¿Por qué el sensor PDAF es drásticamente más lento que el PDAF tradicional?

La tecnología en teoría es similar, pero la implementación no es exactamente la misma.

Sin saber exactamente qué modelo, o incluso qué fabricante fabricó su cámara, es difícil ser muy específico. Hay una gran diferencia en el rendimiento entre diferentes modelos y lentes.

Siempre comienza con la luz, así que empecemos por ahí. La cantidad de luz utilizada por cada píxel de una matriz PDAF en el sensor es mucho menor que la cantidad de luz utilizada por cada píxel de una matriz PDAF dedicada.

• Los píxeles del sensor PDAF dedicado tienen varias veces el tamaño y, por lo tanto, son más sensibles que los píxeles del sensor de imagen. La luz que cae sobre ellos se recoge desde un área aún más amplia mediante el uso del divisor y las microlentes entre el espejo réflex y la matriz de enfoque.
• Los píxeles de la mayoría de las cámaras con PDAF en el sensor tienen un filtro Bayer u otra forma de filtro de color sobre los pozos de luz. Esto significa que una buena parte de la luz que cae sobre un píxel no llega al pozo de luz. Los sensores PDAF tradicionales son monocromáticos, por lo que no se necesitan filtros de color.
• Obtener los datos del sensor es otro posible bache de velocidad. Dado que los datos de un sensor PDAF dedicado se recopilan a partir de líneas de un solo píxel de ancho, los datos se pueden leer más rápidamente que los que provienen de un sensor completo que también se usa para medir y posiblemente también para el cálculo de WB.
• La mayoría de las cámaras con PDAF utilizan una forma híbrida que incluye elementos tanto de PDAF como de CDAF. Cualquier sistema CDAF requiere más etapas que un sistema PDAF ya que es un sistema de "mover y medir" que repite el proceso hasta encontrar la distancia que produce el mayor contraste. Un sistema PDAF puede medir una vez, determinar qué tan lejos y en qué dirección está desenfocada la lente y luego mover la lente. Un sistema CDAF debe tomar al menos dos mediciones para determinar en qué dirección mover la lente para obtener más contraste, y luego debe muestrear hasta que la lente se haya movido más allá del enfoque y el contraste comience a disminuir.
• La parte medio plateada del espejo principal por la que debe pasar toda la luz que incide sobre un conjunto de sensores PDAF dedicado reduce la luz en un 50 %, pero incluso con esta pérdida, el sensor dedicado sigue recibiendo mucha más luz por píxel por la misma cantidad de luz que entra en una lente equivalente.

