Độ nhạy sáng

Chia sẻ: Nguyenhoang Phuonguyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

136
lượt xem 26
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cái thời mà độ phân giải cao bị đánh đồng với chất lượng ảnh cao đã qua rồi. Hầu hết người tiêu dùng đều nhận ra được không phải cứ máy có độ phân giải cao là có chất lượng ảnh tốt. Có một thông số khác nổi lên nhằm thay thế cho độ phân giải, đó chính là độ nhạy sáng ISO. Vậy bạn đã hiểu gì về ISO cũng như các yếu tố cấu thành, ảnh hưởng lên nó chưa? Bài viết này sẽ cung cấp một số kiến thức căn bản về ISO cũng như cảm biến...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Độ nhạy sáng

nh y sáng Cái th i mà phân gi i cao b ánh ng v i ch t lư ng nh cao ã qua r i. H u h t ngư i tiêu dùng u nh n ra ư c không ph i c máy có phân gi i cao là có ch t lư ng nh t t. Có m t thông s khác n i lên nh m thay th cho phân gi i, ó chính là nh y sáng ISO. V y b n ã hi u gì v ISO cũng như các y u t c u thành, nh hư ng lên nó chưa? Bài vi t này s cung c p m t s ki n th c căn b n v ISO cũng như c m bi n nh. Trong quá trình phát tri n c a máy nh s , h u h t ngư i ta đ u t p trung vào đ phân gi i. Năm 1991, camera ch có 1,3MP. Đ n 1999, chi c Nikon D1 dùng c m ng CCD v i giá 5000$ ch có th ch p nh ng b c nh 2,7 MP và đ n năm nay, năm 2010 thì đ phân gi i trung bình c a máy nh s đã là 14MP. Tuy đ phân gi i này đã đ cho khá nhi u m c đích khác nhau nhưng nó v n còn có th tăng cao n a. H u h t các máy nh s ngày này (không tính đi n tho i ch p hình) đ u có t i thi u 10MP, đ phân gi i 14MP cũng đang tr nên thông d ng
hơn. Ngay c các máy DSLR v n chú tr ng vào ch t lư ng hình nh cũng đã t ng có cu c đua đ phân gi i. Dòng DSLR c p th p c a Canon gi có đ phân gi i tiêu chu n là 18MP. Đ phân gi i là m t thông s quá d đ hình dung, và t t nhiên các công ty dùng nó th qu ng cáo. H g n li n đ phân gi i v i ch t lư ng h nh, hay ít ra là làm cho ngư i tiêu dùng nghĩ th . Gi đây, khá nhi u ngư i trong chúng ta đã nh n ra đ phân gi i cao hơn không ph i lúc nào cũng t t. Tiêu chu n m i v ch t lư ng chuy n qua kh năng ch p trong đi u ki n thi u sáng. Và chi c máy làm ngư i dùng “quay ngo t 180 đ ” đó không ai khác chính là D3. S n ph m đ u b ng c a Nikon hy sinh đ phân gi i cao đ đ i l y ISO. Đã có nh ng l i đ n chính D3 và D300 c a Nikon là “th ph m” làm Canon ph i thay đ i chi n lư c c a mình, thúc đ y toàn b nhân viên làm vi c c t l c đ t o ra đ i th c nh tranh 5D Mark II xu t s c như ta th y ngày nay. Cho dù ISO tr nên quan tr ng b t đ u t lúc nào, hay như th nào, thì bây gi , h u h t nh ng máy ch p nh có giá trên 300$ thư ng kèm theo tính năng ch p nh thi u sáng như là vũ khí “t i thư ng” c a mình. Nh ng máy nh DSLR m i nh t c a Nikon, Canon đã có ISO trên 100.000 trong khi Sony và các hãng khác cũng s p đưa ra nh ng s n ph m c nh tranh. Chào m ng đ n v i cu c chi n m i, h i các nhà s n xu t! Camera ho t đ ng như th nào?
