真正的变革者 70D和Dual Pixel CMOS AF

　　7月2日，Canon在英国正式发布了新款数码单反相机EOS 70D。作为EOS 60D的“后续”机型，70D拥有19点全十字对焦系统、DIGIC 5+处理器+ 2020万像素、7张/秒连拍、LCD触控、Wi-Fi控制……这些升级已经达到了撞针预期值的上限，而Dual Pixel CMOS AF（全像素双核CMOS AF，）绝对是意外惊喜。6月28日，“Dual Pixel CMOS AF” 这个英文词组第一次出现在泄露的产品宣传页上，位于一个不太起眼的地方，撞针当时并未意识到它的重要性。待产品正式发布后才察觉到它不是商业噱头，是很有潜力的技术应用。

　　7月30日，撞针应邀参加了Canon中国召开的EOS 70D媒体技术交流会。试用70D样机让撞针确信EOS 70D及其Dual Pixel CMOS AF是Canon四年以来给用户最大的惊喜，代表着数码相机的又一次进化。

一、EOS 70D技术交流会

    EOS 70D媒体技术交流会除了惯有的市场情况分析、新品介绍和样机试用环节（相关内容见图片，不做文字描述了）以外，Canon中国公司的副总裁/影像信息消费产品本部高级总经理渡边昇、影像信息产品亚洲总部高级总经理守永俊一，影像信息产品专业市场企划部总经理山本敏彦，以及从日本赶来的Canon影像信息消费产品本部事业本部影像信息消费产品本部统筹第一开发中心主管研究员宫成洋（真正的技术大咖）与媒体直接交流，信息量不少，后文会逐一分析。这里先聊聊Dual Pixel CMOS AF。

·细说Dual Pixel CMOS AF技术——相位对焦和反差对焦

　　Dual Pixel CMOS AF（以下简称DP自动对焦）是EOS 70D亮点中的亮点。7月2日EOS 70D发布当天，撞针曾经发过一篇《草评Dual Pixel CMOS AF》的简单分析。这部分过于偏“理科”，不太感兴趣的摄友可以跳过去直接阅读第三部分。

　　数码相机的自动对焦技术主要是相位对焦和反差对焦两种。相位对焦工作原理是检测镜头成像会聚光线中的某两束光线的交汇情况，指导光束会聚到像平面上。作为三维对焦方式，相位对焦能检测出物体脱焦的方向和距离，可以控制镜头一步对焦到位，理论上更快，也更容易实现对运动物体的伺服对焦。

　　反差对焦是二维方式，是电子取景特有的对焦方式，系统根据镜头对焦时成像传感器感知的画面变化，寻找成像最清晰（反差最大）的合焦位置。反差对焦不需要专用对焦组件，结构简单，成本低廉；以最终成像为检测对象，更为准确。但是反差对焦需要不断比较数字成像，错过合焦点才知道回去好好珍惜，镜头无法一步到位，所以“理论上”较慢；无法判断物体运动方向和速度，连续追踪对焦困难。

　　传统相位对焦系统大多采用透镜分离相位检测法，相机用副反光板将成像光束反射到独立 的对焦组件，对焦组件的分离透镜将来自镜头两个部分的两束光线分别会聚在两个CCD线阵上，CCD线阵就是测量成像光束会聚位置的尺子。透镜分离相位检测 系统使用独立的透镜和CCD线列，信号敏感度高，数据处理简单，高效可靠，弱光和长焦性能优秀，但体积庞大，结构复杂、成本高。此外受到副反光板结构尺寸 限制，对焦区域有限。透镜分离相位检测系统主要适用于反光镜光学取景，Sony也将其应用到了电子取景的SLT半透镜数码相机上，但在其电子取景时半透镜 会分走一部分光线，成像效率轻微的损失。总的来说，透镜分离相位检测系统不适于电子取景。

