Autofocus từng chỉ là một tính năng “xa xỉ” trên máy ảnh, nhưng giờ đây lại trở thành yếu tố gần như bắt buộc với mọi nhiếp ảnh gia và content creator. Khả năng lấy nét nhanh, bám chủ thể chính xác hay nhận diện bằng AI đã giúp việc chụp ảnh và quay video trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết. Vậy công nghệ này đã phát triển như thế nào? Hãy cùng VJShop.vn tìm hiểu lịch sử công nghệ autofocus trong nhiếp ảnh, từ thời máy film cho đến kỷ nguyên máy ảnh mirrorless hiện đại.
Những thử nghiệm autofocus đời đầu
Ý tưởng về máy ảnh có thể tự lấy nét đã xuất hiện từ trước khi autofocus trở nên phổ biến. Năm 1931, nhà phát minh Luther George Simjian đăng ký bằng sáng chế cho một mẫu “máy ảnh tự lấy nét”. Ông cho rằng nếu máy ảnh đã có thể hỗ trợ người dùng tự chụp chân dung thì việc tự động lấy nét cũng hoàn toàn khả thi.
Các hãng máy ảnh bắt đầu thử nghiệm autofocus
Đến thập niên 1960 và 1970, nhiều hãng máy ảnh bắt đầu thử nghiệm các hệ thống autofocus thực tế hơn. Leica là một trong những cái tên tiên phong khi giới thiệu nhiều nguyên mẫu autofocus, đặt nền móng cho các công nghệ lấy nét qua ống kính sau này.
Tuy nhiên trong giai đoạn đầu, autofocus vẫn bị xem là chậm, thiếu chính xác và dễ mất nét. Nhiều nhiếp ảnh gia chuyên nghiệp khi đó vẫn tin vào mắt nhìn và cảm giác xoay vòng nét thủ công hơn là những hệ thống điện tử còn khá sơ khai.
Leica Correfot và bước tiến quan trọng năm 1976
Năm 1976, Leica tiếp tục gây chú ý khi trình diễn nguyên mẫu Correfot tại Photokina. Hệ thống này sử dụng cảm biến tương phản để tự động xoay vòng lấy nét đến khi chủ thể đạt độ nét cao nhất. Dù còn cồng kềnh và chưa thể thương mại hóa, Correfot cho thấy ngành máy ảnh đã tiến rất gần đến khái niệm autofocus hiện đại: để máy ảnh tự phân tích hình ảnh và quyết định điểm nét thay cho người chụp.
Những máy ảnh autofocus thành công đầu tiên
Konica C35 AF mở ra kỷ nguyên “point-and-shoot”
Bước ngoặt lớn đầu tiên của autofocus lại đến từ các dòng máy ảnh compact phổ thông thay vì DSLR chuyên nghiệp. Ra mắt năm 1977, Konica C35 AF được xem là chiếc máy ảnh autofocus thương mại thành công đầu tiên trên thế giới.
Máy sử dụng hệ thống lấy nét Visitronic của Honeywell, hoạt động dựa trên nguyên lý đo khoảng cách tương tự rangefinder để tự động điều chỉnh ống kính. Dù chưa phải kiểu lấy nét qua ống kính như máy ảnh hiện đại, C35 AF vẫn giải quyết rất tốt nhu cầu của người dùng phổ thông: chỉ cần giơ máy lên và bấm chụp là đã có ảnh đủ nét.
Polaroid và autofocus bằng sóng siêu âm
Không lâu sau đó, Polaroid tiếp tục tạo dấu ấn với hệ thống autofocus bằng sóng siêu âm trên mẫu SX-70 Sonar OneStep. Thay vì phân tích hình ảnh, máy sẽ phát sóng âm để đo khoảng cách đến chủ thể rồi tự động lấy nét theo dữ liệu thu được.
Autofocus chủ động: hồng ngoại, sóng siêu âm và đo khoảng cách
Ở giai đoạn đầu, nhiều máy ảnh compact sử dụng hệ thống autofocus chủ động để tự động lấy nét. Thay vì phân tích hình ảnh, các hệ thống này sẽ phát ra tín hiệu như tia hồng ngoại hoặc sóng siêu âm để đo khoảng cách tới chủ thể rồi điều chỉnh ống kính tương ứng.
Một số máy ảnh dùng phương pháp đo tam giác bằng tia hồng ngoại, trong khi các dòng khác hoạt động dựa trên nguyên lý đo thời gian phản hồi tín hiệu, tương tự công nghệ sonar trên máy Polaroid trước đây.
