Canon: brevettato il Quad Pixel Autofocus

Il sistema di messa a fuoco Dual Pixel è stato una piccola rivoluzione a modo, soprattutto nelle riprese video con le reflex dove non era possibile usare il sensore AF posto all’esterno del sensore. La tecnologia Dual Pixel permise di realizzare una messa a fuoco a rilevazione di fase anche in live view, permettendo di migliorare di molto i tempi di aggancio del soggetto e le prestazioni di tracking rispetto alla tecnologia a rilevazione di contrasto. In definitiva si è ottenuta una messa a fuoco reattiva e fluida durante i video e le riprese in live view, senza bisogno di costose attrezzatura professionali di follow focus. Ora le tecnologia è pronta ad evolversi ulteriormente con la tecnologia Quad Pixel Autofocus, ma prima di tutti rinfreschiamo un po’ la memoria.

Canon Dual Pixel AF: come funziona?

Tutti i pixel effettivi sulla superficie del sensore immagine CMOS con tecnologia Dual Pixel AF integrano due fotodiodi distinti che possono essere letti in maniera separata per realizzare una messa a fuoco automatica con il metodo del rilevamento di fase e quindi congiunta per l’elaborazione di imaging. Dual Pixel CMOS AF ha una altissima copertura dell’area Live View e consente un’elevata precisione senza compromettere la qualità dell’immagine.

A differenza di altri metodi di messa a fuoco automatica basati sul sensore (che assegnano la messa a fuoco automatica o le funzionalità di imaging agli interi pixel sul sensore), i pixel sul sensore dotato di tecnologia Dual Pixel CMOS AF possono essere usati sia per l’acquisizione dell’immagine, sia per l’autofocus a rilevamento di fase. In questo modo non è necessario elaborare ulteriormente l’immagine. Infatti la messa a fuoco avviene con le stesso modalità che avveniva sul sensore esterno: allo scopo di eseguire il rilevamento di fase sul piano dell’immagine, i fotodiodi di destra e sinistra vengono letti in maniera indipendente e le immagini di parallasse che ne derivano vengono utilizzate per calcolare la differenza di fase.Questo permette di diminuire il carico di lavoro e aumentare la reattività e la velocità in generale di tutta la fotocamera. 

Una piccola rivoluzione che ha permesso di superare la vecchia tecnologia a rilevamento di contrasto, lenta, titubante e inadatta alle riprese video. Inoltre sui sensori a rilevamento di fase si basano le varie tecnologie di tracking intelligente come il rilevamento del viso, degli occhi e previsione della traiettoria.

Canon EOS 70D, la prima ad implementare il Dual Pixel AF

Canon Quad Pixel Autofocus: l’evoluzione della messa a fuoca automatica

L’attuale sistema Dual Pixel ha un limite invalicabile insito nella sua struttura: funziona bene solo se la fotocamera per certe orientazioni della fotocamera e del soggetto. La sensibilità nella direzione perpendicolare a quella definita dall’orientazione dei sensori Dual Pixel è molto ridotta. È lo stesso concetto che ha portato a far evolvere i sensori AF lineari in quelli a croce. La soluzione che propone Canon col suo brevetto è di dividere i singoli pixel in 4 sub-pixel. La notizia arriva dal sito di rumors Canon News. Riportiamo la descrizione dalla documentazione ufficiale:

Therefore, there is the object of this invention in providing the image sensor which can always perform focus detection by an image surface phase difference system with high precision, and the imaging device using this image sensor.

In order to achieve the above-mentioned object, the image sensor by the present invention, a plurality of optical waveguides which a unit pixel part provided with a plurality of pixels is the image sensor arranged by two-dimensional matrix form, and draw light to said plurality of pixels, respectively. It has the segregant formed among said plurality of waveguides, the height and position of the aforementioned segregant are changed according to image height, and the pupil distance of said plurality of pixels is changed in each of the aforementioned unit pixel part.

Struttura del nuovo sensore Quad Pixel Autofocus con 4 sub-pixel dedicati alla messa a fuoco a rilevazione di fase

In pratica non solo ogni pixel è formato da una matrice 2×2 in grado di aumentare la precisione in ogni direzione, ma anche le micro-lenti applicate sopra i fotodiodi sono disposte in modo da ottimizzare la messa a fuoco, ma mano che ci si allontana dal centro dell’immagine.

A unit pixel has the 1st focus detection pixel 201, the 2nd focus detection pixel 202, the 3rd focus detection pixel 203, and the 4th focus detection pixel 204, and these pixels are arranged by two lines x two rows. In the illustrated example, although the pixel structure of four lines x four rows is shown, the many pixel is actually arranged by two-dimensional matrix form. For example, the image sensor is 4 micrometers in the cycle P of a pixel, and is side [ of 5575 lines ] x [ 3725 rows ] long = about 20,750,000 pixels in the pixel number N. The image sensor is 2 micrometers in the line writing direction cycle PAF of a focus detection pixel, and is side [ of 11150 lines ] x [ 7450 rows ] long = about 83,060,000 pixels in the focus detection pixel number NAF.

Continuando la lettura del documento viene approfondita la struttare dei subpixel e vengono anche menzionate le dimensioni dei pixel e la risoluzione del nuovo sensore. Sembra che il nuovo sensore dotato di Quad Pixel Autofocus abbia una risoluzione di circa 20.7 MP con pixel di dimensione di circa 4 micrometri. Risulta semplice calcolare la dimensione effettiva del sensore che dovrebbe essere di taglia APS-C. Certo si è dovuto fare un leggero passo indietro in termini di risoluzione perché l’integrazione della tecnologia Quad Pixel Autofocus rende i singoli pixel più grossi, ma forse è un gap che potrà essere colmato in futuro con il progresso dei processi produttivi che hanno ampio margine di miglioramento – attualmente Canon dovrebbe produrre sensori con un processo di 180 nm.

Forse arriveranno anche dei sensori Full Frame basati su questa tecnologia, in tempo per essere montati sulla prossima ammiraglia reflex Canon Eos 1-D X Mark III dato che per l’anno in corso non dovrebbero essere previsti nuovi modelli di mirrorless della linea EOS R. Per saperne di più continuate a seguirci nella nostra sezione fotografia!