·细说Dual Pixel CMOS AF技术——成像传感器相位对焦系统

　　在电子取景时进行高效相位对焦是很多厂商的梦想，Canon尤为急切。当Panasonic和Olympus的M4/3系列微单仅凭反差对焦就赶超入门级单反相位对焦的时候，EOS数码单反反差对焦性能只能用“窘迫”二字来形容，严重制约了实时取景和视频拍摄功能的应用。这里有很多原因：画幅尺寸对反差对焦有着多几方面影响，此处不详述；Canon单反镜头是为相位对焦设计的；成像传感器和处理系统本身的设计以及对焦算法因素；……这种情况延续到了Canon的首款微单EOS M，严重制约了Canon微单的操作性能。Canon应对策略有两条，一是研发适应反差对焦方式的STM镜头，二是研发成像传感器相位对焦。

　　成像传感器相位对焦系统将透镜分离相位检测系统微缩到了成像传感器的像素结构中，用像素表面的微透镜代替独立对焦组件的透镜，用像素半边感光的方式起到镜头光束分离的作用，用多个像素的组合代替CCD线阵。

·细说Dual Pixel CMOS AF技术——Dual Pixel CMOS AF的革新

　　DP对焦是成像传感器相位对焦系统的完成形态，彻底解决了有限像素相位对焦系统的问题。DP对焦的核心是每个像素集成两个个相互独立的光电二极管，分别接受来自镜头两侧的光信号，完成相差检测，再将两侧信号汇总成一个图像点输出。

　　每个对焦像素都能获完整的光线信号，都能参与成像，数量不再受限制，所有的像素都可以既对焦又成像，70D的2020万有效像素的CMOS集成了4030万光电二极管，所以DP对焦的中文官称是“全像素”双核CMOS AF。

·细说Dual Pixel CMOS AF技术——Dual Pixel CMOS AF技术解析

　　Canon对于DP对焦技术的解释比较简单化，基本套用了透镜分离系统的示意图。实际上DF自动对焦系统的单个像素无法完成相位检测，系统需要观察同一排像素中，RGB滤镜下哪些邻近像素左边的光电二极管接收到的连续成像信号，与哪些像素右边的存在关联，通过IC芯片预处理后，由DIGIC 5+处理器解算对焦信息。这里比较复杂，还没想好如何图解。可以参阅Dual Pixel CMOS AF介绍短片。理论上，在电子取景下，相机随时可以知道对焦区域内任何一个物体的对焦距离。整个系统就是简化版的光场相机，其设计精妙复杂，又不火星科技。

　　EOS 70D的DP CMOS有4030万光电二极管，很多摄友都会提到一个问题：为什么不直接做成4030万像素？交流会上宫成大咖的回复比较官方口径，他提到一味追求高像素会带来一定的负面影响，比如说对高感光度性能下降，微小的抖动会给画质带来较大的影响等等。

　　实际上最简单的原因在于两个光电二极管都是长形的，无法对应数码照片上的像素点。进一步考虑，两个光电二极管共用一个微透镜和一个芯片单元，在同一个RGB色彩滤镜下和低通滤镜下，几乎不可能获取两个独立清晰的光信号。即便将4030万个信号单独记录，最终的成像也远达不到4030万像素应有的分辨率。

　　宫成洋提到的数据处理压力也很重要。假设4030万像素达到7张/秒的连拍速度，70D的DIGIC 5+处理器必须达到500 MB/s的图像数据吞吐能力，目前DIGIC 5+在其他机型上达到的最高速率只有220MB/s，还是不参与对焦处理的情况下。4030万像素的RAW格式文件将高达50MB，对70D目标用户来说处理和保存都是问题。

