Динамика обоих методов различна: традиционная фазовая автофокусировка, используемая в цифровых зеркальных фотокамерах, получает информацию от отдельного датчика автофокусировки, тогда как фазовая автофокусировка в плоскости изображения использует информацию от пикселей фазового детектора на датчике изображения.

Тем не менее, они оба требуют информации о параллаксе : информации о свете, который исходит из двух разных мест (= формирует два немного разных изображения параллакса ). Система автофокусировки использует эту информацию о параллаксе для выполнения расчетов и настройки фокусирующих элементов объектива для достижения резкости.

2.1. Как работает традиционная фазовая автофокусировка (камеры DSLR)

(Изображение приведено только для иллюстрации)

A: пентапризма/пентазеркало
B: Экран оптического видоискателя (OVF)
C: Главное зеркало
D: Дополнительное зеркало
E: Сенсорная система AF
F: Путь света

В цифровых зеркальных камерах свет, проходящий через объектив (F), отклоняется в двух направлениях, вверх и вниз, главным и дополнительным зеркалами (C и D).
Свет, направленный вверх, проходит через пента-секцию (A), проецируемую на OVF-экран (B) в виде OVF-изображения.
Свет, направленный вниз, направляется на систему датчиков автофокусировки, расположенную в нижней части камеры (E).

Сама сенсорная система автофокусировки включает в себя две микролинзы. Они снова делят встречный свет, чтобы сформировать два изображения параллакса на датчике автофокусировки.

Узнайте больше о датчиках обнаружения фазы на цифровых зеркальных камерах в:
В чем разница между линейным датчиком и датчиком крестового типа?

2.2. Как работает обычное определение фазы плоскости изображения

Когда определение фазы выполняется на датчике изображения вместо датчика автофокусировки, это называется обнаружением фазы плоскости изображения . Традиционно датчики изображения камер, использующих этот метод, имеют два типа пикселей:
. — Выделенные пиксели обнаружения фазы
— Пиксели изображения 

Информация о параллаксе получается с помощью пикселей обнаружения фазы, работающих парами. Один пиксель в паре имеет фотодиод (светорецептор, который преобразует свет в электрический сигнал) расположен слева, а у другого пикселя он справа.

Эффективность автофокусировки улучшается при увеличении количества пикселей обнаружения фазы. Однако при этом приходится идти на компромисс с количеством пикселей изображения, что может отрицательно сказаться на качестве изображения.

3. Недостатки обычного определения фазы плоскости изображения

3. Недостатки обычного определения фазы в плоскости изображения

Игра с нулевой суммой между надежно высоким качеством изображения и эффективностью автофокусировки

Пиксели обнаружения фазы на датчиках изображения, которые выполняют обычное определение фазы в плоскости изображения. Это оставляет пробелы в соответствующих областях, которые необходимо заполнить с помощью интерполяции: сделать оценки на основе данных, захваченных окружающими пикселями изображения.

Информационные пробелы, которые необходимо заполнить интерполяцией

Качество изображения зависит от степени интерполяции.

Обычный процесс создания цветного изображения уже включает интерполяцию. Пиксели датчика изображения «дальтоники»: сами по себе они могут воспринимать и записывать информацию только о количестве света, достигающего их. Информация о цвете захватывается цветовым фильтром RGB (красный, зеленый и синий) (фильтр Байера) перед датчиком. С помощью фильтра Байера для каждого пикселя записывается информация об одном из трех цветов. Информация от каждого пикселя дополняется информацией от окружающих пикселей для создания полноцветного изображения.

При обычном обнаружении фазы плоскости изображения

Что еще можно сделать и почему не работает?

В этой системе всегда будет компромисс между качеством изображения и эффективностью автофокусировки:
— Уменьшение количества и плотности пикселей фазового детектирования уменьшит влияние на качество изображения, но производительность автофокусировки также пострадает.
— Конфигурация пикселей обнаружения фазы в виде непрерывных линий (что предполагает увеличение их количества и плотности) улучшит производительность автофокусировки. Однако это означало бы большие недостающие «пробелы» в информации об изображении, которые необходимо было бы заполнить с помощью интерполяции.

Dual Pixel CMOS AF — это решение, разработанное Canon для повышения производительности автофокусировки без ущерба для качества изображения: все пиксели могут выполнять как определение фазы, так и формирование изображения.

