Cảm biến máy ảnh được coi là linh hồn của một chiếc máy ảnh. Nhưng liệu bạn đã biết cảm biến máy ảnh là gì? Có bao nhiêu loại cảm biến máy ảnh, các kích thước cảm biến máy ảnh phổ biến hiện nay và nên sử dụng loại nào?
Cảm biến máy ảnh là gì?
Cảm biến máy ảnh là phần phụ kiện quan trọng và có giá trị đắt nhất trong một chiếc máy ảnh, chi phí để sản xuất được cảm biến máy ảnh đôi khi chiếm 1/3 giá trị camera. Cảm biến sẽ quyết định rất nhiều điều về những chức năng của máy ảnh như:
- Khả năng chụp thiếu sáng
- Độ phân giải
- Kích cỡ ảnh
- Dải nhạy sáng
- Độ sâu trường ảnh
- Ống kính
- Kích thước máy ảnh
- ...
Cảm biến máy ảnh có hình dạng như một tấm silicon trong đó chứa các tế bào quang điện, bộ phận này sẽ chịu trách nhiệm thu nhận ánh sáng và chuyển đổi những gì mắt người nhìn thấy qua kính ngắm hoặc màn hình LCD sang hình ảnh.
Các bạn có thể coi các điểm ảnh trên cảm biến máy ảnh giống như những "chiếc xô nhỏ", thay vì hứng nước sẽ là hứng ánh sáng, sau đó xác định chất lượng hình ảnh và ghi lại chính xác màu sắc, độ tương phản và ánh sáng. Tiếp theo, bộ xử lý sẽ chuyển đổi dữ liệu thành các hình ảnh và lưu lại trong thẻ nhớ. Chất lượng ảnh sẽ còn phụ thuộc vào một số yếu tố nhưng sẽ dao động từ 16MP đến 102MP.
Cảm biến của máy ảnh quyết định về chất lượng của bức ảnh cao hay thấp, bức ảnh đẹp hay xấu và cả kích cỡ tối đa mà bạn có thể in bức ảnh ra. Chất lượng hình ảnh ngoài phụ thuộc vào kích cỡ vật lý của cảm biến mà còn liên quan đến số lượng pixel (điểm nhạy sáng có trên mặt của cảm biến) và kích cỡ của các pixel này. Ngoài ra, kích cỡ cảm biến cũng sẽ ảnh hưởng đến những gì bạn sẽ nhìn được qua kính ngắm, các cảm biến nhỏ thường thu được ít cảnh hơn so với cảm biến toàn khung hình.
Các loại cảm biến máy ảnh
Ở phần trên chúng mình đã giải thích khái niệm, chức năng sensor máy ảnh là gì. Phần này VJShop sẽ giới thiệu tới bạn đọc các loại cảm biến máy ảnh hiện nay được phân loại theo cơ chế hoạt động.
1. Cảm biến BSI/BI
Đây là một mẫu cảm biến nhỏ mà các bạn sẽ thường gặp trên các thiết bị di động nhiều hơn là máy ảnh. Bởi ở thị trường máy ảnh các tính năng cùng mức giá của cảm biến BSI/BI không thể cạnh tranh được với các mẫu cảm biến tốt hơn nên rất ít máy ảnh sử dụng cảm biến này. Bộ cảm biến máy ảnh BSI/BI được Omni ra mắt lần đầu tiên vào năm 2007, nhưng không được đón nhận bởi mức giá quá cao mà khi chụp trong điều kiện ánh sáng thông thường vẫn bị hiện tượng cháy sáng.
Loại cảm biến này sẽ cho ra hình ảnh vô cùng sắc nét nếu loại bỏ phần lớp lọc AA, nhưng vẫn dính hiện tượng lỗi màu và phân tách vùng DR. Tuy nhiên, nếu so với cảm biến CMOS Fi thì, cảm biến BSI/BI cho hiệu quả cao hơn khi chụp ở điều kiện thiếu sáng.
Một số máy ảnh sử dụng cảm biến BSI/BI:
- Nikon Coolpix L610
- Sony Cyber-shot RX1R II
- Sony DSC-RX100
- ...
