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).  Cảm biến là yếu tố quyết định tới kích cỡ ảnh, độ phân giải, khả năng chụp thiếu sáng, độ sâu trường ảnh (depth of field), dải nhạy sáng, ống kính và thậm chí là cả kích cỡ của toàn bộ chiếc máy ảnh/smartphone.

Cảm biến máy ảnh là gì?

Cảm biến ảnh thực chất là một tấm silicon chứa các tế bào quang điện, nó có tác dụng thu nhận ánh sáng và chuyển đổi những gì bạn thấy qua kính ngắm hoặc màn hình LCD thành hình ảnh.

Những điều cần biết về cảm biến máy ảnh 18

Cảm biến camera thời đại số giống như là những thước phim của thời đại cũ. Với máy ảnh phim, bạn có thể lựa chọn hàng trăm nhãn hiệu phim khác nhau, trong đó mỗi nhãn hiệu sẽ có những đặc tính riêng biệt không giống với bất kì sản phẩm nào khác. Máy ảnh số sẽ tích hợp công nghệ trên vào phần cứng của mình, và bạn cũng có thể sử dụng các hiệu ứng để làm cho ảnh số trông giống như ảnh chụp bằng phim.

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.

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.

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.

Những điều cần biết về cảm biến máy ảnh 19

Cảm biến hình ảnh trên máy ảnh của bạn sẽ quyết định đến chất lượng đẹp/xấu của bức ảnh và kích cỡ tối đa mà bạn có thể in bức ảnh này. Chất lượng ảnh không chỉ phụ thuộc vào kích cỡ vật lý của cảm biến, mà còn phụ thuộc vào số lượng pixel (các điểm nhạy sáng) có mặt trên cảm biến, và kích cỡ của các pixel này.

Có những loại cảm biến máy ảnh nào?

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.

Cảm biến máy ảnh - Những điều cơ bản (phần 1) | 50mm Vietnam

  • CCD là một trong những công nghệ lâu đời nhất được sử dụng trên máy ảnh kỹ thuật số và cung cấp chất lượng hình ảnh vượt trội so với cảm biến CMOS, với dải tương phản động và kiểm soát nhiễu tốt hơn. Hiện nay, CCD vẫn được sử dụng trong các mẫu máy ảnh du lịch giá rẻ, nhưng quá trình lắp ráp khó khăn và tiêu thụ điện năng quá nhiều nên các nhà sản xuất thường thay thế nó bằng cách sử dụng cảm biến CMOS.
  • CMOS được cho là có chất lượng ảnh kém hơn so với CCD. Khi công nghệ ngày càng phát triển thì cảm biến CMOS đã có những đột phá mới khiến cho chất lượng của cảm biến tăng lên đáng kể, thậm chí vượt qua cả tiêu chuẩn CCD. Với nhiều chức năng tích hợp hơn so với CCD, cảm biến CMOS hoạt động hiệu quả hơn, cần ít năng lượng hoạt động hơn và hoạt động tốt hơn cho các chế độ chụp tốc độ cao.
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) 

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)

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.

Ngoài 2 loại kể trên ra. chúng ta còn có cảm biến Foveon X3 mới hơn, dựa trên công nghê CMOS, chỉ được sử dụng trong các máy ảnh compact và DSLR của Sigma.

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.

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.

Live MOS là nhà sản xuất cho các cảm biến hình ảnh mà Leica, Olympus và Panasonic sử dụng trong các máy ảnh DSLR của họ. Các cảm biến này được cho là có thể cung cấp hình ảnh với chất lượng ngang bằng với CCD nhưng với mức tiêu thụ điện năng thấp hơn CMOS.

Kích cỡ của một số loại cảm biến máy ảnh

Có rất nhiều kích cỡ của cảm biến, kích cỡ sẽ quyết định nhiều đến vấn đề giá thành của máy ảnh. Tuy nhiên Học Làm Phim chỉ liệt kê một số loại cảm biến phổ thông nhất mà thôi. 