4. Архитектура системы Dual Pixel CMOS AF

4. Архитектура системы Dual Pixel CMOS AF

Dual Pixel CMOS AF: 2 фотодиода на каждый пиксель; все пиксели могут выполнять как определение фазы, так и формирование изображения

На датчиках изображения, разработанных для Dual Pixel CMOS AF, все пиксели имеют два фотодиода, как показано на рисунке. Во время обнаружения фазы данные с фотодиодов A и B считываются отдельно и сравниваются. Во время визуализации данные с обоих фотодиодов объединяются и считываются как одно полное считывание.

Поскольку фотодиоды A и B разделены, каждый из них создает изображение, которое имеет точку зрения, отличную от другой («параллаксные изображения»). Система автофокусировки анализирует различия (степень размытия), определяет их количество и использует их для вычисления того, как перемещать объектив, чтобы изображения совпадали (= объект находится в фокусе).

Знайте это: обнаружение фазы и обнаружение контраста

Определение фазы быстрее, чем обнаружение контраста, еще один широко используемый метод, который обнаруживает микроконтраст вдоль краев. В отличие от обнаружения фазы, обнаружение контраста не получает информацию о расстояниях. Вместо этого он анализирует изображение, проецируемое на датчик изображения, на наличие различий в контрасте, перемещая блок фокусировки до тех пор, пока контраст не станет самым резким. Это очень похоже на то, как работает наш мозг, когда мы используем ручную фокусировку без посторонней помощи. Это точно, но медленнее. Это также включает в себя гораздо больше поиска фокуса, что может быть проблемой, особенно для видео.

Для сравнения, обнаружение фазы может определить, находится ли текущая точка фокусировки перед объектом (сфокусировано спереди) или позади объекта (сфокусировано сзади). Это позволяет быстро вычислить, насколько нужно переместить блок фокусировки объектива, что обеспечивает быструю и точную автофокусировку.

5. Преимущества Dual Pixel CMOS AF

5. Каковы преимущества Dual Pixel CMOS AF?

5.1. Лучшее из двух миров: превосходное качество изображения, высокопроизводительная автофокусировка

1.

Вот сравнение компоновки обычного определения фазы плоскости изображения и Dual Pixel CMOS AF. Обратите внимание, как Dual Pixel CMOS AF заполняет «информационные пробелы» как в фазовом детектировании, так и в изображении.

В режиме Dual Pixel CMOS AF все пиксели на датчике изображения могут выполнять как определение фазы, так и формирование изображения. Он прокладывает путь к быстрой, точной и гибкой автофокусировке в широкой области кадра.

Знайте: что было до Dual Pixel CMOS AF?

До Dual Pixel CMOS AF в беззеркальных камерах (включая компактные камеры и видеокамеры) использовалось определение контраста, традиционное обнаружение фазы или их сочетание. Цифровые зеркальные камеры также использовали обнаружение контраста во время записи видео, поскольку обнаружение фазы было невозможно при заблокированном зеркале.

Canon разработала Dual Pixel CMOS AF, поскольку предвидела растущий спрос на видеосъемку и то, что беззеркальные камеры станут массовым явлением. Он дебютировал в 2013 году на камере EOS 70D, привнеся скорость и точность фазовой автофокусировки как в фото-, так и в видеосъемку.

5.2. 100% охват автофокуса

2. 100% охват автофокуса

Когда все пиксели датчика изображения могут выполнять определение фазы, автофокусировка может выполняться на большей площади изображения. Однако это невозможно сделать с помощью одного отдельного пикселя. Объекты обнаруживаются, когда несколько пикселей выполняют фазовое определение информации об изображении в заданной области автофокусировки. По этой причине каждая камера поставляется с различными режимами зоны автофокусировки для различных ситуаций.

Примеры режимов зоны АФ

Например,
— 1-точечная автофокусировка обеспечивает небольшую область автофокусировки, которая обеспечивает лучшую точность по объектам, на которых вы устанавливаете фокус, что дает вам больший контроль над вашей композицией.
— Режимы Expand AF Area улучшают эффективность слежения при фотографировании движущихся объектов, поскольку система также использует информацию об обнаружении фазы из областей, окружающих область 1-точечной автофокусировки.
— Spot AF предлагает область автофокусировки, которая меньше, чем 1-точечная автофокусировка, что идеально подходит для сцен, требующих очень точной фокусировки.
— Целая область AF делит всю область изображения на плотные зоны рамки AF для AF. Например, EOS R6 Mark II имеет 1053 зоны, которые покрывают примерно 90% × 100% (по горизонтали × вертикали) кадра изображения.

