Cảm biến máy ảnh và những điều nhất định phải biết

Cảm biến (sensor) là một trong những bộ phận quan trọng nhất của máy ảnh, chi phí sản xuất nó đôi khi chiếm đến 1/3 giá trị của máy (đối với cảm biến Full-frame). Vậy cảm biến máy ảnh là gì? Trong bài viết này xin tóm lại một vài kiến thức cơ bản về “miếng silicon thu ánh sáng” này.

Cùng lướt qua về lịch sử một chút, quay về thời kì khi nhiếp ảnh gia phải chụp ảnh bằng máy phim, mỗi lần chụp đều phải canh me rất cẩn thận vì mỗi thước phim đều là tiền bạc, là khoảnh khắc, không thể lãng phí. Lúc đó những cuộn phim có thể nói là trái tim của mỗi chiếc máy ảnh khi đảm nhận nhiệm vụ thu nhận ánh sáng từ ống kính, lưu giữ hình ảnh.

Đã có một thời những cuộn phim này chiếm lĩnh thị trường. Nguồn ảnh: Google.

Thời thế xoay vần, vào những năm của thập kỉ 70 Kodak  – một trong những tập đoàn sản xuất phim lớn nhất thế giới lúc bấy giờ, đã sáng chế ra chiếc máy kĩ thuật số đầu tiên. Ở thời kì đó, phát kiến này mang tới nhiều bất ngờ và cũng là bỡ ngỡ, rất nhiều đồn đoán về tương lai của nó.

Tuy nhiên, người đi đầu không bao giờ là nhiệm vụ đơn giản, nắm trong tay một ý tưởng mang tính đột phá rất lớn nhưng rất tiếc, Kodak  đã không biết tận dụng cơ hội này, và kết quả để đến bây giờ chỉ còn là một cái tên cũ kĩ trên bản đồ máy ảnh. Nhưng một ý tưởng như vậy là quá đủ để những con người khác ở đất nước khác làm nên chuyện.

“Những cuộn phim có thể nói là trái tim của mỗi chiếc máy ảnh khi đảm nhận nhiệm vụ thu nhận ánh sáng từ ống kính, lưu giữ hình ảnh.”

Dựa vào ý tưởng của người Mỹ và  Kodak , những chiến binh Samurai của xứ ở mặt trời mọc như: Canon, Nikon, Sony  của thời bấy giờ đã đẩy nó lên một tầng cao hơn và kết quả là trở thành những ông lớn trong mảng sản xuất máy ảnh. Hiện tại, máy ảnh số đang chiếm ghế thượng phong trên vũ đài nhiếp ảnh, đưa kỉ nguyên nhiếp ảnh từ “darkroom” sang “lightroom”, chưa bao giờ việc bấm máy ảnh lại dễ như hiện tại, bạn chỉ cần để chế độ Auto và việc của bạn là canh nét rồi bấm, phần còn lại máy ảnh sẽ lo cho bạn.

Kỷ nguyên máy ảnh số.

Nếu chiếc máy ảnh phim có trái tim là những tấm phim làm từ bạc thì máy ảnh số lại có có trái tìm làm từ silicon.  Đúng vậy, cảm biến máy ảnh hiện tại được sản xuất từ những khay silicon tròn (được gọi là wafer) có đường kính khoảng 6 inch. Hiện tại, mỗi khay này có giá từ 5000 – 8000 USD, thường các hãng sản xuất máy ảnh phải đặt về do không thể tự sản xuất.

Khóa học: Kỹ thuật nhiếp ảnh: Ánh sáng và hiệu ứng (Ưu đãi độc quyền - Giảm 40%)

Đối tác uy tín

Xem chi tiết ngay

Đối với cảm biến Full-frame, sau quá trình cắt, đục, hấp,.. mỗi khay này sẽ chế tạo được khoảng 20 miếng cảm biến máy ảnh. Khi sản xuất cảm biến có kích cỡ càng lớn, số lượng cảm biến trên 1 miếng wafer sẽ giảm đi và tỉ lệ hỏng cũng cao hơn, điều này cũng giải thích lí do tại sao máy ảnh có cảm biến càng lớn chi phí càng cao.

1. Một số loại cảm biến máy ảnh

Hiện tại trên thế giới phổ biến nhất là 2 loại công nghệ cảm biến máy ảnh phổ biến nhất đó là Charge-Coupled Device (CCD) và Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) , trong đó CMOS  là phổ biến hơn cả.

