佳能全画幅EOS 5D Mark IV采用了3040万像素的全新CMOS传感器，相比于5D3提升了大约800万像素，借助于DIGIC 6+处理器，采用了新的降噪算法，在整个ISO感光度范围内都能有效降噪，因此5D4高感表现上相对5D3有了长足的进步，由于全新的降噪算法，所以佳能5D4的JPG文件在ISO 12800以下都没有出现明显的噪点颗粒，涂抹得比较干净，并且对于细节的保存不错，画面锐度较高，在标准降噪下ISO 6400以下都是完全可用的。
佳能全画幅EOS 5D Mark IV这块全新CMOS采用新精细化制程，加之采用新型光电二极管结构、无间隙微透镜和新型色彩滤镜等，提高了聚光率和透光率。得益于上述改进，5D4实现了高像素化、高动态范围和高速读取。值得一提的是，由于摩尔纹与伪色彩在高像素下会变得不明显，为了发挥相机约3040万有效像素的分辨力，佳能略微降低了低通滤镜的效果。实现了包括短片拍摄在内的被摄体综合应对能力的提高。另外佳能5D4此次采用了片上ADC，前代多被诟病的宽容度问题有了大幅改善。
在机身性能上，佳能全画幅EOS 5D Mark IV最大的亮点在于对焦的升级。全新升级的61点对焦系统覆盖面积更广，而且全面支持-3EV对焦，弱光下的对焦拍摄变得更加容易。更加惊喜的是，全新的实时取景对焦系统，也就是佳能引以为傲的全像素双核CMOS AF，这次不仅覆盖面积达到了横纵80%的面积，而且全面支持-4EV对焦。当然，触控对焦也是全面升级，配合全新162万像素点（900x600分辨率）的屏幕，触控对焦更加方便。
说到全像素双核对焦，其原理是一个像素具备两个光电二极管，兼顾像面相差检测自动对焦及像素成像，可读取被摄体纵深信息，并计算出CMOS距焦点的距离，进而推动镜头对焦，使得在实时取景模式下拥有更加准确、迅速以及更广覆盖的对焦体验。而佳能5D4的双核对焦不仅仅能够实现片上对焦，还保留了全像素双核RAW文件，也就是一个raw文件中分别记录了1个像素中的2个光电二极管的多种图像信息，从而在后期可以依赖佳能DPP软件，调整图像的很多内容，主要包括三项：“解像感补偿”、“虚化偏移”及“减轻鬼影”，这对于有后期精修需求的专业摄影师来说相当于一剂强大的“后悔药”。
在佳能5D系列的“传统强项”视频拍摄方面，此次5D4不但加入了C4K拍摄30fps、全高清拍摄60fps的高帧频能力，还提供了最大120fps的高帧频升格拍摄，让影视创作有更多可能。更重要的是，由于全像素双核对焦的加入，拍摄视频时再也不用忍受反差对焦带来的拉风箱问题，还可以配合触摸屏快速手动选择对焦点，视角主体切换简洁明快，让视频拍摄更加专业化。
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