Những điều cần biết về cảm biến máy ảnh 20

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.
Fujifilm GFX 50S, chiếc máy ảnh kỹ thuật số cảm biến Medium Format đầu tiên của hãng

Fujifilm GFX 50S, chiếc máy ảnh kỹ thuật số cảm biến Medium Format đầu tiên của hãng

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.
EOS-1D X Mark III hứa hẹn nhiều tính năng đột phá mới khi ra mắt

EOS-1D X Mark III hứa hẹn nhiều tính năng đột phá mới khi ra mắt

Cảm biến APS-H

Đây là loại cảm biến phổ biến nhất cho cả máy ảnh ống kính có thể thay thế và không thay thế được, nó có mặt trên hầu hết các dòng máy ảnh DSLR.

  • Kích thước cảm biến là 28.7mm x 19mm
  • Kích thước nhỏ hơn so với Full Frame nhưng lớn hớn cảm biến APS-C
  • Hệ số crop của cảm biến này tương ứng giữa hai khung hình ở mức 1,3 lần

Một ống kính 24 mm được sử dụng với cảm biến này sẽ cung cấp độ dài tiêu cự hiệu quả gần bằng với 31mm.

Cảm biến APS-C

Cảm biến này có kích thước gần giống như APS-H, 23.6mm x 15.8mm. Hầu hết các người dùng máy ảnh DSLR và người đam mê thương hiệu lớn như: Canon, Nikon, Pentax và Sony đều sử dụng cảm biến APS-C, nhưng không phải tất cả các cảm biến APS-C đều giống nhau.

  • 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.
  • Cung cấp sự cân bằng tốt giữa tính di động của hệ thống, chất lượng hình ảnh và sự linh hoạt của ống kính
Sony A6600 được đánh giá là ông vua máy ảnh crop

Sony A6600 được đánh giá là ông vua máy ảnh crop

Cảm biến M43 (Four Thirds)

Với kích thước cảm biến 17.3mm x 13mm, khoảng một phần tư kích thước của cảm biến Full-frame, Four Thirds là một tiêu chuẩn DSLR mở do Olympus và Kodak tạo ra. Nó được sử dụng trong tất cả các dòng máy ảnh DSLR của Olympus và Panasonic Four Thirds và Micro Four Thirds.

  • 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

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

Hệ số crop (crop factor)

Hệ số cắt (crop factor) cho biết tỉ lệ giữa đường chéo máy full frame và đường chéo của các loại cảm biến khác.
Những điều cần biết về cảm biến máy ảnh 21

Yếu tố Crop cũng thường được dùng trong độ dài tiêu cự. Bạn có thể biết tiêu cự ống kính máy ảnh của mình dùng tương đương với tiêu cự nào trên Full-Frame, chỉ cần lấy độ dài tiêu cự của ống kính có được nhân với hệ số Crop là sẽ ra kết quả. Ngoài ra, con số này cho ta biết mức độ quy đổi tiêu cự và góc nhìn tương đương trong máy ảnh. Nó cung cấp một hệ chuẩn để các nhiếp ảnh gia có thể hiểu góc nhìn của các ống kính sẽ như thế nào khi được gắn trên một máy ảnh Crop hay Full-Frame.

Bảng thông số các tiêu cự cơ bản quy đổi từ Full-Frame sang các hệ số Crop

Bảng thông số các tiêu cự cơ bản quy đổi từ Full-Frame (35mm) sang các hệ số Crop

Do đó, hệ số Crop là một yếu tố quan trọng giúp bạn quyết định có nên mua một máy ảnh nào đó hay không. Với cùng một ống kính cùng tiêu cự và cự ly tương ứng, máy có cảm biến với hệ số Crop lớn hơn sẽ cho khuôn hình với góc chụp hẹp hơn, tạo hiệu ứng kéo gần và phóng to đối tượng hơn.