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Dieser Artikel ist in Cooperation mit LumoLabs entstanden.

Nikon D800 / E AF-Punkte (AF Sensoren) - Präzision und Fehleranalyse


 Dieses Whitepaper / Technical Study ist im Original in englischer Sprache und direkt direkt bei LumoLabs zu finden.
Hier nun die leicht gekürzte deutsche Fassung:


Diese technische Studie beurteilt die Leistung der äußeren (in Richtung linkem und rechtem Rand) Autofokus-Sensoren (AF-Detektoren - sogenannte AF-Punkte), besonders in Bezug auf Genauigkeit und mit einem Weitwinkel-Objektiv. Anwendbar für die Nikon D800 und Nikon D800E KB-Format SLR-Kameras (sogenannte Vollformatkameras).

Vorbemerkung: In dieser Studie machen wir keinen Unterschied zwischen den Nikon Kameras D800 und D800E. Wir untersuchten zwei Modelle, das so genannte „sample 1“ und „sample 2“. Eine war eine D800, die andere eine D800E.
Die festgestellten Unterschiede sind - basierend auf unseren derzeitigen Wissen – den „sample“ Variationen zu zuschreiben, nicht den verschiedenen Modellen      - Ende der Vorbemerkung -

1.  Causa

Die D800 ist aktuell der heilige Gral in Kamera Land. Die Wartelisten sind derart lang, um sogar eingefleischte Apple Anhänger zu verwundern ;-)
Es wird vermutlich noch etliche Monate dauern, bis Nikon alle Vorbestellungen ausliefern wird.
Gleichzeitig ist die Kamera mit rund 2900.- Euro nicht gerade im Billigsegment zu finden.

Nach den aktuellen Erfahrungen (einschließlich unseren eigenen hier bei LumoLabs, wo wir glücklicherweise Zugang zu drei D800 zu haben), produziert die D800 klasse Bilder, was sowohl die Bildwiedergabe/Bildqualität wie auch die Auflösung betrifft.

Doch wie bei allen neuen und technisch komplexen Produkten, finden sich auch Schwächen.
Im Internet sind etliche Berichte zu finden, dass die Leistung der äußeren AF-Punkte  unterdurchschnittlich ist.

Vor allem mit lichtstarken und / oder Weitwinkel-Objektiven wie einen 24mm f/1.4 oder 14mm f/2.8, wurde dies relativ häufig beobachtet.  Bemängelt wurde meist das ganz linken AF-Messfeld.

Wir haben uns entschieden, dieses Problem näher zu untersuchen.



2.  Unser Testverfahren

Wir haben ein spezielles Testbild verwendet, dargestellt in Abb. 1:


Abb. 1
Das Bild zeigt das Zentrum als ca. 2/3 großen Ausschnitt aus dem gesamten Kamera-Bild, dies sowohl horizontal wie vertikal.
Unser Testbild wird überlagert mit einer Abbildung der AF-Messfelder, welche von der Nikon Homepage stammt.

Da Nikon auch in dieser Vollformatkamera ein APS-C-AF-Modul (DX) nutzt, wird nur ca.2/3 der Bildfläche abgedeckt.
Unsere Messungen wurden an den 5 rot markierten AF-Messfeldern durchgeführt ohne die Kamera bewegen.



Jeder der fünf AF Punkte an den Positionen (-5,0), (-3,0), (0,0), (3,0), (5,0) wurde unter denselben Bedingungen untersucht, ohne die Kamera zu bewegen. Jeder AF-Detektor "sieht" ein gleiches Testbild.
Außer dem mittleren AF-Messfeld (0,0), sind die AF-Messfelder Liniensensoren (keine Kreuzsensoren). In der Nikon Illustration sind die Kreuzsensoren orange markiert .

Wir untersuchten zwei „samples“ der D800, es wurde dazu bei jeder der Kameras ein identisches (dasselbe) Nikkor-Objektiv 24-70/2.8G bei 24mm f/2.8 verwendet. Die Entfernung zum Testbild betrug 1,20 mtr. (50x Brennweite, dieser Abstand wird meist von Herstellern der AF-Kalibrierungs-Tools vorgeschlagen). Das Licht war Halogen (ca. 2850 K) bei einem Lichtwert LW 10 (Belichtungsdaten der Aufnahmen:1/160s und ISO 100).