Trên mặt của 2 loại cảm biến này có 3 loại diode xếp xen kẽ. Ba loại diode này sẽ thu 3 màu cơ bản đó là Đỏ (Red), Xanh lá cây (Green), Xanh dương (Blue). Sau đó 3 màu này sẽ được phối trộn với nhau tạo thành những loại màu sắc mà mắt người có thể thấy.

Đối với cảm biến CCD , mỗi lần hoạt động các diode sẽ thu ánh sáng rồi chuyển thành các điện tích, từ các điện tích này sẽ chuyển thành các tín hiệu hình ảnh, các tín hiệu này sẽ được đẩy vào 1 “rãnh” chuyển tới vào thẻ nhớ.

Cảm biến CMOS  có khác một chút, loại này sẽ sử dụng các bộ lọc màu R, G, B  sau đó chuyển dữ liệu dạng tín hiệu số thông qua hệ thống dây dẫn rồi chuyển vào thẻ nhớ. Hiện tại các hãng máy ảnh đã cố chế tạo các công nghệ cảm biến mới dựa trên cấu trúc cơ bản của CMOS, đối với Canon  ta có Dual Pixel AF CMOS , còn Sony  ta có BSI CMOS.

Cấu trúc của cảm biến CMOS: A: Bộ lọc màu – B: Bộ lọc thông thấp – Low-pass filter – C: Bộ lọc hồng ngoại – D: Hệ mạch điện tử – E: Pixel – F: Microlenses – G: Điểm ảnh tối (black pixel) Nguồn: whatdigitalcamera.com.

Trước kia, CCD  luôn được coi có chất lượng hình ảnh tốt hơn CMOS do có Dynamic Range  rộng và khả năng kiểm soát nhiễu khá tốt. Tuy nhiên, do CMOS dễ sản xuất, dễ chế tạo và tích hợp công nghệ khiến chất lượng hình ảnh ngày càng tăng, không lâu sau CMOS đã soán ngôi CCD để đứng đầu thị trường.

Hiện tại Sigma và Canon đã nghiên cứu một loại cảm biến máy ảnh khác đó là cảm biến 3 lớp (Sigma gọi nó là Foveon). Loại cảm biến máy ảnh này được lấy cảm hứng từ cấu trúc những tấm phim ngày trước, với 3 lớp thu nhận 3 màu cơ bản như trên. Nhờ việc mỗi lớp rộng thu được nhiều ánh sáng hơn mỗi diode nhỏ (mỗi diode nhỏ chỉ nhận được 1/3 ánh sáng, 2/3 còn lại bị loại đi) nên ảnh cho ra từ cảm biến 3 lớp này chi tiết hơn rất nhiều so với các loại cảm biến CMOS. Cũng vì lí do này, Canon đã từng ngỏ ý mua lại Sigma nhưng bị hãng từ chối thẳng thừng.

Sự tương đồng giữa cấu trúc của phim và cảm biến Foveon. Nhờ sự tương đồng này mà các lớp màu của Foveon thu được 100% ánh sáng thay vì 1/3 ánh sáng như cảm biến CMOS.

Có một loại cảm biến được dùng trong dòng máy ảnh Micro Four Thirds (M43) có tên là LiveMOS , loại cảm biến máy ảnh này được cho là có chất lượng tốt ngang với CCD nhưng hiệu năng như CMOS, vậy nên dòng máy ảnh M43  hiện tại khá được ưa chuộng do giá thành rẻ nhưng chất lượng ảnh không “rẻ” chút nào.

2. Kích cỡ của một số loại cảm biến máy ảnh

Như đã nói ở trên, kích cỡ cảm biến quyết định khá nhiều vấn đề giá thành của camera, hiện tại có rất nhiều kích cỡ cảm biến khác nhau, tuy nhiên bài viết chỉ liệt kê một số loại cảm biến phổ thông nhất mà thôi.

2.1. Cảm biến Medium Format

Đây là loại cảm biến lớn nhất được sản xuất tại thời điểm hiện tại. Hiện tại có một vài hãng sản xuất loại máy ảnh có cảm biến này như: Pentax sản xuất dòng máy ảnh Medium Format có kích cỡ cảm biến là 43.8 x 32.8 mm, Hasselblad và PhaseOne là 40.2 x 53.7mm.

Kích cỡ: lớn hơn Full-frame nhưng nhỏ hơn Large Format.

Ưu điểm của cảm biến này đó là độ phân giải lớn, dải Dynamic Range lớn, ảnh cực kì chi tiết.

Pentax 645Z – một chiếc máy medium format giá rẻ trong phân khúc này.

