Canon Dual Pixel CMOS AF – Versátil innovación

La nueva cámara réflex monocular digital Canon EOS 70D es la primera de la firma en incorporar el captor de nuevo diseño propietario con tecnología “Dual Pixel CMOS AF”. Se trata de una tecnología de doble fotodiodo por punto de imagen, que se emplea de forma novedosa para autoenfoque por detección de fase en el mismo sensor.

A simple vista, no puede observarse nada especial en el nuevo sensor Canon de la EOS 70D...
A simple vista, no puede observarse nada especial en el nuevo sensor Canon de la EOS 70D…


Dual Pixel CMOS AF: principios de funcionamiento
En el caso del captor APS-CMOS de tecnología “Dual Pixel” de la Canon EOS 70D, existen dos fotodiodos sensibles a la luz por cada punto de imagen o pixel. Dicho de otra forma: si en un sensor convencional el número de fotodiodos útiles y de píxeles de imagen coincide casi al 100%, en el de la EOS 70D nos encontramos ante un sensor de 40,4 millones de puntos sensibles a la luz –fotodiodos– para 20,2 millones de píxeles o puntos de imagen.

En el nuevo captor Canon de tecnología Dual Pixel CMOS AF, en el modo de captura de imagen se lee de forma única y simultánea toda la información del píxel, que está compuesto por dos fotodiodos…

… al tiempo que en el modo AF para Live View y vídeo la señal de cada fotodiodo (de un píxel o punto de imagen) se lee por separado

Tenemos otra forma, diferente, quizá más práctica, de decirlo: estamos ante un sensor APS-C del formato clásico de Canon de 15 x 22,5 mm y 20,2 megapíxeles en el que cada uno de esos píxeles, dividido en dos sectores diferenciados se puede “leer” o explorar de dos formas distintas:

a) En la forma convencional, recuperando la suma de las cargas para la generación de la imagen

b) Por separado para cada uno de los dos sectores, analizando la diferencia de fase para un punto de la imagen en lado izquierdo y derecho de cada pixel

¿Complicado? No necesariamente: guiñen alternativamente su ojo izquierdo y derecho y probablemente entenderán de qué estamos hablando.

El desajuste y diferencia de fase entre el fotodiodo izquierdo y derecho de cada píxel de imagen...
El desajuste y diferencia de fase entre el fotodiodo izquierdo y derecho de cada píxel de imagen…
aprovecha el paralaje
aprovecha el paralaje

...para ajustar el enfoque hasta alcanzar el valor deseado. Ello pixel a pixel en el 80% de la superficie del sensor
…para ajustar el enfoque hasta alcanzar el valor deseado. Ello pixel a pixel en el 80% de la superficie del sensor

Para alcanzar la detección de fase en el plano de la imagen, en la EOS 70D se leen de forma independiente las señales procedentes de los fotodiodos de la derecha y los de la izquierda, a efectos de calcular la diferencia de fase del paralaje entre las dos imágenes. Ni que decir tiene que el sistema es particularmente eficaz para sujetos en movimiento y su seguimiento.
Aunque –por el momento– los objetivos Canon para DSLR no tienen tantos contactos y por tanto capacidad de comunicación como los de las CSC, esta tecnología permite predecir la posición de enfoque del objetivo con bastante precisión.

Esta nueva y muy ingeniosa tecnología permite ofrecer autoenfoque por detección de fase en un 80% de la superficie del sensor sin pérdida de píxeles de imagen.
Puesto que en el momento de generar la imagen, en el momento del disparo o captura del frame en el modo de vídeo se recuperan todas las cargas sumando las de los dos sectores de cada pixel, no hay pérdida de sensibilidad: de hecho, el nuevo sensor con tecnología Dual Pixel CMOS AF es más sensible que versiones convencionales anteriores, merced a una mayor transmitancia de los filtros de color de su pauta Bayer, por otro lado enteramente convencional.

