Blog
Giải Thích Về Công Nghệ Của Canon: Dual Pixel CMOS AF là gì?
Th10
Một trong những tính năng cốt lõi của hệ thống EOS của Canon là hệ thống AF (lấy nét tự động) nhanh và mạnh. Trong thời đại của máy ảnh mirroless này, nhiệm vụ duy trì AF hiệu suất cao, đáng tin cậy phụ thuộc vào hệ thống Dual Pixel CMOS AF, hệ thống này sử dụng công nghệ phát hiện pha mặt phẳng hình ảnh riêng có của Canon. Cách hoạt động của nó là gì? Điều gì làm cho nó đặc biệt? Đọc tiếp để tìm hiểu cách Dual Pixel CMOS AF đạt được cả AF có độ chính xác cao và chất lượng hình ảnh xuất sắc trong chụp ảnh tĩnh và quay video.
1. Dual Pixel CMOS AF là gì?
Dual Pixel CMOS AF là hệ thống lấy nét tự động (AF) được sử dụng bởi máy ảnh mirrorless EOS và các máy ảnh EOS DSLR mới hơn của Canon trong khi chụp ở chế độ Live View. Nó sử dụng một dạng công nghệ phát hiện pha mặt phẳng hình ảnh riêng có của Canon. Với công nghệ này, tất cả các pixel trên cảm biến hình ảnh có thể thực hiện cả phát hiện pha và tạo ảnh. Điều này dẫn đến những lợi ích sau đây:
– Chất lượng hình ảnh xuất sắc mà không ảnh hưởng đến hiệu suất AF
– Phạm vi bao phủ AF rộng: lên đến 100% diện tích hình ảnh
– Tối đa hóa thông tin ánh sáng từ các ống kính nhanh (khẩu độ lớn) hiệu quả hơn
– Lấy nét và theo dõi nhanh chóng, mượt mà trong khi chụp ảnh tĩnh và quay video
Để hiểu được đầy đủ Dual Pixel CMOS AF, trước tiên cần hiểu cách hoạt động thông thường của tính năng phát hiện pha mặt phẳng hình ảnh.
2. Phát hiện pha là gì?
Một phương pháp tính toán mức độ cần điều chỉnh tiêu điểm bằng cách so sánh sự khác biệt về ánh sáng đến từ hai vị trí khác nhau
Trước khi có Dual Pixel CMOS AF, có hai loại AF phát hiện pha chính:
– AF phát hiện pha truyền thống
– AF phát hiện pha mặt phẳng hình ảnh
Cơ chế của cả hai là khác nhau: AF phát hiện pha truyền thống, được sử dụng trên máy ảnh DSLR, thu thập thông tin từ một cảm biến AF riêng biệt, trong khi đó, phát hiện pha mặt phẳng hình ảnh sử dụng thông tin từ các pixel phát hiện pha trên cảm biến hình ảnh.
Tuy nhiên, cả hai đều yêu cầu thông tin thị sai: thông tin từ ánh sáng đến từ hai vị trí khác nhau (=tạo thành hai hình ảnh thị sai hơi khác nhau). Hệ thống AF sử dụng thông tin thị sai này để tính toán và điều chỉnh các thành phần chỉnh tiêu của ống kính để lấy nét.
Cách hoạt động của AF phát hiện pha truyền thống
(Hình ảnh chỉ nhằm mục đích minh họa)
A: Lăng kính năm cạnh/gương ngũ giác
B: Màn hình khung ngắm quang học (OVF)
C: Gương chính
D: Gương phụ
E: Hệ thống cảm biến AF
F: Đường đi của ánh sáng
Trên máy ảnh DSLR, ánh sáng đi qua ống kính (F) được chuyển hướng theo hai hướng, lên và xuống, bởi gương chính và gương phụ (C và D).
Ánh sáng hướng lên trên đi qua phần ngũ giác (A) được chiếu tới màn hình OVF (B) dưới dạng hình ảnh OVF.
Ánh sáng hướng xuống dưới đi đến hệ thống cảm biến AF nằm ở đáy máy ảnh (E).
Bản thân hệ thống cảm biến AF bao gồm 2 vi thấu kính. Chúng phân chia ánh sáng tới một lần nữa để tạo thành hai hình ảnh thị sai trên cảm biến AF.