2.2. Cảm biến Full-frame

Đây là loại cảm biến được sử dụng rất nhiều trong các loại máy ảnh DSLR 35mm. 

Kích cỡ tiêu chuẩn của loại cảm biến này là 36 x 24mm

Cảm biến này có ưu điểm: chất lượng ảnh tốt, không có hệ số crop đối với tiêu cự ống kính ,…Tuy giá thành không cao như Medium Format  nhưng cảm biến Full-frame  cho chất lượng đạt chuẩn có thể đáp ứng đa phần nhu cầu của các photographer chuyên nghiệp.

Máy ảnh Canon EOS 1DX Mark II – máy ảnh Full frame cao cấp nhất của Canon tính tới thời điểm hiện tại.

2.3. Cảm biến APS-C và APS-H

Hay còn gọi là cảm biến crop. Đối với cảm biến này, khi lắp ống kính, ta phải lấy tiêu cự trên ống kính nhân 1.6 hoặc 1.3 (đối với Canon) hoặc 1.5 (Đối với Nikon, Pentax, Sony,..)  để có được tiêu cự theo chuẩn full-frame. Ví dụ với tiêu cự 18-55mm lắp trên Canon 7D ta có được kết quả tiêu cự ~30-80mm trên Full-frame. Những con số 1.3, 1.5 và 1.6 được gọi là hệ số crop. 

Cảm biến APS-H có hệ số crop 1.3.

Cảm biến APS-C có hệ số crop 1.5 cho các máy Nikon, Pentax, Sony và hệ số crop 1.6 cho các máy Canon.

Ưu điểm của loại cảm biến này là: giá thành rẻ, chất lượng hình ảnh khá, phù hợp với đông đảo người dùng, kích cỡ gần giống cảm biến super 35 của máy quay phim.

Fun-fact

Có một sự thật khá thú vị liên quan đến cảm biến crop này đến từ Canon . Trước đây, Canon có tới hai chiếc máy ảnh ở phân khúc dành cho dân chuyên nghiệp là 1D và 1Ds, và điều thú vị ở chỗ, hai chiếc máy ảnh này có kích cỡ cảm biến khác nhau. Dòng Canon 1D có cảm biến hệ số crop 1.3 khá độc, còn 1Ds thì là chuẩn full-frame 35mm. Cảm biến crop x1.3 được sử dụng cho mục đích nhiếp ảnh thể thao hoặc thiên nhiên hoang dã vì khả năng chụp tôc độ cao hơn so với full-frame, còn 1Ds thì thiên về các nhu cầu có tính động ít hơn nhưng lại cho chất lượng hình ảnh tốt hơn.

Mãi đến sau này, vào năm 2011, Canon mới có thể hợp nhất hai dòng máy ảnh này thành một, đó là chiếc EOS 1DX, sử dụng cảm biến full-frame và đáp ứng được cả hai nhu cầu chụp tốc độ cao lẫn chất lượng hình ảnh tuyệt vời.

Nikon D500 – một trong những chiếc máy ảnh cảm biến APS-C có giá cao nhất hiện tại.

2.4. Cảm biến M43

Hay còn gọi là cảm biến Micro Four Thirds . Đối với những hãng sử dụng kích cỡ cảm biến này, họ sử dụng loại cảm biến LiveMos  có chất lượng ảnh cao bên cạnh đó họ giảm giá thành thân máy để tập trung vào chất lượng ống kính. Ví dụ như Panasonic, dòng máy Lumix giá thành không quá cao, nhưng hãng sử dụng ống kính Leica giúp đảm bảo chất lượng ảnh.

Kích cỡ: bằng 1/2 cảm biến Full-frame, hệ số crop 2.0.

Ưu điểm: giá thành không quá cao.

Olympus là một trong những hãng sản xuất máy ảnh sử dụng cảm biến Micro Four Thirds được ưa chuộng hiện nay.

3. Tạm kết

Trên đây là những điều sơ lược cơ bản đầu tiên mà bài viết muốn giới thiệu với mọi người về cảm biến máy ảnh. Với thế giới thiết bị nhiếp ảnh vô cùng rộng lớn, bạn có thể chỉ nghe đâu đó có crop có full-frame, nhưng đó chưa phải là tất cả. 

Theo 50mm.vn

15 Tư thế chụp ảnh sống ảo ‘thần thánh’ mà bạn nhất định phải biết

Tư thế chụp ảnh sống ảo ‘thần thánh’ rất quan trọng. Ngoài thần thái khi chụp hay background đẹp, thì…