Nhiếp ảnh căn bản: Tìm hiểu về cảm biến máy ảnh

Tuấn Lê,

Cảm biến ảnh là gì? Có bao nhiêu loại cảm biến hiện đang phổ biến trên thị trường?

Từ trước đến nay, khi nhắc đến máy ảnh hay thậm chí cả điện thoại, rất nhiều hãng sản xuất và báo chí đều đề cập đến thông số cảm biến. Vậy cảm biến ảnh là gì? Có bao nhiêu loại cảm biến hiện đang phổ biến trên thị trường?

Thời kỳ đầu của nhiếp ảnh: Kỷ nguyên chụp phim

Phim, đặc biệt là nhãn hiệu Kodak nổi tiếng đã từng thống trị thị trường chụp ảnh từ những năm đầu của kỷ nguyên chụp phim. Vào những năm 1880, George Eastman thành lập Kodak, sản xuất phim và đưa nhiếp ảnh phổ biến với người dân hơn.

Nhiếp ảnh thời gian đó bắt đầu được mọi người biết đến hơn và rất nhiều hãng đã sản xuất đủ loại máy ảnh từ nghiệp dư cho đến các dòng chuyên nghiệp như Hasselblad và Leica. Tuy nhiên, việc sử dụng phim trong nhiếp ảnh có một số nhược điểm, chẳng hạn như giá thành phim cao, quy trình xử lý phim phức tạp, nhiều hóa chất độc hại, mỗi cuộn phim chỉ chụp được từ 24 đến 36 tấm...Chính sự phức tạp và khó khăn trong việc chụp ảnh bằng phim, các nhà khoa học đã nghiên cứu để phát triển một loại máy ảnh mới hoàn toàn không sử dụng phim, và từ đó máy ảnh kỹ thuật số đã ra đời.

Thời kỳ nhiếp ảnh kỹ thuật số

Cảm biến ảnh là gì? Cảm biến ở thời đại kỹ thuật số cũng giống như những thước phim ở kỷ nguyên chụp phim. Với máy ảnh phim, ánh sáng đi qua ống kính và màn trập sẽ tiếp xúc với mặt phim, quy trình lộ sáng xảy ra tại đây và từ đó ảnh sẽ được "in" lên tấm phim. Cảm biến kỹ thuật số cũng vậy, đây là một thiết bị phần cứng bên trong camera, là "linh hồn" của chiếc máy, có khả năng thu nhận ánh sáng đi vào, biến các tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, tái tạo ra hình ảnh rồi lưu vào thẻ nhớ.

Bên cạnh đó, cảm biến camera sẽ quyết định đến chất lượng đẹp/xấu của bức ảnh và kích cỡ tối đa mà bạn có thể in bức ảnh này ra. Ngoài ra, chất lượng ảnh không chỉ phụ thuộc vào kích thước vật lý của cảm biến, nó còn phụ thuộc vào số lượng pixel (các điểm ảnh nhạy sáng) có mặt trên cảm biến, và kích cỡ của các pixel này.

Ngày nay, hầu hết các máy ảnh đều sử dụng một trong hai loại cảm biến là CCD và CMOS. Bên cạnh 2 loại cảm biến phổ biến này, trên thế giới vẫn xuất hiện một vài cảm biến khác nhưng chỉ sống được trong thời gian ngắn hoặc thậm chí chỉ xuất hiện trên giấy tờ sáng chế.

CCD là một trong những công nghệ lâu đời nhất trên máy ảnh số, với chất lượng ảnh chụp vượt trội so với CMOS nhờ có dải tần nhạy sáng và kiểm soát nhiễu tốt hơn. Hiện nay, CCD vẫn được sử dụng nhiều trong các mẫu máy ảnh du lịch giá rẻ, song quá trình lắp ráp khó khăn và điện năng tiêu thụ quá nhiều của CCD đã dẫn tới sự thống trị của CMOS.

Trong lịch sử, cảm biến CMOS luôn được cho là có chất lượng ảnh chụp thấp hơn so với CCD, nhưng các đột phá về công nghệ mới đã khiến cho chất lượng của CMOS hiện đại trở nên ngang bằng hoặc thậm chí là vượt qua cả tiêu chuẩn của CCD. Với nhiều tính năng được tích hợp sẵn hơn là CCD, cảm biến CMOS hoạt động hiệu quả hơn, cần ít điện năng hơn và chụp ảnh tốc độ cao tốt hơn CCD

Kích thước cảm biến

Trong ảnh kỹ thuật số, kích thước cảm biến sẽ quyết định đến góc nhìn thực tế trên ống kính và máy ảnh. Trong đó, cảm biến lấy mốc chuẩn hiện tại là Full Frame (24 mm x 36mm), có kích thước tương đương phim chụp khổ 135. Nếu muốn có cảm biến to hơn, ta có khổ Medium Format, vốn chỉ dành cho nhiếp ảnh chuyên nghiệp và không phù hợp với kiểu chụp ảnh thường ngày của đại đa số người dùng.