Cách hoạt động của phát hiện pha mặt phẳng hình ảnh thông thường
Khi phát hiện pha được thực hiện trên cảm biến hình ảnh thay vì cảm biến AF, nó được gọi là phát hiện pha mặt phẳng hình ảnh. Theo truyền thống, cảm biến hình ảnh của máy ảnh sử dụng phương pháp này có hai loại pixel:
– Pixel phát hiện pha chuyên dụng
– Pixel tạo ảnh
Thông tin thị sai được thu thập bởi các pixel phát hiện pha hoạt động theo cặp. Một pixel trong cặp có một điốt quang (bộ thu ánh sáng chuyển ánh sáng thành tín hiệu điện) nằm ở bên trái trong khi pixel còn lại có ở bên phải. Phát hiện pha được thực hiện bằng cách phân tích sự khác biệt về thông tin từ hai pixel này.
Hiệu suất AF được cải thiện khi có nhiều pixel phát hiện pha hơn. Tuy nhiên, điều này liên quan đến việc đánh đổi số lượng pixel tạo ảnh, có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng hình ảnh.
3. Những nhược điểm của phát hiện pha mặt phẳng hình ảnh thông thường
Trò chơi có tổng bằng không giữa chất lượng hình ảnh cao đáng tin cậy và hiệu suất AF
Các pixel phát hiện pha trên cảm biến hình ảnh thực hiện phát hiện pha mặt phẳng hình ảnh thông thường. Điều này để lại những khoảng trống trong các khu vực tương ứng cần được lấp đầy bằng phép nội suy: đưa ra ước tính từ dữ liệu được ghi lại bởi các pixel tạo ảnh xung quanh.
Những khoảng trống thông tin cần được lấp đầy bằng phép nội suy
Chất lượng hình ảnh được liên kết với mức nội suy liên quan. Nội suy là một cách chèn thông tin còn thiếu bằng cách sử dụng dữ liệu xung quanh để ước tính những chi tiết còn thiếu có thể là gì. Mặc dù nó có thể chính xác, nhưng vẫn có chỗ sai sót so với việc lấy thông tin từ bản thân nguồn đó.
Quy trình thông thường để tạo ra một tấm ảnh màu đã bao gồm phép nội suy. Các pixel cảm biến hình ảnh bị “mù màu”: bản thân chúng chỉ có thể cảm nhận và ghi lại thông tin về lượng ánh sáng chiếu tới chúng. Thông tin màu được ghi lại bởi bộ lọc màu RGB (đỏ, lục, và lam) (bộ lọc Bayer) phía trước cảm biến. Với sự trợ giúp của bộ lọc Bayer, thông tin về một trong 3 màu này được ghi lại cho mỗi pixel. Thông tin từ mỗi pixel được bổ sung bằng thông tin từ các pixel xung quanh để tạo ra hình ảnh đầy đủ màu.
Với phát hiện pha mặt phẳng hình ảnh thông thường, “các khoảng trống” trong thông tin hình ảnh ở các khu vực có pixel phát hiện pha (thay vì pixel tạo ảnh) cũng cần được lấp đầy bằng phép nội suy sử dụng thông tin từ các pixel tạo ảnh xung quanh. Điều này làm tăng khả năng chất lượng hình ảnh bị ảnh hưởng.
Có thể làm gì khác và tại sao nó không có tác dụng?
Ở hệ thống này, sẽ luôn có sự đánh đổi giữa chất lượng hình ảnh và hiệu suất AF:
– Việc giảm số lượng và mật độ điểm ảnh phát hiện pha sẽ giảm tác động đến chất lượng hình ảnh, nhưng hiệu suất AF cũng sẽ bị ảnh hưởng.
– Việc cấu hình các pixel phát hiện pha trong các đường liên tục (bao gồm việc tăng số lượng và mật độ của chúng), sẽ cải thiện hiệu suất AF. Tuy nhiên, điều này có nghĩa là những “khoảng trống” bị thiếu lớn hơn trong thông tin hình ảnh cần được lấp đầy thông qua phép nội suy.
– Việc tăng số lượng điểm AF hoặc kích thước của vùng AF sẽ luôn liên quan đến việc giảm số lượng pixel tạo ảnh.
Dual Pixel CMOS AF là giải pháp mà Canon đã phát triển để cải thiện hiệu suất AF mà không ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh: tất cả các pixel đều có thể thực hiện cả phát hiện pha và chụp ảnh.
4. Kiến trúc hệ thống Dual Pixel CMOS AF
Dual Pixel CMOS AF: 2 điốt quang trên mỗi pixel; tất cả các pixel có thể thực hiện cả phát hiện pha và tạo ảnh
Trên các cảm biến hình ảnh được thiết kế cho Dual Pixel CMOS AF, tất cả các pixel đều có hai điốt quang như trong hình minh họa. Trong quá trình phát hiện pha, dữ liệu từ Điốt Quang A và B được đọc riêng biệt và so sánh. Trong quá trình tạo ảnh, dữ liệu từ cả hai điốt quang được kết hợp và đọc dưới dạng một lần đọc hoàn chỉnh.