Ưu điểm
Ưu điểm lớn nhất của autofocus chủ động là hoạt động khá đơn giản và tốc độ lấy nét nhanh đối với nhu cầu chụp ảnh thông thường. Máy ảnh không cần phân tích độ nét của hình ảnh mà chỉ cần xác định khoảng cách đến chủ thể để lấy nét.
Nhược điểm
Tuy nhiên, công nghệ này cũng tồn tại nhiều hạn chế. Hệ thống dễ bị ảnh hưởng bởi kính, bề mặt phản chiếu hoặc vật cản nằm giữa máy và chủ thể. Ngoài ra, autofocus chủ động thường chỉ hoạt động hiệu quả ở vùng trung tâm khung hình và không phù hợp với các dòng máy ống kính rời hay nhu cầu chụp chuyên nghiệp.
Khi máy ảnh ngày càng phát triển, autofocus bị động dần trở thành tiêu chuẩn mới. Khác với hệ thống chủ động, autofocus bị động không phát tín hiệu ra bên ngoài mà sử dụng chính ánh sáng đi qua ống kính để phân tích và lấy nét. Đây cũng là nền tảng cho hai công nghệ lấy nét phổ biến nhất hiện nay: lấy nét theo pha và lấy nét tương phản.
Những chiếc DSLR autofocus đầu tiên
Năm 1981, Pentax ME-F ra mắt và được xem là chiếc SLR autofocus đầu tiên trên thế giới. Sau đó, Nikon tiếp tục giới thiệu F3AF vào năm 1983 với các ống kính AF chuyên dụng.
Tuy mang ý nghĩa lịch sử lớn, những mẫu máy này vẫn chỉ là bước chuyển tiếp giữa lấy nét tay và autofocus. Chúng cho thấy autofocus hoàn toàn có thể xuất hiện trên DSLR, nhưng việc gắn thêm AF vào hệ thống cũ vẫn chưa đủ để tạo ra cuộc cách mạng thực sự.
Minolta và cuộc cách mạng autofocus trên máy ảnh SLR
Bước ngoặt lớn xuất hiện vào năm 1985 với Minolta Maxxum 7000. Đây là chiếc máy ảnh giúp autofocus trở thành công nghệ trung tâm thay vì chỉ là tính năng thử nghiệm.
Khác với các mẫu trước đó, Maxxum 7000 được thiết kế như một hệ thống autofocus hoàn chỉnh ngay từ đầu, tích hợp AF, đo sáng tự động, motor cuộn film và hệ lens mới trong cùng một nền tảng.
Máy sử dụng cơ chế motor lấy nét trong thân máy theo dạng “screw-drive”, giúp ống kính gọn hơn và vẫn đảm bảo tốc độ lấy nét tốt ở thời điểm đó.
Sự thành công của Maxxum 7000 khiến autofocus nhanh chóng trở thành xu hướng mới của ngành máy ảnh, đồng thời buộc Canon, Nikon và Pentax phải tăng tốc phát triển hệ thống AF riêng.
Hành trình autofocus của Nikon
Nikon chọn hướng phát triển an toàn hơn khi vẫn duy trì ngàm F để đảm bảo tương thích với các ống kính cũ. Vì vậy, những DSLR autofocus đầu tiên của hãng tiếp tục sử dụng động cơ lấy nét trong thân máy theo cơ chế screw-drive.
Qua các dòng máy như F-501/N2020, F4 và F5, autofocus của Nikon ngày càng hoàn thiện hơn. Đặc biệt, Nikon F4 được xem là mẫu máy đánh dấu giai đoạn chuyển giao giữa lấy nét tay và autofocus nhờ khả năng hỗ trợ AF nhưng vẫn tương thích với nhiều lens Nikon đời cũ.
Về sau, Nikon chuyển sang các ống kính tích hợp động cơ lấy nét riêng như AF-I và AF-S với công nghệ Silent Wave Motor, giúp lấy nét nhanh và êm hơn, đặc biệt trên các lens tele chuyên nghiệp.
Canon EOS và bước chuyển mình sang kỷ nguyên điện tử
Canon là hãng có bước đi táo bạo nhất trong giai đoạn phát triển autofocus. Năm 1987, hãng ra mắt hệ thống EOS cùng ngàm EF hoàn toàn mới, chấp nhận từ bỏ khả năng tương thích trực tiếp với lens FD cũ để xây dựng nền tảng hiện đại hơn.