Vậy những khổ ảnh (kích thước cảm biến) nhỏ hơn Full Frame thì sao? Hiện nay trên thị trường máy ảnh xuất hiện rất nhiều loại kích thước khác nhau: Crop, Four Thirds, cảm biến 1 inch,...và thậm chí cả cảm biến nhỏ của điện thoại.

Full Frame (24 mm x 36 mm): Như đã đề cập ở trên, cảm biến Full Frame có kích thước ngang bằng với một tấm phim khổ 135 (hay còn gọi là 35mm). Với cảm biến full frame, hình chụp của bạn sẽ không bị cắt xén, điều đó có nghĩa rằng bạn sẽ thu được tất cả những gì bạn nhìn thấy qua ống ngắm vào khung hình. Hơn nữa, nếu lắp một ống kính góc rộng dành cho khổ Full Frame, chẳng hạn như ống kính tiêu cự 24 mm, ta sẽ có được góc rộng trọn vẹn đúng với ống kính này đem lại. Tuy nhiên nếu lắp ống này vào cảm biến Crop, máy sẽ cho ra góc hẹp hơn vì bị nhân tỉ lệ 1,5 hoặc 1,6 lần...

Bên cạnh đó, về mặt nguyên tắc, Full Frame vẫn cho chất lượng hình ảnh cao nhất so với các cảm biến Crop, vì nó có tiết diện bộ cảm biến lớn nhất. Tuy nhiên, khi đã sử dụng máy ảnh có cảm biến này, cần phải đi kèm với những ống kính chất lượng cao tương ứng để cho ra ảnh tốt cũng như hạn chế được lỗi quang sai và thị sai ở rìa ảnh.

APS-H (28,7 mm x 19 mm): APS-H là một trong những loại cảm biến crop phổ biến trong máy ảnh ống kính rời và máy ảnh ống kính liền chất lượng cao. Cảm biến APS-H có hệ số cắt (crop factor) là 1.3x và xuất hiện trên máy ảnh Canon 1D Mark IV và Canon 1D Mark III. Nói thêm về hệ số cắt, nếu lắp một ống kính tiêu cự 50 mm vào máy ảnh có cảm biến crop hệ số cắt 1.3x, khi đó ta có tiêu cự thực tế là 50 x 1.3 = 65 mm. Cách tính này cũng có thể áp dụng tương tự với các hệ số 1.5x và 1.6x.

APS-C (23,6 mm x 15,8 mm): Phần lớn các máy DSLR bán chuyên của Canon, Nikon, Pentax và Sony sản xuất đều sử dụng cảm biến APS-C, tuy nhiên kích cỡ cảm biến APS-C của các hãng không đồng nhất. Chẳng hạn như đối với Canon, hệ số cắt của họ là 1,6x (kích thước 22,2 mm x 14,8 mm), trong khi của Nikon lại có hệ số cắt là 1,5x.

Four Thirds (17,3 x 13 mm): Four Thirds có kích cỡ cảm biến chỉ bằng 1/4 cảm biến của máy Full Frame, đây là chuẩn dành riêng cho DSLR được Olympus và Kodak thiết lập, sử dụng cho tất cả các máy Olympus, Panasonic Four Thirds và Micro Four Thirds. Theo đó, tỉ lệ cắt của cảm biến này là 2x, tương đương tiêu cự của ống kính khi lắp vào sẽ tăng lên 2 lần. Một số máy tiêu biểu sử dụng loại cảm biến này là Olympus OM-D E-M1, Olympus Pen E-PL5 và Panasonic Lumix GH1.

CX (1 inch): chuẩn cảm biến CX được Nikon giới thiệu trên chiếc máy ảnh Nikon 1 vào năm 2011. Loại cảm biến này chỉ có kích thước 1 inch và hệ số cắt đến 2.7x, chỉ phù hợp cho các loại máy ảnh gia đình hoặc compact nhỏ gọn. Vào năm 2012, Sony cũng tiếp bước theo Nikon khi giới thiệu chiếc Cybershot DSC-RX100 với cảm biến 1 inch này và họ vẫn tiếp tục sử dụng cho đến phiên bản RX100 IV mới nhất.