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佳能650D是一款APS画幅单反数码相机，采用新开发的约1800万有效像素CMOS图像感应器，在约22.3×14.9毫米的有效空间内合理配置像素。佳能650D搭载Hybrid CMOS AF，位于图像感应器中央区域的部分像素用于相差检测自动对焦，快速检测合焦位置后再进行反差检测自动对焦完成精确合焦，实时显示拍摄和短片拍摄时自动对焦更迅速、顺畅。高效控制相机的DIGIC 5数字影像处理器数据处理能力为DIGIC 4的约6倍。DIGIC 5数字影像处理器带来了更低噪点，常用感光度范围拓宽至ISO 100-12800，扩展设置时最高可用ISO 25600拍摄。
佳能650D约104万点3.0英寸可旋转液晶显示屏结合了智能手机等常用的电容式触控技术，只需用手指触摸画面就可操作多种多样的功能。可通过手指触摸操作改变对焦点，还可以使用触摸快门功能，通过触摸画面完成对焦到释放快门的整个拍摄过程。利用丰富的自动对焦方式特性可实现多样的拍摄方式。在实时显示模式下可在4种对焦方式中随意切换：“面部+追踪”、“自由移动多点”、“自由移动1点”、“快速模式”，其中前3种对焦方式时Hybrid CMOS AF在画面中央附近的有效区域内发挥作用。
佳能650D是EOS数码单反相机系列中首款搭载了全十字型自动对焦感应器的3位编号机型。9个自动对焦点都配置了对应F5.6光束的十字型自动对焦感应器，可以不受被摄体形状和拍摄位置影响进行稳定对焦。使用频率高的中央对焦点斜上还配置了搭配大光圈镜头时可发挥效果的对应F2.8光束十字型自动对焦感应器。对应F2.8和F5.6光束的双十字型自动对焦提高了对焦精度。
佳能650D采用DIGIC 5数字影像处理器，数据处理性能为DIGIC 4的约6倍，能够迅速处理从CMOS图像感应器获得的约1800万像素庞大图像数据，进一步实现低噪点化。高感光度拍摄也能不损失解像感地细致再现被摄体细节部分。DIGIC 5数字影像处理器的降噪处理使常用ISO感光度提高了约1级。另外，相机内图像处理采用14位(16384色阶)模数转换，能够再现丰富层次，以平缓过渡的色调表现夕阳下天空的渐变和人物肌肤等，拍出数码单反相机才有的画质。