2. Cảm biến CCD
Là một trong những sensor camera ra đời sớm nhất mà vẫn còn được sử dụng ở thời điểm hiện tại. Vào thời điểm mới ra mắt, cảm biến CCD luôn là sự lựa chọn hàng đầu của các hãng máy ảnh bởi sở hữu dải nhạy sáng và kiểm soát tiếng ồn, nhiễu tốt và cho chất lượng ảnh chụp vượt trội so với những mẫu cảm biến thời đó. Tốc độ xử lý CCD rơi vào khoảng 30 khung hình/giây.
Tuy CCD là mẫu cảm biến thông dụng trên thị trường nhưng lại không được đánh giá quá cao bởi quá trình lắp ráp khó khăn cùng điện năng tiêu thụ quá nhiều. Bên trong cảm biến máy ảnh CCD có một vùng quang hoạt - lớp epitaxy của silicon. Mỗi mảng nhỏ của vùng này phản ứng với ánh sáng và chuyển đổi cường độ vào một tín hiệu điện cho phép CCD chuyển ánh sáng tập trung vào nó để tạo thành một ma trận các cường độ ánh sáng, cùng với bộ phim màu để lọc ánh sáng thành màu đỏ, xanh lá cây và màu xanh (sử dụng một mô hình Bayer). Nhân tố quan trọng nhất trong quá trình chuyển đổi này là photodiode (là một loại diode bán dẫn thực hiện chuyển đổi photon thành điện tích theo hiệu ứng quang điện) và các mạch hỗ trợ. Cơ chế xử lý của CCD là thông tin trên mỗi hàng điểm ảnh sẽ được đưa xuống một rãnh tín hiệu đầu ra nên tốn rất nhiều thời gian và điện năng để xử lý, các phần rãnh đó lại còn chiếm không gian khiến hiệu suất thu nhận ánh sáng giảm đi đáng kể.
Một số máy ảnh sử dụng cảm biến CCD:
- Samsung WB110
- Canon Powershot SX400IS
- Fujifilm FinePix S4500
- Panasonic DMC-SZ8
- Olympus Mju-7050
- …
3. Cảm biến CMOS
Cảm biến CMOS là một trong những cảm biến máy ảnh phổ biến nhất hiện nay, đã từng xếp sau cảm biến CCD về chất lượng nhưng bằng tân tiến của công nghệ hiện đại, CMOS đã vượt qua đối thủ của mình. Vào thời điểm mới ra mắt, những hình ảnh mà cảm biến CMOS cho ra bị nhiễu hạt cao, để cải thiện điều này các thế hệ sau đã được trang bị vi thấu kính bắt sáng chính xác và đọc 2 lần điểm ảnh theo thứ tự đọc giá trị bắt sáng trước rồi đến giá trị của mạch hỗ trợ. CMOS sở hữu kích thước nhỏ gọn nên sẽ cần mất nhiều diện tích cho rãnh truyền thông tin vì quá trình xử lý tín hiệu được thực hiện qua linh kiện bán dẫn transistor và hệ thống dây dẫn.
Với nhiều chức năng được tích hợp sẵn, cảm biến CMOS có khả năng xử lý nhanh hơn và nhạy sáng tốt, ít nhiễu và tiêu thụ ít điện năng hơn (chỉ bằng 1/5 hoặc 1/10 cảm biến CCD) phù hợp với việc chụp ở tốc độ cao và giá thành cũng thấp hơn so với cảm biến CCD.
Một số máy ảnh được trang bị cảm biến CMOS:
- Sony A6000
- Nikon D7100
- Fujifilm X70
- Canon EOS 5DS
- Canon EOS 5DS R
- Phase One XF 100MP
4. Cảm biến LiveMOS
Cảm biến LiveMOS là sự dung hòa hoàn hảo của hai cảm biến máy ảnh CCD và CMOS. Cảm biến LiveMOS có mức độ tiêu thụ điện năng thấp, tiếng ồn được giảm một cách đáng kể và cho ra chất lượng hình ảnh có độ phân giải cao.