Nicht untersuchte Faktoren:
1. Farbtemperatur (beeinflusst voraussichtlich die absoluten Werte, aber nicht das äußere AF-Messfeld Problem).
2. Brennweite (Berichte deuten darauf hin, dass kürzere Brennweiten das größere Problem haben).
3. Distanz (der Motiv-Abstand könnte erhebliche Auswirkungen haben; wir waren bisher zu faul, um es weiter zu untersuchen - allerdings ist ein 50x Brennweite Abstand ein relevanter Bereich).
4. Blende (sollte voraussichtlich keinen Einfluss haben, außer natürlich, um das Problem besser sichtbar zu machen in den Bildern - AF-Sensoren verhalten sich fast unabhängig von der Blendeneinstellung).
5. Objektivunterschiede (ein Einfluss des Objektives ist nicht zu erwarten).

Wir wollten nicht einfach nur Bilder verwenden, die mit dem AF System und den versch. (5) AF-Punkten fokussiert wurden.
Das Ergebnis würde zu sehr schwanken und wäre zu stark abhängig vom AF Feinabgleich.
Wir verzichteten darauf die Fokus Qualität nur durch visuelle Auswertung oder mit einem Werkzeug wie “lens-align” durch zu führen.
Es ist subjektiv und zu ungenau.

Unsere Vorgehensweise:
Bei jedem der fünf Fokuspunkte, haben wir den ganzen Bereich des AF Feinabgleichs durchlaufen.
Nach Anfertigung der Testaufnahmen, wurden diese einer numerischen Auswertung der Schärfe unterzogen.
Normalerweise würden wir unser bewährtes Tool-Set benutzen (wie in „Image Understanding" beschrieben – ein Whitepaper welches ebenfalls unter LumoLabs veröffentlicht ist). Wir haben jedoch beschlossen, mit der Software "FoCal" aus dem Hause Reikan einen Versuch zu wagen. (vgl. www.fo-cal.co.uk).
Das Tool hat seine eigenen Besonderheiten und kann in punkto Präzision nicht mit unseren Werkzeugen konkurrieren.
Allerdings ist es ausreichend und hilfreich für diese Aufgabenstellung.
Das verwendete Fokus Testbild ist das offizielle FoCal Chart.

Wir haben dann die AF-Feinabgleich-Parameter (von Reikan AFMA genannt, wir verwenden diese Abkürzung ebenfalls) in Abhängigkeit von der Fokuspunkt Position (im Bereich von -5 bis x =+5) ermittelt.
Idealerweise würde die AFMA (x)-Funktion eine Konstante sein, was bedeutet, dass der AF Feinabgleich effektiv für alle Fokuspunkte ist.
Wenn nicht, würde der AFMA (x) zumindest von der Kamera unabhängig, so dass diese durch ein Firmware-Patch korrigiert werden könnte.
Beide Möglichkeiten haben wir bewertet.



3.  Ergebnis

Zuerst einige der Testaufnahmen:



Fokuspunkt (-5,0) beim AFMA Wert 0; sample 2 (Kamera 2).



Fokuspunkt (-5,0) beim AFMA Wert -15; sample 2 (Kamera 2).



Fokuspunkt (0,0) beim AFMA Wert  0; sample 2.(Kamera 2).



Fokuspunkt (+5,0) beim AFMA Wert  0; sample 2. (Kamera 2).

Abb. 2
Die vorstehenden Bilder (Abb.2) zeigen 100% Ausschnitte aus den fokussierten Bereichen bei versch. Fokusfeldern. Entwickelt in Lightroom PV2010 mit Standardeinstellungen ohne Schärfung.

Der linke Fokuspunkt (bei Position -5,0) zeigt eine auffällige Schwäche. Diese wird durch die Einstellung der AF Feinabstimmung (AFMA auf -15) deutlich verbessert.



Aus diesen Testaufnahmen, wurde nun der optimale AFMA-Wert berechnet, siehe folgende 3 Darstellungen:


Fokuspunkt (-5,0) zeigt den kalkulierten optimalen AFMA Wert bei -17; sample 2 (Kamera 2).


Fokuspunkt (0,0) zeigt den kalkulierten optimalen AFMA Wert bei -1; sample 2 (Kamera 2).


Fokuspunkt (+5,0) zeigt den kalkulierten optimalen AFMA Wert bei -8; sample 2 (Kamera 2).

