiger oder hochwertiger, anbieten. nur leider hört ja keiner auf mich.

  6. Mirco 7. Dezember 2010, 14:27   »
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    Schöne Beschreibung – danke! :-)
    Hattest du bei schwachem Licht schon mal Probleme mit dem „normalen“ Autofokus (also nicht im Live-View)? Hatte mit der D7000 die ich aktuell zum Testen zu Hause habe schon mehrfach das Problem, dass sie aufgrund mangelnden Konstrasts bei schwachem Licht nicht richtig fokussieren konnte (Weihnachtsfeier Indoor, Himmel mit Abenddämmerung, …). Hab es auch mit AF-S, Fokuslicht und Fokuspunkt nur in der Mitte ausprobiert. Empfinde ich schon als etwas störend. Mein Gefühl war, dass die Canon 60D das deutlich besser als die Nikon hinbekommt!? Die Blende von dem Kit-Objektiv ist natürlich bei größeren Brennweiten nicht so super (5,6) – aber als „Anfänger“ würde ich gerne erstmal mit dem „günstigen“ Zoom Objektiv als „Immerdrauf“ üben und gucken, welcher Brennweitenbereich für mich der richtige ist.

  7. Karl Reitschuster 7. Dezember 2010, 14:44   »
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    Habe eine D7000 und enorme Probleme mit Scharfstellung;
    a) extremer Backfokus
    b) Bei etwas weniger Licht und Kontrast – meldet Auto-Fokus ok und das Bild wird unscharf obwohl der Fokus nicht sitzt und das bie Fokus-Prio. Werde dazu noch files uploaden  – aber erst am WE;

    Ich finde den AF der D7000 mangelhaft
    Werde die Cam zu Nikon einsenden denn selbst mit AF-finetuning bekomme ich den Backfocus nicht geregelt.

    Schade! Ne super cam eigentlich
    /Karl

    PS.: Meine D300 hat mit den gleichen Objektiven  – kein Problem weder Backfokus noch das nicht Bemerken der Fehlfokussierung bei weniger Kontrast und Licht.

    Manche Phänomene wie softe Bilder könnten auch daher rühren.

    • gwegner 9. Dezember 2010, 11:02   »
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      Hallo Karl, das hört sich wirklich nach einem Fall für den Nikon Support an, diese Probleme konnte ich noch nicht beobachten.

  8. Karl Reitschuster 7. Dezember 2010, 14:47   »
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    Wohl gesagt es geht hier nicht um den Video AF sondern den Phasen-AF der für das Fokussieren der Einzel-Bilder zuständig ist
    /Karl

  9. Mirco 9. Dezember 2010, 09:51   »
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    Hmm – Back‑/Frontfokus hab ich nicht – bei mir verweigert die Kamera einfach nur ein Foto zu machen, weil sie die Scharfstellung nicht schafft…

  10. Petra Vogt 5. Januar 2011, 15:17   »
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    Danke für den hervorragenden Beitrag! Sehr gut erklärt.

  11. Bernd Schneider 26. November 2011, 21:43   »
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    Hi Gunther,

    eine Sache habe ich noch nicht verstanden.

    Wenn die billigen Knipsen oder Videokameras ebenfalls den Kontrast AF benutzen, warum kommen die dann be?sser damit klar?

    Danke Bernd

  12. winnerger 23. Dezember 2011, 20:02   »
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    Hallo zusammen! :-) vorab erst einmal ein großes Lob an Gunther! eine echt super Erklärung und vor allem auch sehr anschaulich durch die Bilder…danke! :-)
    da ich ein mehr oder weniger großer Bokeh-Fanatiker bin (und gerne mit Blende 2.8 oder größere fotografiere und FIlme) hätte ich bezüglich des präzisen fokussierens auch noch einen kleinen tipp… bin im internet auf dieser Seite hier ((http://www.krolop-gerst.com/blog/technical-tutorial/technical-16-video-dslr-rig-minimum/) auf ein interessantes Fokussystem für DSLR’s gestoßen für Filmen…mit dem man schnell den Fokus nachführen kann…
    bin begeistert davon…

    hoffe ich konnte auch etwas beitragen und bin auf eure Meinungen gespannt!
    Schöne Feiertage!