Cảm biến LiveMOS sử dụng một hệ thống điều khiển mới mà theo đó các tín hiệu hình ảnh được gửi ra một điểm ảnh tại cùng thời điểm. Phần mạch đơn giản giúp giảm khoảng cách từ mỗi photodiode và tăng diện tích tiếp nhận ánh sáng. Cấu trúc mạch đơn giản cũng góp phần xử lý thông tin nhanh hơn. Ổ đĩa 5-V cũng được trang bị để giảm tiếng ồn. Cảm biến này cũng sẽ giúp bạn có thể chụp tốt trong môi trường ánh sáng yếu. LiveMos cũng sử dụng công nghệ tín hiệu mạch readout cùng với kiến trúc mạch điều khiển điểm ảnh, không những cho phép sử dụng điện áp thấp mà còn cắt giảm điện năng tiêu thụ. Tất cả những điều này giúp chất lượng ảnh mà cảm biến đưa ra có màu sắc tự nhiên mượt mà hơn.
Một số máy ảnh trang bị cảm biến LiveMos:
- Panasonic Lumix DMC-GF5
- Lumix DMC-GX8 Lumix DMC-GF5
- …
5. Cảm biến Foveon X3
Hệ thống cảm biến Foveon X3 không đi kèm với mảng lọc Bayer nên sẽ không yêu cầu demosiacing (là quá trình chuyển lưới màu Bayer thành hình ảnh cuối cùng, gồm thông tin đầy đủ về tất cả các màu ở mỗi điểm ảnh) để có thể sản xuất hình ảnh nên nó có nhiều lợi thế và tạo ra các bức ảnh có độ phân giải cao hơn nhiều.
Cảm biến Foveon X3 sẽ sử dụng một loại các photosite (các điểm nhạy sáng), mỗi nhóm trong số đó bao gồm ba điểm nhạy sáng xếp chồng lên nhau theo chiều dọc và được tổ chức theo kiểu một lưới hai chiều. Mỗi điểm trong số ba điểm nhạy sáng sẽ phản ứng với các bước sóng khác nhau của ánh sáng xuyên qua silicon tạo ra một độ sâu khác nhau. Các tín hiệu từ các điểm nhạy sáng sau đó được xử lý, kết quả là dữ liệu cung cấp số liệu của ba màu cơ bản đỏ, xanh lá cây và xanh dương. Vì chiều sâu trong các đế wafer silicon của mỗi trong ba lớp cảm biến Foveon X3 là ít hơn 5 micromet, sẽ có đôi chút ảnh hưởng đến độ sai màu.
Các cảm biến Foveon X3 thường sẽ được sử dụng trong các máy ảnh compact và máy ảnh như:
- Sigma DP0
- Sigma DP2s
- ...
6. Cảm biến CMOS FI
Cuối cùng trong danh sách này sẽ là cảm biến máy ảnh CMOS FI (Front-illuminated Sensor) truyền thống, quá trình hấp thụ ánh sáng của tấm nền cảm quang không hiệu quả do lượng ánh sáng đã hao hụt khá nhiều bởi bộ xử lý chuyển tín hiệu quang học sang tín hiệu điện tử. Các nhà phát triển đã cải thiện vấn đề này bằng cách đặt lên một lớp điện môi xử lý tín hiệu đặt ở phía trước tấm nền cảm quang để tăng hiệu suất thu nhận ánh sáng, nhưng điều đó vẫn là chưa đủ để giúp cảm biến CMOS FI có thể chiếm được cảm tình của người sử dụng hiện nay.
Kích thước cảm biến máy ảnh
Bên cạnh việc phân loại sensor máy ảnh theo cơ chế hoạt động, cảm biến máy ảnh còn được chia thành 9 loại theo kích thước. Các kích thước cảm biến máy ảnh phổ biến nhất hiện nay là Full-frame, APS-C và Micro Four Thirds.
1. Cảm biến 1/2.3 inch (6.3 x 4.7mm)
Phổ biến nhất một thời và cũng có có kích thước nhỏ nhất, cảm biến máy ảnh 1/2.3 inch (6.3 x 4.7mm) có thể được sử dụng không chỉ trên các mẫu máy ảnh point-n-shoot, máy ảnh siêu zoom, mà còn được dùng trên điện thoại. Cảm biến này sẽ hỗ trợ độ phân giải từ 16-24MP và kích thước ảnh sẽ ở mức 6.3mm x 4.7mm.