Ngàm EF sử dụng kết nối điện tử hoàn toàn, loại bỏ các cơ chế cơ học truyền thống như screw-drive. Thay vào đó, mỗi ống kính đều có động cơ lấy nét riêng và giao tiếp trực tiếp với thân máy.
Bắt đầu từ Canon EOS 650, hệ thống AF của Canon đã hoạt động hoàn toàn bằng điện tử. Các lens EF dùng động cơ USM nhanh chóng nổi tiếng nhờ khả năng lấy nét nhanh, êm và ổn định, đặc biệt phù hợp với thể thao, động vật hoang dã và báo chí.
Công nghệ lấy nét theo pha hoạt động như thế nào?
Lấy nét theo pha (Phase Detection Autofocus) từng là công nghệ chủ đạo trên các dòng máy ảnh DSLR và SLR film chuyên nghiệp. Hệ thống này sẽ so sánh hai luồng ánh sáng đi qua các vùng khác nhau của ống kính. Khi hai hình ảnh trùng khớp, chủ thể đang đúng nét. Nếu chưa trùng, máy ảnh có thể xác định được chủ thể đang bị front focus hay back focus và điều khiển ống kính di chuyển theo đúng hướng cần thiết.
Ưu điểm
Điểm mạnh lớn nhất của lấy nét theo pha là tốc độ cực nhanh. Thay vì dò nét qua lại như lấy nét tương phản, hệ thống có thể xác định ngay hướng dịch chuyển của ống kính để khóa nét nhanh hơn.
Theo thời gian, các hệ thống AF theo pha ngày càng được cải tiến với nhiều điểm lấy nét hơn, khả năng bám nét tốt hơn trong môi trường thiếu sáng và các cảm biến cross-type giúp tăng độ chính xác theo cả chiều ngang lẫn chiều dọc.
Nhược điểm
Tuy nhiên, công nghệ này vẫn tồn tại một hạn chế lớn: cảm biến lấy nét và cảm biến hình ảnh hoạt động tách biệt. Nếu hệ thống gương lật hoặc module AF bị lệch nhẹ, máy có thể gặp tình trạng lệch nét trước hoặc sau chủ thể. Đây cũng là lý do nhiều người dùng DSLR trước đây phải thực hiện AF Micro Adjustment để tinh chỉnh lại độ chính xác của autofocus.
Lấy nét tương phản và thời kỳ máy ảnh compact
Trong khi các dòng DSLR chủ yếu sử dụng lấy nét theo pha, nhiều máy ảnh compact kỹ thuật số và mirrorless đời đầu lại lựa chọn công nghệ lấy nét tương phản (Contrast Detection Autofocus). Cơ chế này hoạt động bằng cách phân tích trực tiếp hình ảnh trên cảm biến và tìm ra vùng có độ tương phản cao nhất. Khi chi tiết trong ảnh đạt độ tương phản tối đa, chủ thể được xem là đã đúng nét.
Điểm mạnh của lấy nét tương phản
Ưu điểm lớn nhất của lấy nét tương phản là độ chính xác cao. Vì hệ thống sử dụng chính cảm biến hình ảnh để kiểm tra độ nét nên gần như không gặp tình trạng front focus hay back focus như DSLR dùng module AF riêng. Điều này giúp ảnh chụp tĩnh, phong cảnh hay sản phẩm đạt độ nét rất ổn định.
Về điểm yếu
Tuy nhiên, nhược điểm của công nghệ này là không thể xác định ngay hướng di chuyển của ống kính. Khi hình ảnh bị mờ, máy ảnh phải thử di chuyển ống kính tới lui để kiểm tra xem độ tương phản tăng hay giảm. Đây cũng là nguyên nhân khiến nhiều máy compact và mirrorless đời đầu thường xuất hiện hiện tượng “hunting focus” khi lấy nét.
Dù hoạt động khá hiệu quả với chủ thể đứng yên hoặc chụp trên tripod, lấy nét tương phản lại gặp khó khi xử lý các đối tượng chuyển động nhanh. Với những chủ thể tiến gần hoặc di chuyển liên tục, hệ thống phản hồi chậm hơn do chỉ có thể phản ứng theo hình ảnh hiện tại thay vì dự đoán chuyển động như lấy nét theo pha.