Khi các Điốt Quang A và B được tách ra, mỗi chúng sẽ tạo ra một hình ảnh có góc nhìn khác với điốt quang kia (“hình ảnh thị sai”). Hệ thống AF phân tích sự khác biệt (mức mờ), định lượng chúng, và sử dụng chúng để tính toán cách di chuyển ống kính sao cho hình ảnh khớp với nhau (= đối tượng đúng nét).
Nắm thông tin này: Phát hiện pha so với phát hiện độ tương phản
Phát hiện pha nhanh hơn phát hiện độ tương phản, một phương pháp khác được sử dụng rộng rãi để phát hiện độ tương phản vi mô dọc theo các cạnh. Không giống như phát hiện pha, phát hiện độ tương phản không thu được thông tin về khoảng cách. Thay vào đó, nó phân tích hình ảnh được chiếu lên cảm biến hình ảnh để tìm sự khác biệt về độ tương phản, di chuyển bộ phận lấy nét cho đến khi độ tương phản được sắc nét nhất. Điều này rất giống như cách bộ não của chúng ta hoạt động khi chúng ta sử dụng lấy nét thủ công không cần trợ giúp. Nó chính xác, nhưng chậm hơn. Nó cũng gặp hiện tượng focus hunting nhiều hơn, đây có thể là một vấn đề nhất là đối với video.
Để so sánh, phát hiện pha có thể cho biết tiêu điểm hiện tại ở phía trước đối tượng (lấy nét trước) hay phía sau đối tượng (lấy nét sau). Điều này cho phép nó nhanh chóng tính toán mức độ di chuyển của bộ phận lấy nét của ống kính, giúp lấy nét tự động nhanh và chính xác.
5. Những ưu điểm của Dual Pixel CMOS AF là gì?
1. Những lợi ích của cả chất lượng hình ảnh xuất sắc và AF hiệu suất cao
Sau đây là so sánh các bố cục của phát hiện pha mặt phẳng hình ảnh thông thường và Dual Pixel CMOS AF. Hãy để ý Dual Pixel CMOS AF lấp đầy “khoảng trống thông tin” trong cả phát hiện pha và tạo ảnh như thế nào.
Ở hệ thống Dual Pixel CMOS AF, tất cả các pixel trên cảm biến hình ảnh có thể thực hiện cả phát hiện pha và tạo ảnh. Tính năng này mở đường cho khả năng lấy nét tự động nhanh, chính xác, và linh hoạt trên một khu vực rộng của khung hình.
Nắm thông tin này: Trước Dual Pixel CMOS AF là gì?
Trước Dual Pixel CMOS AF, máy ảnh mirrorless (bao gồm máy ảnh compact và máy quay phim) sử dụng tính năng phát hiện độ tương phản, tính năng phát hiện pha truyền thống, hoặc kết hợp cả hai. Máy ảnh DSLR cũng sử dụng tính năng phát hiện độ tương phản trong khi quay video vì không thể thực hiện phát hiện pha khi gương bị khóa.
Canon đã phát triển Dual Pixel CMOS AF vì thấy trước nhu cầu quay phim ngày càng tăng và máy ảnh mirrorless sẽ trở thành xu hướng chủ đạo. Nó ra mắt vào năm 2013 trên EOS 70D, mang lại tốc độ và độ chính xác của AF phát hiện pha cho cả chụp ảnh tĩnh và quay video.
2. Phạm vi bao phủ AF 100%
Khi tất cả các pixel của cảm biến hình ảnh có thể thực hiện phát hiện pha, AF có thể được tiến hành trên một khu vực ảnh lớn hơn. Tuy nhiên, nó không thể được thực hiện chỉ bởi một pixel riêng lẻ. Đối tượng được phát hiện khi nhiều pixel thực hiện phát hiện pha trên thông tin hình ảnh trong một khu vực AF nhất định. Vì lý do này, mọi máy ảnh đều có nhiều chế độ vùng AF khác nhau để phục vụ cho các tình huống khác nhau.
Ví dụ về các chế độ vùng AF
Ví dụ,
– 1-point AF cung cấp một khu vực lấy nét tự động nhỏ mang lại độ chính xác cao hơn đối với các đối tượng mà bạn lấy nét, giúp bạn kiểm soát tốt hơn bố cục của bạn.