R t đơn gi n, đó chính là thu th p ánh sáng. m t ch ng m c nào đó, cái cách máy nh “nhìn” th t s r t gi ng v i phương th c ho t đ ng c a nhãn c u m t. Ánh sáng môi trư ng s đi qua ng kính r i t đó đ p vào c m bi n nh hình ch nh t. Sau đó, c m bi n này s chuy n đ i nó thành nh ng tín hi u đi n. M t ngư i ho t đ ng y h t v y và t t nhiên, nó cũng chuy n đ i ánh sáng nhìn th y thành tín hi u đi n khi đi qua võng m c. N u b n không hi u t t c nh ng gì đang đư c nói đ n, ch c n nh m t đi u thôi: “C m bi n nh thu th p đư c càng nhi u ánh sáng thì càng t t”.
Khi thông s c a m t máy nh là 10 megapixels, nó không ch nói cho b n bi t m t b c hình ch p t máy này có 10 tri u đi m nh, mà còn nói lên s đi m nh y sáng (photosite, photodiode) c a máy. Thông thư ng, nh ng đi m nh y sáng này thư ng b hi u l m là đi m nh. Đi m nh y sáng là m t ph n c a c m bi n nh vô cùng nh y c m v i ánh sáng. N u còn nh các ki n th c khoa h c, b n s d hình dung hơn. Đi m nh y sáng chuy n đ i ánh sáng (photon) thành đi n (electrons). Nó gi ng như các l thu th p t ng h t nh ánh sáng đi vào. Và t t nhiên, đi m nh y sáng càng l n, nó càng thu th p đư c nhi u photon (đ ng nghĩa v i ánh sáng) hơn trong th i gian máy nh s phơi sáng (ví d như lúc b n b m nút ch p). C m bi n nh có r t nhi u kích thư c khác nhau, như b n có th th y trong hình bên. C m bi n nh càng l n - ch ng h n như nh ng c m bi n Full Frame trên Canon 5D, Nikon D3 và Sony A900 - thì càng có
nhi u không gian cho đi m nh y sáng hơn là các c m bi n “tí hon” trên các máy du l ch(PnS). M t máy nh có đ phân gi i 12MP (tri u đi m nh), nó cũng có 12 tri u đi m nh y sáng. Nhưng c m bi n càng l n thì đi m nh y sáng càng l ng và nó càng có kh năng “b t gi ” nhi u ánh sáng hơn. N u nh ng đi u trên quá khó hi u và b n c n m t th ng s nào đó đ n m gi , thì đó chính là đ l n đi m nh (pixel pitch). Đ l n đi m nh cho b n bi t kích c c a m t đi m nh. Ví d , Nikon D3 v i c m bi n kích c 36x23,9mm có đ l n là 8,45 micromet trong khi Canon S90 v i kích c 7,6x5,7mm l i có đ l n ch 2 micromet. K t qu này ra sao thì ai cũng rõ, cùng v i m t lư ng ánh sáng và th i gian phơi sáng như nhau, nh ng đi m nh l n hơn trên D3 có kh năng ghi nh n nhi u ánh sáng hơn S90. Và t t nhiên, v i đi u ki n ánh sáng y u, b n s th y ngay s khác bi t. Nhi u ánh sáng hơn:
Nói t nãy đ n gi , h n b n đã rút ra đư c k t lu n: đi m nh y sáng càng l n thì đ nh y sáng càng cao. Chính vì v y, các nhà s n xu t thư ng làm cho nó càng to càng t t. Ch ng h n như đ i v i 1D Mark IV, Canon đã gi nguyên kích thư c c a đi m nh y sáng mà c g ng thu nh ph n còn l i c a đi m nh nh m làm cho c m bi n v n gi nguyên kích thư c như 1D MarkIII. T t nhiên là ngoài đi m nh y sáng, c m bi n nh còn có r t nhi u thành ph n khác. Theo ti n sĩ Peter B. Catrysse t đ i h c Stanford (1 đ i h c hàng đ u và vô cùng n i ti ng c a M ) thì 1 đi m nh thông thư ng chính là 1 vùng ph ng có tác d ng thu nh n ánh sáng, h u như c u t o t silicon. Chi ti t hơn, nó bao g m các th sau: m t th u kính siêu nh (microlens) đ chi u sáng tr c ti p vào đi m nh y sáng, m t b l c màu (vô cùng c n thi t vì c m bi n nh v n b “mù màu”, 1 l p v t li u khác, ch ng h n như dây d n và l p dư i cùng là đi m nh y sáng (photodiode),. Chính vì v y, có 1 cách mà các nhà s n xu t c m bi n nh danh ti ng như Sony, Fuji hay Kodak thư ng làm cho nh ng l p v t li u này càng m ng càng t t (vài trăm nanomet) đ ánh sáng có th đi qua nhi u hơn.