Cảm biến 1/2.3 inch từng có thời điểm rất phổ biến trên các mẫu máy ảnh. Tuy nhiên, với nhu cầu cần những cảm biến có kích thước lớn hơn nên mẫu cảm biến nhỏ gọn này đang dần bị lãng quên. Nhưng với kích thước nhỏ gọn của chúng cho phép các nhà sản xuất tạo ra được những chiếc máy ảnh có thiết kế rất nhỏ gọn với ống kính dài như Panasonic ZS70/TZ90 hay Canon PowerShot SX730 HS.
Trong điều kiện ánh sáng tốt, những chiếc máy ảnh sử dụng cảm biến này sẽ đem đến những hình ảnh có chất lượng ổn định nhưng khi chụp ở điều kiện thiếu sáng thì bức ảnh cho ra sẽ bị nhiễu hạt và rất mờ.
2. Cảm biến 1/1.7 inch (7.6mm x 5.7mm)
To hơn đôi chút so với cảm biến 1/2.3 inch, chúng ta sẽ đến với cảm biến 1/1.7 inch với kích thước 7.6mm x 5.7mm, cảm biến này sẽ giúp việc tách đối tượng khỏi nền khá dễ dàng và mang đến hiệu suất tốt hơn so với cảm biến máy ảnh 1/2.3 inch khi chụp trong điều kiện chụp thiếu sáng.
Trong quá khứ, ngoài kích thước cảm biến máy ảnh 1/2.3 inch thì cảm biến 1/1.7 inch được coi là sự lựa chọn “mặc định” cho các máy ảnh compact. Tuy nhiên, theo thời gian các loại cảm biến này cũng dần bị quên lãng bởi nhu cầu sử dụng cảm biến lớn và tối ưu hơn.
Một số máy ảnh sử dụng cảm biến 1/1.7 inch:
- Nikon P330
- Panasonic LX100
- ...
3. Cảm biến 1 inch (13.2 mm x 8.8 mm)
Cảm biến 1 inch được ra công bố vào năm 2011 với tên gọi mà Nikon gọi là định dạng CX mà hãng trang bị lên chiếc máy ảnh Nikon 1. Chỉ sau đó 1 năm, Sony cũng phát hành máy ảnh kỹ thuật số Cyber-shot DSC-RX100 bỏ túi, sử dụng cảm biến 1 inch với kích thước 13.2 x 8mm và hệ số crop 2,7 lần.
Cảm biến 1inch lớn hơn gấp 3 lần so với cảm biến thông thường của điện thoại thông minh. Hiện nay, kích thước cảm biến máy ảnh 1 inch là sự lựa chọn vô cùng phổ biến trên đa số các mẫu máy ảnh nhỏ gọn nhờ vừa sở hữu kích thước bé, vừa cho hiệu suất sử dụng cũng vô cùng cao. Cảm biến 1 inch thường được dùng cho các máy ảnh compact ống kính cố định. Tuy nhiên, các ống kính trên mẫu máy ảnh này thường sẽ bị giới hạn ở khoảng 24mm-70mm hoặc 24mm-100mm.
Một số máy ảnh sử dụng cảm biến 1 inch:
- Sony RX100 VII
- Canon G5/7/9x: Canon G7 Mark X III
- ...
4. Cảm biến Micro Four Thirds (17.3mm x 13mm)
Cảm biến M43 hay còn gọi với cái tên Micro Four Thirds với kích thước 17.3 x 13mm, khoảng một phần tư kích thước của cảm biến Full-frame, vô cùng nhỏ gọn. Cảm biến Micro Four Thirds là một tiêu chuẩn DSLR mở do Olympus và Kodak tạo ra. Cảm biến được sử dụng ở hầu hết các dòng máy ảnh DSLR của Olympus và Panasonic Four Thirds và Micro Four Thirds.
Kích thước cảm biến máy ảnh Four Thirds có hệ số crop gấp đôi, tăng gấp đôi độ dài tiêu cự hiệu quả của các ống kính được gắn. Vì lý do này, các máy ảnh cảm biến M43 phổ biến với các nhiếp ảnh gia du lịch và nhiếp ảnh gia động vật hoang dã, hạn chế tối đa trọng lượng combo máy.