　　撞针还有一个假说，源自宫成洋一句耐人寻味的话： EOS 70D每个像素集成的两个光电二极管之间“没有物理分隔”！这句话的语境是为了证明DP自动对焦不会影响像素成像质量。如果两个光电二极管之间加入一条窄缝的话就会形成感光盲区，成像效果不理想。没有物理分割是否意味着两个光电二极管的光敏半导体是合在一起的，这有两种可能性，一是Canon的芯片技术足以将一块光敏半导体在几乎没有损失的情况下分成了两个独立工作的部分，二是光敏半导体没有完全独立工作，主要依靠两套传输、放大线路分连接半导体左右两半分别读取数据。回过头来看Canon给出的其他信息，撞针比较倾向后一种解释。这种结构有利于控制Dual Pixel CMOS的制造成本，也更容易解释为什么EOS 70D的CMOS无法提供4030万像素。

　　如果真是这样，两个光电二极管之间的信号是否有干扰？能否准确读取？对焦速度和精度有无影响？撞针猜测是只要对焦像素足够多，邻近像素综合计算足以消除误差。这个问题不用太考虑理论，看疗效就好。

　　有一个问题撞针也没找到答案：两个光电二极管是左右排列还是上下排列，抑或两种情况兼而有之。如果都是一个方向排列，那么DP自动对焦就有可能对这个方向的线条无法对焦。由于像素密度高，出现这种问题的几率会比透镜分离系统小得多，但不能绝对排除。很后悔交流会上没提出这个问题。

　　EOS 70D的2020万像素几乎全部都是双光电二极管，为什么对焦区域依然无法达到100%呢？其实和有限像素相位对焦一样，成像边缘部分镜头光线倾斜照射，角度不断增大，镜头本身的像差也大，给精确对焦带来了困难。撞针很想精确测试EOS 70D中央部分和对焦区域边缘是否存在精度差异，当然还要等量产机才行。

　　DP自动对焦系统兼容性相当不错，支持103款单反镜头。理论上DP自动对焦对镜头光圈是没有特殊限制的，但考虑到驱动、成像情况问题等等，DP自动对焦要求镜头光圈大于f/5.6。实际在取景、视频拍摄时，即便光圈收缩到f/11，DP自动对焦依然可以工作。目前的信息是Dual Pixel CMOS AF支持副厂镜头，是否和原厂头一样好还有待实践检验。

　　有一点非常不爽。在电子取景时，摄影者常常会放大画面查看对焦情况，此时DP自动对焦无法对焦，只能确定对焦方向，随后由反差对焦法进行合焦。

　　还有一点不爽的而是在拍摄瞬间DP自动对焦无法对焦，因此电子取景下开启连拍，DP自动对焦将很难进行伺服追焦。

　　DP自动对焦是否需要STM马达配合？STM步进马达是配合反差对焦的，特点是马达可以一格一格地精确控制运转，每走一格测量一次画面反差。DP自动对焦一开始就会告诉镜头想那个方向运行多少，不需要步进工作状态，因此STM马达并没突出贡献，仅仅比普通微型马达宁静一些。

·EOS 70D试用

　　EOS 70D外观与60D非常相似，尺寸微小一丁点（139.0 × 104.3 × 78.5mm vs 144.5×105.8×78.6mm），重量完全相同，二者差别细微，例如70D升级了立体声麦克风，改用一位数机型的实时取景/视频拍摄切换卡关，传统的拨杆式速控拨盘锁有回来了，旋转LCD的结构有些许改进。此外，70D速控拨盘略小，其他按钮、模式拨盘也有一些调整。

　　EOS 70D升级了来自EOS 7D的19点全十字对焦系统，结束了EOS两位数机型字2004年开始的漫长的让人无奈的有些悲凉的9点对焦时代。某些测试表明19点对焦系统的精度微弱于EOS 5D Mark III的61点对焦系统，但总体性能较9点系统有明显的飞跃。

　　试用时，EOS 70D的光学取景对焦与EOS 7D没有明显差异，对焦时滞和快门时滞都很低。通过视频慢放分析，在较好的对焦条件下，EF-S 18-200mm f/3.5-5.6 IS套头远近对焦距离切换大约在0.4-0.5秒上下，快门开启时黑场（Blackout）时间不足100毫秒，比EOS 5D Mark III快。加上7张/秒的连拍速度，EOS 70D基本上达到了高速准专业机型EOS 7D一样的流畅度，这是微单机型无法媲美的。