Tuy v n c g ng làm gi m đ m ng v t li u nhưng có m t cách khác mà các nhà s n xu t đang th c hi n, đó chính là chuy n đ i qua c u trúc khác. H chuy n đi m nh y sáng lên ngay sau b l c màu và microlens ch không đ t dư i cùng như trư c n a. Tuy hi n nay vi c s n xu t v n còn đ t hơn cách truy n th ng nhưng nó s d n ph bi n vì ánh sáng đi qua nhi u hơn nên đi m nh có th nh hơn mà ch t lư ng không đ i. Sony là hãng đ u tiên phát tri n và thương m i hóa lo i hình c m bi n này t gi a năm 2008. Trong c u trúc cơ b n c a c m bi n nh, microlens n m sát nhau đ chi u ánh sáng xu ng đi m nh y sáng phía dư i. Nhưng trư c đây, có m t kho ng tr ng nh gi a các microlens v i nhau. K t qu là ánh sáng không th chi u tr c ti p xu ng v trí nh y sáng nh t c a c m bi n (đi m nh y sáng). Nikon và Canon đã phát minh ra h th ng cho phép các ng kính này n m sát nhau đ ánh sáng chi u tr c ti p vào photosite, không đ phung phí lư ng ánh sáng quý giá đó. Đi u này cũng tương t như m t cái ph u, ph u mi ng r ng bao gi cũng đ đư c nhi u nư c hơn. Lý do chính mà ngư i ta c n máy nh s thu càng nhi u ánh sáng càng t t chính là t s tín hi u/nhi u c a b c nh. Có r t nhi u nguyên nhân và lo i nhi u khác nhau nhưng có 2 lo i mà b n nên bi t. Đó chính là “photon shot”, “read” và “dark current” noise. “Photon shot” gây ra b i
dòng photons ti p xúc v i c m bi n nh không bao gi phù h p m t cách hoàn h o v i th i gian c a nó. “Read” do chính b n thân c a c m bi n trong khi “dark current” là do có m t s electron t n m n không đư c t o ra b i ánh sáng nhìn th y ch m vào c m bi n. H u h t nguyên nhân c a “dark current” là do nhi t đ . Tr l i quá kh , nh ng ngày mà các nhi p nh gia còn ph i dùng phim, h mua nó theo đ nh y sáng c a phim đó đư c th hi n dư i t c đ ISO (tiêu chu n do t ch c International Organization for Standardization v i tên ISO 5800:1987). V i máy nh s , ISO v n còn nhưng b n có th tùy ch nh trên máy ch không còn c n thay phim như ngày xưa n a. V n đ là, cho dù b n ch p ISO 100 hay 1600 thì lư ng ánh sáng đi vào c m bi n là như nhau. Nhưng khi thi t l p ISO cao, b n b t c m bi n ph i t o ra nhi u tín hi u hơn và theo đó nhi u cũng tăng theo. N u c m bi n c a b n l n, nó s có nhi u tín hi u hơn đ làm vi c và t t nhiên, t s tín hi u/nhi u cũng tăng theo. Đó chính là lý do t i sao m t b c hình v i ISO t D3 luôn đ p hơn m t máy PnS có ISO tương đương. Và đó cũng là lý do D3s và 1D MarkIV có kh năng ch p nh ng b c hình ISO trên 100.000 mà v n ch p nh n đư c. T t nhiên m t ph n cũng vì nh ng máy đ ng c p này có b x lý m nh hơn, có nh ng thu t toán cao c p và ph c t p hơn đ mang l i kh năng kh nhi u t i ưu. C m bi n nh: Có 2 lo i c m bi n nh đư c h u h t các thi t b dùng ngày nay, đó chính là CCD (charge-coupled device) và CMOS (complementary metal- oxide-semiconductor). Theo ti n sĩ Catrysse, V cơ b n, 2 lo i c m bi n