Một số mẫu máy ảnh sử dụng cảm biến Micro Four Thirds:
- Olympus OM-D M10 Mark IV
- Olympus OM-D E-M1
- Olympus Pen E-PL5
- Panasonic Lumix GH1
5. Cảm biến APS-C (23.6mm x 15.8mm)
Cảm biến APS-C có kích thước khoảng 23.6mm x 15.8mm. Đa số các mẫu máy ảnh DSLR thuộc phân khúc "entry level - dành cho người mới" của các thương hiệu lớn Canon, Nikon, Pentax và Sony đều sử dụng cảm biến APS-C, nhưng không phải cảm biến APS-C nào cũng giống nhau.
Ví dụ như kích thước cảm biến máy ảnh APS-C trên Canon sẽ rơi vào khoảng 22.2mm x 14.8mm trong khi cảm biến APS-C bên các hãng như Pentax, Fujifilm, Nikon và Sony sẽ dao động từ 23.5mm x 15.6mm đến 23.7mm x 15.6mm. Loại cảm biến này đem đến sự cân bằng ấn tượng giữa tính di động của hệ thống, chất lượng hình ảnh và sự linh hoạt của ống kính.
Một số máy ảnh sử dụng cảm biến APS-C:
- Sony Alpha A6000
- Fujifilm X series: Fujifilm X-E4, Fujifilm X-H2, Fujifilm X-T4, Fujifilm X-T5,...
- ...
6. Cảm biến APS-H (28.7mm x 19mm)
Đây có thể coi là một trong số những kích thước cảm biến máy ảnh phổ biến nhất trên hầu hết các dòng máy ảnh không gương lật. Leica Q2 là một trong những mẫu máy ảnh nổi tiếng được trang bị cảm biến APS-H.
Cảm biến APS-H có kích thước khoảng 28.7mm x 19mm với số điểm ảnh vừa phải để tăng tốc độ chụp và hiệu suất ISO. Tuy có kích thước nhỏ hơn so với cảm biến Full Frame nhưng lại lớn hơn đôi chút so với cảm biến APS-C. Hệ số crop của cảm biến này sẽ tương ứng giữa khung hình ở mức 1,3 lần. Chính vì điều đó nên khi bạn sử dụng một ống kính có độ dài tiêu cự 24mm với cảm biến này sẽ cung cấp hiệu quả gần bằng ống kính với độ dài tiêu cự 31mm.
7. Cảm biến Full Frame (36mm x 24mm)
Cảm biến với kích thước 36mm x 24mm được gọi là full frame bởi nó gần giống với khung của phim 35mm tiêu chuẩn. Kích thước của cảm biến full frame lớn gần gấp đôi so với cảm biến APS-C, nhờ đó mà những gì bạn nhìn thấy qua khung ngắm cũng sẽ là những gì bạn chụp bởi hình ảnh không bị crop.
Kích thước cảm biến máy ảnh full frame khi kết hợp với các ống kính có khẩu độ rộng sẽ mang lại độ sâu trường ảnh cực kỳ nông hợp cho việc chụp ảnh macro và quay video. Cảm biến full-frame là cảm biến được sử dụng nhiều nhất trên các mẫu máy ảnh để chụp ảnh chuyên nghiệp bao gồm cả DSLR và máy ảnh mirrorless.
Một số máy ảnh sử dụng cảm biến Full Frame:
- Sony Alpha A7
- Nikon D850
- Canon EOS 5D Mark III
- ...
8. Cảm biến Medium Format (43.8mm x 32.8mm)
Đây có thể coi là một trong hai cảm biến có kích thước lớn nhất ở thời điểm hiện tại với kích thước 43.8mm x 32.8mm. Mẫu cảm biến này chỉ có một vài hãng sản xuất máy ảnh sử dụng như dòng máy Hasselblad H6D-400c MS, Hasselblad H6D-100c, Phase One, Fujifilm GFX 50S với kích thước khoảng 40.2mm x 53.7mm.