Dual Pixel CMOS AF также работает в паре с системой обнаружения и отслеживания объектов EOS iTR AF. При обнаружении объекта автофокусировка возможна на площади до 100 % площади изображения (может варьироваться в зависимости от модели камеры).

См. также:  
Легче ли создавать композицию на беззеркальной камере?

5. 3. Воспользуйтесь всеми преимуществами светосильных объективов

3. Воспользуйтесь всеми преимуществами светосильных объективов

Подведем итоги. Из двух изображений параллакса, используемых для расчета автофокусировки в методе фазового детектирования, одно получено от левого фотодиода, а другое — от правого фотодиода. Изображения отличаются, потому что свет, который их формирует, шел разными путями, чтобы достичь левого и правого соответственно.

Объективы с большой максимальной светосилой («светосильные объективы») имеют большую апертурную диафрагму (отверстие объектива), поэтому зазор между пройденным путем левого и правого фотодиодов еще больше. Это приводит к большей разнице между изображениями параллакса, что способствует более точным расчетам автофокусировки.

Датчики обнаружения фазы на цифровых зеркальных камерах могут быть описаны как чувствительные к f/2,8, чувствительные к f/5,6 и т. д. Это связано с тем, что они предназначены для работы с источниками света определенной базовой длины и работают только с объективом с максимальной диафрагмой, равной заявленному числу f или выше. Чем меньше число f в параметре «Чувствительность к f/числу», тем точнее датчик. Таким образом, датчик с диафрагмой f/5,6 может работать с объективом с диафрагмой f/2,8, но он не будет таким точным, как датчик с диафрагмой f/2,8. Более того, даже если вы используете объектив со светосилой выше f/2,8 (например, f/1,8), чувствительный к f/2,8 датчик будет определять фазу при пороге f/2,8.

Таких ограничений нет для Dual Pixel CMOS AF, которая может использовать всю необходимую информацию, собранную пикселями датчика изображения. Обширная информация о свете, которую светосильные объективы пропускают в камеру, используется в полной мере, способствуя более быстрой и точной автофокусировке.

См. также:
Может ли светосильный объектив действительно облегчить просмотр в видоискателе?

6. Чем отличается Dual Pixel CMOS AF II?

6. Чем отличается Dual Pixel CMOS AF II?

Dual Pixel CMOS AF II — это версия Dual Pixel CMOS AF, которая поддерживает EOS iTR AF X, систему обнаружения и отслеживания объектов Canon, использующую технологию глубокого обучения.

Поскольку беззеркальные камеры все чаще заменяют зеркальные камеры в качестве камер со сменными объективами и все больше людей снимают как фото, так и видео, Dual Pixel CMOS AF является одной из ключевых технологий, необходимых для улучшения возможностей камеры.

7. Подведение итогов: основные характеристики Dual Pixel CMOS AF

7. Подводя итоги: Основные характеристики Dual Pixel CMOS AF

— Обеспечивает широкую зону автофокусировки, плавную фокусировку и быстрое и превосходное отслеживание во время фото- и видеосъемки.
— Плавно фокусируется, поскольку полностью использует только определение фазы без переключения на обнаружение контраста и обратно.
— Все пиксели на датчике изображения могут выполнять как определение фазы, так и формирование изображения. Это обеспечивает высокоэффективную автофокусировку с широким охватом и превосходное качество изображения без необходимости жертвовать одним ради другого.

Canon Dual Pixel CMOS AF (YouTube)

Узнайте больше о других технологиях Canon в:
Объяснитель технологии Canon: что такое DIGIC?
Nano USM: быстрая и плавная фокусировка кончиками пальцев

Основы двухпиксельного изображения. Вы видели новейший смартфон… | Винсент Табора | High-Definition Pro

Вы видели новейшие камеры смартфонов? Они создают потрясающие изображения, которые соперничают с камерами DSLR. Они выглядят так, будто сняты профессионалом, но снято обычным человеком. Технология, лежащая в основе современных камер смартфонов, сочетает в себе традиционную оптику с программными алгоритмами. Это новая форма изображения, называемая вычислительной фотографией. Одним из наиболее известных примеров является технология двойного пикселя, о которой будет рассказано далее.