Las ventajas de esta nueva tecnología se vierten en los modos de Live View y vídeo, donde hasta la fecha los sistemas de autoenfoque por contraste de las cámaras CSC batían ampliamente a los sistemas réflex. Enfoque más rápido, suave y preciso sería el resultado, si bien es cierto que en el caso de Canon esas ventajas se apreciarán más con los objetivos STM dotados de motores de pasos. (1)

Esquema del sensor Fuji (ahora Fujifilm) de tipo «Super CCD SR», de doble fotodiodo por pixel: el sistema con fotodiodos «S» y «R» especializados por tamaño, se empleaba para aumentar el rango dinámico. Se presentó a inicios de 2003

Dual Pixel CMOS AF: antecedentes del doble fotodiodo por píxel
La tecnología de doble fotodiodo por píxel no es realmente nueva, pues ya Fuji, por ejemplo, incorporó hace años en sus cámaras de más alta gama, los sensores “SR” de doble fotodiodo.
En ese tipo de sensor, los fotodiodos “S”, de mayor tamaño, se encargaban cual “ojos de gato”, de captar la información correspondiente a las sombras de la imagen mientras que los “R”, más pequeños se ocupan de gama media y altas luces, con mayor resistencia a la sobresaturación. El procesador gestionaba ambas señales para conseguir un rango dinámico no solo muy extendido, sino además modulable por el fotógrafo según la escena. (2)

En el caso de la tecnología Dual Pixel CMOS AF de Canon, ambos fotodiodos (por cada pixel) se entiende que son idénticos y si en el modo de exposición se emplean como si fuesen uno solo, en el modo de enfoque se leen por separado, permitiendo detectar la diferencia de posicionamiento merced al pequeño decalaje.


Dual Pixel CMOS AF: un 80% de cobertura del área del sensor
Canon nos indica que la tecnología de detección es válida en toda la superficie del sensor menos en el 20% periférico y nosotros tenemos nuestra teoría particular en relación a ello:  es posible que la incidencia angular de los rayos de luz periféricos de determinados objetivos no telecéntricos y las aberraciones cromáticas de esos extremos hagan poco precisa la discriminación izquierda-derecha de los dos fotodiodos.
Pero un 80% de cobertura, no está nada mal.

En algunos sensores anteriores para réflex monoculares y para cámaras CSC ya se “sembraban” algunos fotodiodos de detección de fase entre los de toma de imagen, a fin de conseguir un AF híbrido, pero al parecer esos puntos debían ser interpolados y se perdían “para la causa de la imagen”. La nueva tecnología Dual Pixel CMOS AF evitaría ese problema.

Dual Pixel CMOS AF: ¿por qué no eliminar el módulo AF convencional?
Esa es un poco nuestra sorpresa: si tan bueno es el nuevo sistema AF, ¿por qué razón se emplea exclusivamente para Live View y vídeo?
Lo lógico sería dar el paso siguiente y emplear el Dual Pixel CMOS AF para todas las operaciones de enfoque, con lo que se evitarán los engorrosos temas de back y front focus y la necesidad de calibrado individual de cada objetivo.
Nuestra sospecha: ni los motores de los objetivos actuales (salvo los STM) ni la capacidad de comunicación entre la montura de las cámaras y los objetivos están preparados para ello. Y de ahí se deriva nuestra siguiente conclusión.

Dual Pixel CMOS AF: ideal, en teoría, para las CSC EOS-M
Lo que sigue, es pura lucubración nuestra, y en ningún caso hemos recabado ni recibido información alguna por parte de personal de Canon o empresas afines, pero parece evidente que los nuevos sensores de tecnología Dual Pixel CMOS AF irían “que ni pintados” para las CSC EOS-M de la firma, ya que mediante ella, esas cámaras podrían superar uno de sus dos mayores problemas, que es el de un autoenfoque un tanto premioso.
¿Y el segundo? Eso es harina de otro costal: la falta de promoción.

La bonita CSC EOS-M emplea un sensor en formato APS-C
La bonita CSC EOS-M emplea un sensor en formato APS-C
Un posible segundo modelo de la CSC EOS-M podría sacar muy buen provecho de la nueva tecnología Dual Pixel CMOS AF
Un posible segundo modelo de la CSC EOS-M podría sacar muy buen provecho de la nueva tecnología Dual Pixel CMOS AF

Quizá un segundo modelo de la serie Canon EOS-M incorpore este nuevo tipo de captor y enfoque. Si además dispone de opción de visor electrónico a nivel del ojo… quizá estemos soñando y quizá no.

(1) De momento, en montura compatible con la nueva EOS 70D solo se dispone de tres objetivos con esa clase de motor:
EF 40 mm f/2,8 STM
EF-S 18-55 mm f/3,5-5,6 IS STM
EF-S 18-135 mm f/3,5-5,6 IS STM

(2) Con fines distintos, un sensor de Sony empleaba dos clases de fotodiodos filtrados en distintos verdes

Ver: Canon EOS 70D

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