Về lý thuyết, cảm biến Medium Format sẽ cho ra hình ảnh với chất lượng cao hơn bởi chúng sẽ thu được nhiều ánh sáng hơn để tái tạo hình ảnh. Điều này sẽ giúp các nhà sản xuất dễ dàng tăng cường số pixel trên cảm biến. Tuy nhiên, chi phí để sản xuất một chiếc máy ảnh với cảm biến Medium Format là không hề nhỏ nên cảm biến này chỉ được trang bị trên những mẫu máy ảnh chuyên nghiệp với khả năng cung cấp nhiều lựa chọn ống kính gốc và lấy nét tự động nhanh hơn.
9. Cảm biến Large Format (102mm x 127mm)
Đây là cảm biến máy ảnh lớn nhất trong lịch sử máy ảnh hiện tại với kích thước 102mm x 127mm bạn chỉ có thể tìm thấy mẫu cảm biến này trên những chiếc máy ảnh siêu chuyên nghiệp mà của Hasselblad, Phase One, LargeSense hoặc một số mẫu máy trưng bày.
Giống như cảm biến Medium Format, cảm biến Large Format sẽ đem đến hình ảnh chất lượng rất cao nhờ việc thu được nhiều ánh sáng hơn để tái tạo hình ảnh. Và chi phí để sản xuất được một chiếc máy ảnh với cảm biến Large Format cũng rất lớn và kích thước của chiếc máy ảnh sở hữu cảm biến này cũng vô cùng “cồng kềnh” nên sẽ rất khó có thể ứng dụng trong đời sống thường nhật.
Một số câu hỏi về sensor máy ảnh
1. Sensor máy ảnh là gì?
Sensor là từ tiếng anh đề nói về phần cảm biến trên máy ảnh hoặc cũng để nói trên những thiết bị điện tử khác như điện thoại thông minh, máy quay phim,...
2. Cách vệ sinh sensor máy ảnh
Sensor dính bụi hay chụp khép khẩu ảnh bị lấm chấm đều là những nỗi lo của tất cả các anh em chơi nhiếp ảnh. Bạn sẽ rất ngại mỗi khi vệ sinh sensor bởi nếu làm sai cách sẽ làm xước thì sẽ phải mất thời gian đem ra cửa hàng chuyên nghiệp. Chúng mình sẽ đưa ra một số cách vệ sinh cảm biến máy ảnh vô cùng dễ dàng.
Đối với những vết bụi bẩn không bám chắc
- Tháo lens ra khỏi máy và đập nắp body.
- Vào Menu, chọn Setup, chạy các chức năng Cleaning Sensor mode
- Dốc máy thẳng từ trên xuống, sau đó dùng bóng thổi và thổi nhẹ một lượt lên bề mặt sensor (tránh bóp bóng quá mạnh làm cho đầu bóng bị va vào sensor).
- Sau khi thực hiện xong hay dùng đèn flash trên điện thoại để kiểm tra lại một lượt xem liệu cảm biến còn bị bám bụi không.
Đối với những vết bẩn bám chắc
- Nếu phần sensor dính những vết bẩn bám chắc thì bạn nên sử dụng que cao su non để lau đồng thời kết hợp với đèn flash để chấm vào các vùng có bụi sau đó nhẹ nhàng nhấc que lên.
- Tiếp theo đó bạn sử dụng phần băng dính đi kèm với que lau để vệ sinh đầu quen lau. Cách thực hiện vô cùng đơn giản, bạn chỉ cần chấm que vào miếng băng dính và chấm lên, khi đó bụi trên các đầu que lau sẽ dính vào miếng băng dính.
Chú ý: không được di que sang trái, phải hoặc dùng lực quá mạnh để ấn que xuống hãy thực hiện một cách nhẹ nhàng.
Hi vọng những thông tin ở bài viết này sẽ cung cấp được cho bạn những kiến thức cần biết về cảm biến máy ảnh là gì, các loại cảm biến máy ảnh (theo cơ chế hoạt động và theo kích thước cảm biến máy ảnh). Từ đó, người dùng có thể lựa chọn cho mình một chiếc máy ảnh phù hợp với nhu cầu sử dụng của riêng mình!