Традиционные камеры всегда были оптическими. У вас есть объектив для фокусировки и создания композиции изображения, а затем вы записываете его на пленку, чтобы создать экспозицию. Внедрение цифровых камер заменило пленку электронным датчиком, но по-прежнему использует оптическое изображение для получения конечного результата. Компьютерная фотография расширяет возможности улучшения изображения с помощью встроенных в камеру возможностей. Это так же просто, как цифровая камера «наведи-снимай-щелкни», но для создания конечного изображения требуется больше времени на обработку изображения.

Сенсор с двумя пикселями решает проблему, с которой сталкиваются разработчики камер для смартфонов, связанные с размером сенсора. Меньший датчик был необходим на смартфонах, чтобы поместиться в корпус меньшего размера. Цифровые зеркальные или беззеркальные камеры имеют больший размер корпуса, чтобы соответствовать большим датчикам. Датчики большего размера могут улавливать больше света и, таким образом, создавать изображения более высокого качества. Как это можно сделать на смартфоне, где у вас не будет достаточно места для установки качественного датчика изображения? Ответ от некоторых производителей смартфонов заключается в использовании сенсоров с двумя пикселями. Эти цифровые датчики не просто захватывают изображения от света, но и фиксируют значения, которые затем обрабатываются и уточняются программным обеспечением камеры.

состоят из фотосайтов, которые представляют пикселей или элемент изображения в изображении. Это светоулавливающие устройства, называемые фотодиодами, и они покрывают поверхность сенсора. Чем больше света захватывают фотосайты, тем выше качество разрешения изображения. В двухпиксельном датчике смартфона фотосайты намного меньше, поэтому по умолчанию они не захватывают столько света, сколько полноразмерный датчик камеры, например. КМОП-сенсор 35 мм. Вместо этого датчики с двумя пикселями делят фотосайт на два отдельных фотодиода. Когда линза начинает фокусироваться на изображении, каждый фотодиод улавливает свет под разными углами и также получает разные входные данные изображения. Это действует аналогично автофокусировке с определением фазы на цифровой зеркальной камере. Два фотодиода на фотосайте теперь объединяют свои значения для создания одного пикселя. Затем значения фотосайта обрабатываются сложными алгоритмами для создания окончательного изображения.

. Сочетая двухпиксельный сенсор с объективом, вы получаете камеру, способную снимать потрясающие изображения в различных режимах и условиях освещения. С помощью методов искусственного интеллекта, используемых в машинном обучении, фотоэффекты создаются с использованием обучающих данных из миллионов фотографий для создания наилучшего изображения. Именно так неподготовленный пользователь, не имеющий знаний и опыта в фотографии, может сделать отличное фото. Не нужно беспокоиться об диафрагме, выдержке, балансе белого или даже о настройках ISO. Композиция и творчество находятся в ведении пользователя, но финальное изображение было создано системой камеры смартфона.

В портретных режимах некоторых смартфонов получаются действительно отличные селфи благодаря сенсорам с двумя пикселями. Google действительно хорошо использовал это в линейке смартфонов Pixel 2. Несмотря на наличие только одной основной камеры, он смог показать лучшие результаты, чем его конкуренты с двумя камерами, такие как Samsung Galaxy и Apple iPhone. Датчики с двумя пикселями измеряют разницу с одной стороны пикселя и с другой вместо использования двух линз. Это доказывает, что на самом деле вам не нужно более 1 камеры на смартфоне, чтобы делать отличные снимки. Google делает это с помощью технологий искусственного интеллекта в программном обеспечении и двухпиксельных сенсорах. Одной из особенностей, которая позволяет камерам смартфонов Google делать отличные фотографии, является фокусировка, и это связано с автофокусировкой с двумя пикселями, используемой в линейке Pixel 3.

Производители камер для смартфонов позаимствовали двухпиксельную технологию у цифровых зеркальных фотокамер. Canon считается первой компанией, производящей камеры, которая представила в своей Canon EOS 70D функцию Dual Pixel Autofocus. В EOS 70D по-прежнему используется фазовый автофокус, но он не будет полагаться на зеркала камеры. Вместо этого датчик будет обрабатывать автофокусировку света без необходимости в других модулях. Это именно то, что нужно беззеркальной системе, такой как камера смартфона. Не полагаясь на зеркала, которые требуют механического движения для регулировки и, следовательно, требуют больше времени для фокусировки, датчик с двумя пикселями более точен и может быстрее фокусироваться на изображении.

Теперь ясно, что основными преимуществами двухпиксельных сенсоров являются быстрая автофокусировка и более четкое изображение.