này ho t đ ng gi ng h t nhau, ít ra là v m t v t lý. Vì v y không có lo i này là tuy t h o và vư t tr i hơn h n. C m bi n CCD đã t ng đư c coi là c m bi n c a tương lai, nó đã chi m ưu th m t th i gian dài trư c khi CMOS “vùng lên” l t ngư c l i. Ngày nay, h u h t các đi n tho i và máy nh DSLR chuyên nghi p đ u dùng c m bi n CMOS trong khi ch còn m t s máy đ i cũ ho c Medium Format còn dùng CCD. Cũng theo ti n sĩ này, th ph n c a CCD s d n thu h p l i, ch y u t n t i trong các thi t b ph c v nghiên c u khoa h c. C m bi n CMOS đư c ch t o theo ti n trình CMOS, cùng v i cách mà ngư i ta ch t o nh ng th như CPU, GPU, RAM nên nó r t r so v i CCD. Giá r chính là nguyên nhân t i sao ngư i ta ch n nó đ dùng trong các đi n tho i cũng như nh ng h th ng DSLR dùng chip c c l n. Không gi ng như CCD b t các electron ra kh i chip đ đi vào b chuy n đ i tương t sang s , CMOS th c hi n t t c vi c đó ngay trong con chip đư c tích h p s n. Chính vì v y mà nó nhanh hơn và s d ng ít năng lư ng hơn. Hơn th n a, vì CMOS đư c ch t o gi ng v i dây chuy n s n xu t c a các thi t b bán d n khác, nó cũng đư c l i t ti n b c a ngành công nghi p này. Nh ng transistors nh hơn cho phép t o ra nhi u m ch d n hơn trong m t đi m nh, t đó kh nhi u t t hơn. Nó cho phép chúng ta ti p c n g n hơn đ n nh ng gi i h n v t lý cơ b n như “photon noise”. Chúng ta đang nói v vi c đi u khi n nh sáng m c đ nano! T ng k t: B ng nhi u cách khác nhau, đ phân gi i đã không còn giá tr như ngày xưa. Ch ng nhi u ngư i c n in nh ng b c nh kh l n mà c n đ phân gi i trên 14 MP. Nhưng công ngh v n phát tri n, ch ng h n như
c m bi n nh t t hơn, ti n trình x lý nh thông minh hơn hay th u kính s c nét hơn, và ngành công nghi p máy nh c n ph i có m t thông s nào đó đ qu ng cáo nh m bán nhi u hàng hóa hơn m i năm. Ông Teru Kuwayama, m t nhi p nh gia n i ti ng đã nói r ng: “Tăng đ phân gi i quá nhi u càng làm cho m i chuy n khó khăn hơn, ch t t n th nh và c ng. Nhưng tăng ISO l i là m t cái gì đó t t hơn nhi u, nó m ra m t k nguyên m i c a nhi p nh mà nh ng th h nhi p nh gia cũ không th v i t i do h n ch v m t thi t b . Tôi r t s n lòng đ i gi m m t n a đ phân gi i máy mình đ có đ nh y sáng tăng g p đôi”. Nh ng b c nh đ p thì luôn t t hơn nh l n. Đó chính là l i h a mà ngành công nghi p nhi p nh mang đ n cho chúng ta. Có l t c đ ISO s còn đư c tăng hơn n a trong năm t i đ h p d n ngư i dùng. Nhưng hãy nh r ng, con s ISO cao không đ ng nghĩa v i hi u năng ch p t i t t hơn vì đôi khi nó ch dùng đ qu ng c o. Cái gì quá cũng không t t, cũng gi ng như s n ph m có ch t lư ng t t hơn không ph i lúc nào cũng có c u hình cao hơn!