　　DF自动对焦操作完全是惊艳。撞针仓促拍摄了一段短片，足以看出DF自动对焦的强悍。对焦点根据手指点击在不同目标间飞速切换。镜头从0.5m焦点调整到4、5m处，大致只用了0.3-0.4秒，考虑到EF-S 18-200mm f/3.5-5.6 IS镜头本身对焦速度不佳，此时DF对焦速度与透镜分离系统基本一样。得益于CMOS和DIGIC5+处理器优秀的高感光度性能，DF自动对焦在暗处的表现同样不错，这是小成像元件的反差对焦机型较难达到的。

　　DF自动伺服对焦同样完美。从视频中可见启动面部识别后追踪走台的模特，基本达到光学取景才能实现的追踪速率，任何时候半按快门都能合焦，在比较困难的近距离也没有迟疑和拉风箱。电子取景对物体识别能力比光学取景更好，手动点选模特服装后，相机一直跟踪服装的同一位置，并在服装出花后迅速返回模特面部。

　　宫城研究员透露说DF自动伺服对焦跟踪物体正面运动速度可达30km/h。曝光这个数据显然引起了其他Canon人员的惊讶，山本敏彦立即补充说这只是内部测试的数据，和对焦条件、距离有关。从以往Canon公开的数据看， 透镜分离系统伺服对焦可以追踪6m外30km/h运动的物体，10m外80km/h。这两个是比较典型的距离，无论在那个距离上DF自动伺服对焦达到30km/h跟踪速度都是完全让人满意的。

　　DF自动伺服对焦对于视频拍摄的意义难以尽述。在交流会现场演示了拍摄缩微火车模型，因为拍摄距离近，景深和焦点非常明显。在外接电视屏幕上，我们可以清晰地看到景深和焦点位置随着火车稳定移动。在Canon官方视频（1、2）中，EOS 70D尽显其能。例如拍摄大厨切洋葱的画面，焦点伴随每一刀、每一切片的剥落精确移动，没有任何反抽拉反复，恐怕专业跟焦师也难以达到这样的对焦精度。这里也有一个小小的问题，这个场景中镜头因对焦发生了轻微的焦距改变，改变了画面范围有呼吸感。目前只有某些手动电影镜头会对对焦呼吸进行补偿，不知Canon今后会不会推出CN-EF自动电影镜头。

　　EOS 70D装备了与EOS 6D类似的Wi-Fi控制功能。可能还有一些摄友不太清楚，相机的Wi-Fi有两种。在消费级数码相机上，Wi-Fi的作用一是传输照片，二是将智能手机、平板电脑变成相机控制器。在EOS 70D上，Wi-Fi可以将电子取景画面实时传输到手机、平板上，让手机成为相机的第二块LCD触屏控制面板。这意味着摄影者可以真正离开相机，轻松进行低角度拍摄，在舒适的环境中遥控相机，不惊扰靠近相机的野生动物，或将相机也可以被放置到狭小的空间。

　　EOS 70D的可旋转LCD触屏提供了触屏快门。电容触屏操控舒畅，屏幕在明亮光线下也能调节到极佳的显示效果。在电子取景模式，EOS 70D的快门黑场大约在600-700毫秒左右。

　　与19点对焦系统配套，EOS 70D的取景器内安装了液晶显示面板，信息量较EOS 60D的蚀刻面板大为增加。取景器内增加了电子水平仪显示。这个水平仪不好用，指示过于简单、过于灵敏，且只能显示左右水平，无法提示俯仰水平。