Habiendo dicho todo eso, sospecho que otra gran razón de la diferencia radica en el diseño de las lentes conectadas a las respectivas cámaras.Con las DSLR tradicionales, la velocidad de PDAF puede variar bastante en el mismo cuerpo dependiendo de la lente que se utilice. Los motores de enfoque de los objetivos diseñados para las cámaras PDAF típicas con sensor son más comparables a los objetivos DSLR de consumo, e incluso a los objetivos fijos de las cámaras bridge, que a los objetivos DSLR de gama alta. El diseño general, el peso de los elementos que se mueven, el tamaño y el tipo de motor utilizado para mover la lente y el firmware que lo controla tienen influencia en la velocidad y precisión generales del sistema de enfoque mecánico de la lente. Si la cámara PDAF en el sensor es incluso capaz de lentes intercambiables, puede haber lentes más rápidos (accionamiento de apertura y enfoque) disponibles por una prima. Recuerde que la apertura se calcula en la distancia focal real, no efectiva. Algunas de las cámaras en cuestión, como la Fuji X100S, tienen sensores de tamaño APS-C. Cuando este es el caso, los tamaños de apertura son comparables a los lentes utilizados en las DSLR APS-C. Pero otras cámaras como la serie Nikon 1 tienen sensores de 1" con apenas la mitad de las dimensiones lineales y menos de 1/3 del área de superficie de un sensor APS-C, sin mencionar que son eclipsados ​​por los sensores de cuadro completo de 36X24 mm 7.5X más grandes Al comparar los lentes de estas cámaras, el tamaño absoluto del diafragma es más pequeño para un número f y un ángulo de visión dados porque la distancia focal para ese mismo ángulo de visión es más corta. La masa de la óptica en tales lentes es menor. que la de las lentes DSLR de enfoque más rápido más típicas, pero el espacio disponible para el motor que impulsa el movimiento de esas ópticas también es mucho menor. sensores con apenas la mitad de las dimensiones lineales y menos de 1/3 del área de superficie de un sensor APS-C, sin mencionar que son eclipsados ​​​​por los sensores de fotograma completo de 36X24 mm 7.5X más grandes. Al comparar los objetivos de estas cámaras, el tamaño absoluto del diafragma es más pequeño para un número f y un ángulo de visión dados porque la distancia focal para ese mismo ángulo de visión es más corta. La masa de la óptica en tales lentes es menor que la de las lentes DSLR de enfoque más rápido más típicas, pero el espacio disponible para el motor que impulsa el movimiento de esas ópticas también es mucho menor. sensores con apenas la mitad de las dimensiones lineales y menos de 1/3 del área de superficie de un sensor APS-C, sin mencionar que son eclipsados ​​​​por los sensores de fotograma completo de 36X24 mm 7.5X más grandes. Al comparar los objetivos de estas cámaras, el tamaño absoluto del diafragma es más pequeño para un número f y un ángulo de visión dados porque la distancia focal para ese mismo ángulo de visión es más corta. La masa de la óptica en tales lentes es menor que la de las lentes DSLR de enfoque más rápido más típicas, pero el espacio disponible para el motor que impulsa el movimiento de esas ópticas también es mucho menor. el tamaño absoluto del diafragma es más pequeño para un número f y un ángulo de visión dados porque la distancia focal para ese mismo ángulo de visión es más corta. La masa de la óptica en tales lentes es menor que la de las lentes DSLR de enfoque más rápido más típicas, pero el espacio disponible para el motor que impulsa el movimiento de esas ópticas también es mucho menor. el tamaño absoluto del diafragma es más pequeño para un número f y un ángulo de visión dados porque la distancia focal para ese mismo ángulo de visión es más corta. La masa de la óptica en tales lentes es menor que la de las lentes DSLR de enfoque más rápido más típicas, pero el espacio disponible para el motor que impulsa el movimiento de esas ópticas también es mucho menor.

Gracias a jrista por la información en sus comentarios con respecto a esta respuesta. Gran parte de la información correcta sobre esta respuesta muy revisada es suya. Todos los errores son míos. B-)

El sistema de enfoque automático de detección de fase tradicional se ejecuta principalmente en una configuración de bucle abierto : toma la medida, envía la distancia de enfoque a la lente. El enfoque automático de detección de contraste es de circuito cerrado , tiene que tomar una medición de contraste, mover la lente, tomar una medición de contraste, mover la lente, etc., lo que claramente es mucho más lento.

La razón por la que la detección de fase en el sensor no es tan rápida como una unidad de detección de fase dedicada es simplemente que no es lo suficientemente precisa para usar en modo de bucle abierto, por lo que la cámara debe tomar varias medidas para ajustar el enfoque.

La razón de la diferencia en la precisión es que un sistema de detección de fase dedicado tiene una serie de lentes para dirigir la luz entrante a dos matrices de píxeles que están muy separadas para medir la diferencia de fase y, por lo tanto, el ángulo de incidencia que le indica cómo lejos está el plano de enfoque.

La detección de fase en el sensor utiliza una serie de píxeles especiales que tienen una máscara opaca en la mitad. Al medir la diferencia en la lectura de luz de los píxeles que tienen el lado izquierdo oscurecido en comparación con los que tienen el lado derecho oscurecido, obtienes una medida del ángulo de incidencia, pero no es muy precisa ya que la altura de la microlente sobre el píxel es pequeño, lo que lleva a una línea de base mucho más corta. La línea de base es clave para la precisión, imagina cerrar un ojo y tratar de juzgar la distancia de algo moviendo la cabeza, si solo puedes mover la cabeza un poco, es muy difícil.