Abb. 3
Die Auswirkung der Fokuskorrektur (AF Feinabstimmung - AFMA) als Kennlinie aus welcher der optimale Wert leicht ermittelt werden kann.
Dargestellt für 3 der 5 untersuchten Fokuspunkte.



Nun fassen wir noch die untersuchten AF-Felder und deren Genauigkeit in einer grafischen Darstellung zusammen und stellen den negativen AFMA Wert zur Fokus Punkt Position dar.
(Anmerkung: AFMA Werte unter -20 und über +20 wurden als angenähert Werte bestimmt. Dies ist möglich durch die bekannten Zusammenhang der Bildqualität zur AFMA-Abweichung zum Optimalwert)




Abb. 4
-AFMA(x)  Fokus Kalibrierung (negative AFMA Werte) pro AF-Feld.
Für beide untersuchte Kameras.



Die Funktion AFMA (x) kann näherungsweise beschrieben werden als:

AFMA (x) = AFMA0 + b x + 1/5 a x2
so dass
AFMA (-5) - AFMA0 = 5 (a - b)

Wir nennen a den "Parallaxen-Fehler" und b den "Kipp-Fehler" diese sind normiert, so dass der Einfluss für die äußersten AF-Messfelder gleich ist.


Charakterisierung der AF-Ungenauigkeit in Bezug auf die Neigungs- und Parallaxen-Fehler.

Während die beiden ausgewerteten Kameras, ganz ähnliche Ungenauigkeiten der linken Fokusfelder zeigen (Erfordert etwa  -13  AF Korrekturschrittwerte mehr als beim mittleren AF-Feld), sind die Eigenschaften ganz anders: Kamera 1 zeigt mehr den Kipp-Fehler, während bei der  anderen der Parallaxenfehler ausgeprägt ist.
Die Folge ist, dass der rechte Fokuspunkt nicht korrigiert werden kann, wenn die Korrektur für die linken und mittleren Felder optimiert wird.
Um die Dinge in ein vernüftiges Verhältnis zu setzen: Korrekturwerte zwischen -10 und +10 sind absolut akzeptabel.



4.  Fazit

Das Präzisionsproblem der äußeren AF-Messfelder der D800/E ist real und könnte evtl. sogar alle Kameras bis dato betreffen.

Wir, wie auch alle bisher bekannten Berichte im Netz, sprechen hierbei immer im Zusammenhang mit Super-Weit-Winkel Objektiven.
Es lässt sich schlimmstenfalls vermuten, dass jede Kamera mit dem Nikon Multi-CAM 3500 FX mk II AF-Modul davon betroffen sein könnte, d. h. D800, D800E und D4.
Wir haben festgestellt, dass die Ursache nicht konsistent ist.

Es kann eine Mischung aus einem Kippfehler (verursacht durch beispielsweise einen fehlausgerichteten AF Hilfsspiegel, gegebenenfalls unabhängig von der Brennweite) und einem Parallaxenproblem (z.B. durch eine dezentrierte AF-Linse, möglicherweise in Abhängigkeit der Brennweite) sein.

Wir  bezweifeln, ob das Problem durch einen einfachen Firmware-Patch (FW Update) gelöst werden kann. Soweit wir erkennen, würde ein Patch mindestens zwei zusätzliche Kalibrierungs Parameter erfordern. 

Deshalb sehen viel mehr die Möglichkeit einer Analyse und einer ausführlichen Re-Kalibrierung aller betroffenen Kameras bei Nikon.

Bis zur Lösung seitens Nikon empfiehlt sich für kritische Fokussierung die Verwendung der mittleren AF-Felder - zumindest mit den kürzeren WW-Brennweiten.



Update (21.06.2012):

Wir hatten die FoCal Software von Reikan genutzt um die Auswertung ausreichend präzise und mit überschaubarem Aufwand zu erledigen.
Die Präzision der AF Messfelder haben wir als von FoCal berechnete nötige AF-Tuning Korrektur ausgedrückt.

Der Autor der Software (Rich von Reikan) hat nun einen Fokuspunkt-Konsistenzcheck in die Software eingebaut.

Noch ist es nicht final, aber wir sind gespannt darauf!

Dort kann man es bereits nachlesen:
http://www.reikan.co.uk/focal/mpft.html




Danke für  das Interesse und für den Besuch,

Dieter Lukas & Falk Lumo



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