– Các chế độ Expand AF area cải thiện hiệu suất theo dõi khi chụp các đối tượng chuyển động, vì hệ thống cũng sử dụng thông tin phát hiện pha từ các khu vực xung quanh khu vực 1-point AF.
– Spot AF cung cấp một khu vực AF nhỏ hơn so với 1-point AF, lý tưởng cho những cảnh yêu cầu lấy nét rất chính xác.
– Whole area AF chia toàn bộ khu vực hình ảnh thành các vùng khung AF dày đặc cho AF. Ví dụ, EOS R6 Mark II có 1053 vùng bao phủ khoảng 90%×100% (ngang× dọc) của khung hình.
Dual Pixel CMOS AF cũng hoạt động song song với hệ thống phát hiện và theo dõi đối tượng EOS iTR AF. Khi một đối tượng được phát hiện, có thể lấy nét tự động trên 100% diện tích hình ảnh (có thể khác nhau tùy vào mẫu máy ảnh).
3. Tận dụng tối đa lợi thế của các ống kính nhanh
Tóm tắt: Trong số 2 ảnh thị sai được sử dụng để tính toán AF trong phương pháp phát hiện pha, một ảnh là từ điốt quang bên trái và ảnh còn lại từ điốt quang bên phải. Các ảnh này khác nhau vì ánh sáng tạo thành chúng đi theo các đường khác nhau để lần lượt đến bên trái và bên phải.
Các ống kính có khẩu độ tối đa lớn (“ống kính nhanh”) có màng chắn khẩu độ lớn hơn (độ mở của ống kính), do đó, khoảng cách giữa đường di chuyển đến các điốt quang bên trái và bên phải thậm chí còn lớn hơn. Điều này dẫn đến sự khác biệt lớn hơn giữa các hình ảnh thị sai, góp phần tính toán AF chính xác hơn.
Các cảm biến phát hiện pha trên máy ảnh DSLR có thể được mô tả là có nhạy với f/2.8, nhạy với f/5.6 (f/2.8-sensitive, f/5.6-sensitive), v.v. Điều này là vì chúng được thiết kế để hoạt động với ánh sáng có độ dài cơ sở cụ thể, và chỉ hoạt động với một ống kính có khẩu độ tối đa là số f đã nêu hoặc nhanh hơn. Số f trong “nhạy với f/số” càng nhỏ thì cảm biến càng chính xác. Do đó, cảm biến nhạy với f/5.6 có thể hoạt động với ống kính f/2.8 nhưng sẽ không chính xác bằng cảm biến nhạy với f/2.8. Ngoài ra, ngay cả khi bạn đang sử dụng ống kính nhanh hơn f/2.8 (ví dụ như f/1.8), cảm biến nhạy với f/2.8 sẽ tiến hành phát hiện pha ở ngưỡng f/2.8.
Không có hạn chế nào như vậy với Dual Pixel CMOS AF, nó có thể sử dụng tất cả thông tin cần thiết do các pixel của cảm biến hình ảnh thu thập. Lượng thông tin ánh sáng lớn mà ống kính nhanh cho phép đi vào máy ảnh được tận dụng tối đa, góp phần lấy nét tự động nhanh hơn, chính xác hơn.
6. Dual Pixel CMOS AF II khác biệt như thế nào?
Dual Pixel CMOS AF II là phiên bản Dual Pixel CMOS AF hỗ trợ EOS iTR AF X, hệ thống phát hiện và theo dõi đối tượng của Canon sử dụng công nghệ học sâu.
Khi máy ảnh mirrorless ngày càng thay thế máy ảnh DSLR để trở thành máy ảnh ống kính rời được lựa chọn và ngày càng có nhiều người chụp cả ảnh và quay video, Dual Pixel CMOS AF là một trong những công nghệ chính cần thiết để cải thiện khả năng của máy ảnh.
7. Tóm tắt: Các tính năng chính của Dual Pixel CMOS AF
– Cung cấp phạm vi lấy nét tự động rộng, lấy nét mượt mà, và khả năng theo dõi nhanh, xuất sắc trong khi chụp ảnh tĩnh và quay video.
– Lấy nét mượt mà vì nó chỉ sử dụng tính năng phát hiện pha mà không cần chuyển qua lại với phát hiện độ tương phản.
– Tất cả các pixel trên cảm biến hình ảnh có thể thực hiện cả phát hiện pha và tạo ảnh. Điều này giúp đạt được AF hiệu suất cao, độ bao phủ cao bên cạnh chất lượng hình ảnh xuất sắc mà không cần phải đánh đổi cái này với cái kia.