　　摄友们可能都更关心EOS 70D的画质。很遗憾，交流会上提供的是“工程样机”，SD卡仓都被封，拿不到照片。撞针后悔没有给手机装EOS Remote应用，否则说不定能导出几张。不过撞针一直认为画质评测要求极高，远不是百十来张片子就能搞清楚的，全面准确的成像给摄友更难。从目前的官方样张看，暂时可以说EOS 70D的画质绝不弱于一代祖传1800万像素CMOS。DIGIC 5+处理器的能力也是有目共睹的，弱光性能应该强于以往的机型。

·70D官方样张

快门速度：1/100秒,  光圈值：F2.5, ISO感光度：100, 
白平衡：自动, 照片风格：人像, 镜头：EF 135mm f/2L USM

快门速度：1/8秒, 光圈值：F8, ISO感光度：100 , 白平衡：自动,
照片风格：人像,  镜头：EF-S 60mm f/2.8 USM 微距

快门速度：1/400秒, 光圈值：F4, ISO感光度：3200,  白平衡：自动,
照片风格：标准, 镜头：EF 24-70mm f/2.8L II USM

　　有摄友对EOS 70D塑料外壳耿耿于怀，这件事不多讨论。总体来说，作为中端机型的EOS 70D与准专业级的EOS 7D互有优势，虽然7D的配置明显更偏专业水准，但70D在实际操作中很多地方比7D更有吸引力。

·访谈解读

　　试用让撞针对EOS 70D的基本操作有了初步体会，之后的访谈也提供了不少信息。

　　访谈中，几位高层一边表示EOS 70D中国区销售价格尚未确定，一边官泄了定价在7000元人民币以内，还特意提到了EOS 60D的上市价格是7500元。如果我没有记错的话，7500元是EOS 60D上市时的官方定价，实际售价不到7000元。由此推算，EOS 70D上市后的实际售价可能在6500元以下。考虑到EOS 70D如此诱人，销售商抬高价格也是有可能的。

　　相比目前EOS 60D的售价，7000元的定价似乎颇高。正如山本敏彦说的，EOS 70D与EOS 60D是定位不同的机器，除了重量（755g）没有变化外，其他的地方都有改变，很大程度上吸引力大于EOS 7D，这个价格是颇有吸引力的。宫成洋直接表示EOS 70D并非完全取代60D，60D还将作为低档器材继续销售。EOS 70D将于9月初投放市场。

　　作为一种新型的重要性能，DP自动对焦首先出现在EOS 70D上市是可以理解的。一方面首先给入门单反、微单装备有些可惜，也会削弱其价格优势，另一方面DP自动对焦毕竟没有经过广泛实践，直接投入顶级机身、全画幅也存在一些风险。

　　大家都意识到DP自动对焦是微单挑战单反性能的有力武器。访谈中自然有人问到Canon有没有全面转向电子取景的趋势。宫成洋表示光学取景器和透镜分离相差检测对焦技术非常重要，是佳能公司的优势和特点，未来是否转向电子取景还需要会根据市场的动向和客户的需求决定。山本敏彦补充说光学取景器没有取景时滞，对于运动等题材的摄影有不可替代的作用。

　　Canon此前的优势一直在单反和光学取景上，DP自动对焦首先出现在EOS 70D上而非EOS M微单上，某种程度上也是出于这种心态。Canon告诉大家单反可以拥有微单的所有优秀性能，还多了光学取景的优势。如果DP自动对焦存在什么潜在缺陷，70D的透镜分离相位对焦系统依然能保证其成为一部优秀的相机。但以后呢？ DP自动对焦难免要装备微单，装备Cinema EOS。

　　是否大范围转到电子取景完全是市场反馈决定的。在专业级摄影领域，单反、光学取景在可见的未来不可能消失。但是在家用领域，DP自动对焦的微单性能优秀，轻巧廉价许多，一点点取景时滞是值得容忍的。微单可以满足入门到中级摄影者的需求，那么取代单反并不是什么问题。在EOS 70D出现以前，撞针坚定认为微单难以挑战单反的市场份额，DP自动对焦彻底改变了我的认识。