Panasonic DFD và bước tiến của lấy nét tương phản thông minh
Panasonic từng phát triển một công nghệ lấy nét khá đặc biệt mang tên DFD (Depth From Defocus) nhằm cải thiện tốc độ của hệ thống lấy nét tương phản truyền thống. Thay vì chỉ dò nét theo kiểu “thử và sai”, DFD sẽ phân tích mức độ mờ của hình ảnh kết hợp với dữ liệu đặc trưng của từng ống kính để ước tính khoảng cách và hướng lấy nét.
Nhờ đó, nhiều mẫu máy Panasonic sở hữu tốc độ lấy nét một lần (Single AF) khá ấn tượng dù vẫn dùng nền tảng contrast AF. Tuy nhiên, DFD cũng cho thấy xu hướng phát triển chung của ngành máy ảnh: tương lai vẫn thuộc về các hệ thống lấy nét có thể xác định hướng nét trực tiếp trên cảm biến. Vì vậy, sau một thời gian kiên trì với DFD, Panasonic cũng đã chuyển sang tích hợp lấy nét theo pha trên cảm biến ở các dòng mirrorless đời mới.
Công nghệ lấy nét theo pha trên cảm biến
Bước ngoặt lớn nhất của autofocus trên máy ảnh mirrorless chính là công nghệ lấy nét theo pha trực tiếp trên cảm biến (On-Sensor Phase Detection AF). Thay vì sử dụng module AF riêng như DSLR, hệ thống này tích hợp các điểm lấy nét ngay trên cảm biến ảnh, giúp máy vừa xác định hướng lấy nét, vừa đo nét trực tiếp tại mặt phẳng ghi hình thực tế.
Fujifilm FinePix F300EXR ra mắt năm 2010 được xem là một trong những mẫu máy đầu tiên áp dụng công nghệ này với cảm biến SuperCCD độc đáo cùng các điểm ảnh chuyên dụng cho lấy nét theo pha.
Đến năm 2011, Nikon tiếp tục gây chú ý với dòng Nikon 1, đặc biệt là mẫu V1 sở hữu khả năng lấy nét theo pha trên cảm biến cực nhanh so với thời điểm đó. Sau đó, Sony cũng nhanh chóng tham gia cuộc đua với NEX-5R và liên tục hoàn thiện hệ thống AF trên các dòng Alpha của mình.
Những ưu điểm giúp mirrorless vượt lên DSLR
Lấy nét nhanh và chính xác hơn
Lấy nét theo pha trên cảm biến giúp máy ảnh mirrorless vừa có tốc độ phản hồi nhanh như DSLR, vừa loại bỏ lỗi front-focus hoặc back-focus do không còn sử dụng module AF tách biệt. Mọi thao tác lấy nét đều diễn ra trực tiếp trên cảm biến ghi hình nên độ chính xác được cải thiện đáng kể.
Khả năng tracking ngày càng thông minh
Ở giai đoạn đầu, hệ thống này vẫn tồn tại vài hạn chế như khả năng bám nét chưa ổn định trong môi trường thiếu sáng hoặc tốc độ tracking chưa thể sánh với DSLR chuyên nghiệp. Tuy nhiên, nhờ tốc độ đọc cảm biến và sức mạnh xử lý ngày càng cao, autofocus trên mirrorless đã phát triển rất nhanh chỉ sau vài năm.
Nhận diện khuôn mặt, mắt và chủ thể thông minh
Khi hệ thống autofocus được đưa trực tiếp lên cảm biến, máy ảnh không còn chỉ đơn thuần đo khoảng cách lấy nét mà bắt đầu “hiểu” nội dung trong khung hình. Một trong những bước tiến đầu tiên là Face Detection (nhận diện khuôn mặt). Thay vì người chụp phải tự chọn điểm AF vào mặt chủ thể, máy ảnh giờ đây có thể tự phát hiện gương mặt và ưu tiên lấy nét chính xác hơn.
Eye AF thay đổi hoàn toàn cách chụp chân dung
Sau nhận diện khuôn mặt, Eye AF (lấy nét mắt) trở thành công nghệ cực kỳ quan trọng với nhiếp ảnh chân dung hiện đại. Khi sử dụng các ống kính khẩu lớn như f/1.2 hoặc f/1.4, chỉ cần lệch nét nhẹ là ảnh có thể nét vào lông mi hoặc tai thay vì đồng tử. Eye AF giúp máy ảnh tự động nhận diện và bám theo mắt chủ thể trong thời gian thực, từ đó tăng đáng kể tỷ lệ ảnh nét, đặc biệt khi chụp chân dung xóa phông hoặc chủ thể di chuyển liên tục.