    MFG Christian

  13. gwegner 23. Dezember 2011, 20:38   »
    Gravatar

    Hallo Christian, vielen Dank für den tollen Tipp/Link. Ich werde mir die einzelnen Teile mal in Ruhe ansehen, bestimmt finde ich auch noch eine Ergänzung für mein Equipment!
    Beste Grüße
    Gunther

  14. Robert 1. Februar 2012, 17:34   »
    Gravatar

    Hallo Christian,

    danke für die ausführliche Erläuterung. Ich schließe mich Bernd Schneider (26.11.11) an und setze noch einen drauf:

    Muss der Kontrast-AF grundsätzlich schlechter sein oder ist er nur bei Nikon‑ und Canon-DSLRs so schwach implementiert? Warum können so viele (häufig billigere) Kameras mit reinem Kontrast-AF besser fokussieren?

    Oder ganz konkret: Warum kann der (Kontrast‑)AF meiner spiegellosen Sony NEX bewegte Objekte flott, präzise und sogar leise im Video verfolgen während mit meiner Nikon D5100 schon ein simples Foto im Liveview zur Quälerei wird?

    Schöne Grüße
    Robert

  15. Steffen Beyer 10. Januar 2013, 23:56   »
    Gravatar

    Vielen Dak für diesen erhellenden Artikel!
    Warum muss denn die Autofokus-Einheit unbedingt eine separate Einheit sein, die nur über den Spiegel mit Licht „versorgt“ wird?
    Warum kann die Autofokus-Einheit nicht in den Bildsensor integriert werden?

    • gwegner 11. Januar 2013, 09:51   »
      Gravatar

      Na, das ist doch bei dem „Kontrast-Autofokus“ so, der im Liveview zum Tragen kommt. Wenn Du die beiden Autofokus Modi vergleichst, dann wirst Du feststellen, dass der deutlich langsamer ist.
      Bei einer normalen DSLR ist es ja auch so, dass beim Fotografieren, wenn Du durch den Sucher schaust, der Sensor gar kein Licht abbegekommt, weil der Spiegel „im weg“ ist. Daher die separate Autofokus Einheit. Dass es auch anders geht, zeigt ja z.B. Sony mit den Teildurchlässigen Spiegeln. Hier hast Du dann aber keinen „optischen“ Sucher mehr, sondern einen Elektronischen. Du siehst, die Kamera-Hersteller versuchen sich schon am Spagat – im Moment ist die „Eierlegende Wollmilchsau“ aber noch nicht erfunden.

  16. FelixHase 18. Februar 2013, 19:16   »
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    Hallo,
    erstmal vielen Dank für den interessanten Artikel. Ich bin seid kurzem stolzer Besitzer der Canon 6D und wollte nun auch ein wenig mit der Film Funktion herumspielen.

    Ok, wie Du eben beschrieben hast ist der Autofokus im Liveview deutlich langsamer. AAAber mein großes Problem ist das der AF garnicht mehr funktioniert sobald aufgezeichnet wird. Ist das normal? Hab jetzt in der Kurzanleitung nichts darüber gefunden. Vielleicht ist er ja nur „sicherheitshalber“ fixiert damit z.B. kein Pumpen oder so während dem filmen entsteht. Aber wenn ich nun bewusst während der Aufnahme den Fokus automatisch ändern möchte sollte dies doch funktionieren oder?

    Gruß
    Felix

    • gwegner 18. Februar 2013, 19:24   »
      Gravatar

      Hallo Felix, zu den Canons kann ich leider nichts sagen…
      Aber grundsätzlich empfiehlt es sich sowieso nicht während des Filmens mit der DSLR zu fokussieren, da das immer unschön „pumpt“, auch wenn es bei den Nikons funktioniert.

  17. Tobias 24. März 2013, 11:36   »
    Gravatar

    Perfekt erklärt! Jetzt habe ich es endlich einmal richtig verstanden – ein für alle Mal. Herzlichen Dank!

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