　　其实Canon依然是保守的，不但大范围转到电子取景不会立即发生，宫成洋还表示DP自动对焦不会立即投入到全线机型上，考虑到产品的不同的定位，Hybrid CMOS AF在依然会保留。我相信如果用户都能积极做出反馈，DP自动对焦技会推广得更快。

　　有人问及DP自动对焦是否会应用到DV产品上，提升DV的对焦速度。山本敏彦表示DP自动对焦会在专业视频器材上运用，也会尽量满足用户和市场需要。其实还有一个类似问题：DC小相机会装备DP自动对焦吗？撞针认为近期内似乎不太容易。EOS 70D的Dual Pixel CMOS是在4.1µm的像素上实现双光电二极管的，而目前消费级DV、DC成像传感器的像素尺寸大多是2µm以下，设置双核难度更高。DC、DV镜头素质能否保证DP自动对焦精确也有不确定性，DP自动对焦短期内可能不会进入小成像传感器机型。

　　前文提到过STM镜头的问题。宫成洋表示即使镜头没有搭载STM步进马达， DP对焦速度也不会比搭载了STM步进马达的镜头逊色，总的来说DP自动对焦是不挑剔镜头的。不过STM马达确实更安静、动作柔和，适于视频拍摄。

　　个人以为宫成所谓没有搭载STM马达的镜头指使用MM微型马达的镜头，而非使用USM的镜头。环形USM马达的运行速度快得多，适应相位对焦方式，同样有静音的特点，且直接驱动镜头对焦组件，静音设计比蜗杆传动的STM马达便利。USM马达转速可在0.2-80圈/分钟范围内无极调控，动作精确，动作也可以很柔和。理论上说，STM马达对在DP自动对焦本身基本没有意义，大家依然应当首选环形USM马达。

　　取消低通滤镜是近期数码相机提升画质的热门方案。宫成洋说去低通会使传感器成本下降，同时提高成像的解像度，但在目前的像素水平下，取消低通必然会增加摩尔纹和伪色彩出现的几率，因此Canon宁愿增加传感器制作成本也不愿取消低通滤镜。

　　我们知道Nikon取消低通滤镜并不是直接扔掉这层滤镜，而只是更改了低通设计，消除低通影响，完全没有降低成本，D800e反而比D800更贵。作为研究员，宫成洋不可能不了解这一点。宫成的话似乎表明Canon也进行了取消低通研究，且在Canon的版本中是直接舍弃低通滤镜的。Nikon使用Sony的传感器，直接扔掉低通会改变CMOS原光学设计，影响成像性信号，所以采取迂回的方式消除低通影响。Canon一直坚持自行研发制造CMOS，在CMOS设计环节就舍弃低通是合理的。宫成洋的话反过来说，就是如果像素水平提高，取消低通也不会大幅度增加摩尔纹和伪色彩。与EOS 70D像素密度类似的Nikon D7100上市至今，并没有太多用户抱怨无低通产生的问题。对于专业机型来说，取消低通的潜在风险会导致某次商业拍摄的失败，不可容忍。对于EOS 70D来说，取消低通似利大于弊。看来保守是镶嵌在Canon性格中的。好在Canon表示会将大家希望取消低通的愿望传达回去。

　　此前坊间曾有传闻，Canon在研发7500万像素以上的单反机型。传闻可信度难以确定，但第一次听到这个数字时撞针就说过，如果真的是这个数值，那么八成是类似Sigma Foveon 3X的3层RGB结构。如果真的如此，那么低通就不将不再是问题。就算是普通的平面RGB结构，像素密度也完全满足取消低通的需要。取消低通只是时间问题，早做总比晚做要好，不还是“降低成本”么？

　　访谈中，Canon工作人员明显对EOS 70D充满了信心，山本颇为自豪地说自己对EOS 70D唯一的不满就是“70”这个编号完全无法反映其升级水平，应该叫EOS 77D……能够拍视频的单反相机中， EOS 70D是最强大的……”这些夸耀之词，撞针找不到反驳的理由。

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