Autofocus hiện có thể hiểu chủ thể
Máy ảnh hiện đại ngày nay đã vượt xa khái niệm autofocus truyền thống. Ngoài người và mắt người, nhiều mẫu máy còn có thể nhận diện động vật, chim, côn trùng, ô tô, xe máy, tàu hỏa hay máy bay.
Những công nghệ này thường được gọi là AI Autofocus, nhưng thực tế phần lớn hoạt động dựa trên machine learning, tức hệ thống được “huấn luyện” để nhận biết các kiểu chủ thể khác nhau và ưu tiên vùng lấy nét phù hợp.
Công nghệ tự động lấy nét trên ống kính
Screw-drive: Hệ thống autofocus truyền động cơ học đầu tiên
Các hệ thống autofocus đầu tiên thường sử dụng cơ chế screw-drive, trong đó motor nằm trong thân máy và truyền lực cơ học tới ống kính để lấy nét. Ưu điểm của hệ thống này là giúp lens có giá dễ tiếp cận và vẫn tương thích với nhiều ngàm cũ. Tuy nhiên, screw-drive khá ồn, hoạt động chưa mượt và không phù hợp cho quay video.
Động cơ siêu nhỏ
Sau screw-drive, nhiều hãng chuyển sang dùng motor DC nhỏ tích hợp bên trong ống kính. Dạng động cơ này thường xuất hiện trên lens kit hoặc các ống kính phổ thông nhờ thiết kế gọn nhẹ và chi phí thấp, dù tốc độ và độ êm chưa quá nổi bật.
Động cơ siêu âm (USM, SWM, HSM)
Sự xuất hiện của động cơ siêu âm đánh dấu bước tiến lớn của autofocus hiện đại. Các công nghệ như Canon USM hay Nikon SWM giúp lens lấy nét nhanh, chính xác và gần như không gây tiếng ồn. Đây cũng là loại motor rất được ưa chuộng trên các ống kính tele chuyên chụp thể thao, wildlife và báo chí.
Động cơ bước
Khi công nghệ xem trực tiếp và máy ảnh mirrorless phát triển mạnh, động cơ bước (STM) dần trở nên phổ biến hơn. Khác với động cơ truyền thống, STM có thể di chuyển theo từng bước nhỏ chính xác, giúp chuyển nét mượt và tự nhiên hơn. Các dòng lens như Canon STM hay Nikon AF-P là những ví dụ trong đó đều hướng đến khả năng quay video với autofocus êm và ít rung giật hơn.
Động cơ bước không phải lúc nào cũng nhanh nhất cho chụp thể thao tốc độ cao, nhưng lại cực kỳ phù hợp với những người vừa chụp ảnh vừa quay video trên cùng một chiếc máy.
Động cơ tuyến tính, động cơ cuộn dây âm thanh và ống kính mirrorless hiện đại
Các ống kính mirrorless hiện đại ngày càng chuyển sang dùng Linear Motor hoặc Voice Coil Motor (VCM). Thay vì dùng bánh răng hay cơ chế xoay cơ học, hệ thống này sử dụng lực điện từ để di chuyển nhóm lấy nét trực tiếp trên các thanh dẫn. Cách hoạt động này giúp giảm độ trễ, giảm tiếng ồn và tăng độ chính xác khi lấy nét liên tục.
Máy ảnh mirrorless hiện đại liên tục thực hiện hàng loạt điều chỉnh AF nhỏ để theo dõi mắt, khuôn mặt hoặc chủ thể chuyển động. Vì vậy, ống kính cũng cần một động cơ mà có khả năng phản hồi cực nhanh, dừng chính xác và đổi hướng gần như tức thì, điều mà động cơ tuyến tính làm rất tốt.
Autofocus hiện đại là sự kết hợp giữa thân máy và ống kính
Ngày nay, hiệu năng autofocus không còn phụ thuộc riêng vào thân máy hay ống kính. Máy ảnh sẽ nhận diện chủ thể, tính toán khoảng cách, dự đoán chuyển động và gửi lệnh liên tục đến ống kính. Trong khi đó, motor bên trong lens sẽ đảm nhiệm việc di chuyển nhóm lấy nét với độ chính xác cực cao.
Chính sự phối hợp giữa thuật toán AF thông minh và công nghệ motor hiện đại đã tạo nên trải nghiệm autofocus nhanh, mượt và chính xác như trên các máy ảnh mirrorless ngày nay.