221
2081
CNTT - Viễn thông
cntt
/cntt/
759152
Du Xuân trong... máy ảnh kỹ thuật số
1
Article
null
Du Xuân trong... máy ảnh kỹ thuật số
,

Tuy máy ảnh kỹ thuật số đã khá quen thuộc với người tiêu dùng, nhưng trong lúc rỗi rãi ngày Xuân ta càng có thêm điều kiện nhẩn nha tìm hiểu sâu hơn về nó. Nhất là trong ba ngày xuân, trong khi mọi người nhàn hạ thì thiết bị này phải "lao động cật lực"!

Trong hai mươi năm qua, việc chuyển đổi thông tin từ dạng tương tự (analog) sang dạng kĩ thuật số (digital) là một đột phá lớn. Đa phần những tiến bộ công nghệ trong lĩnh vực hàng điện tử tiêu dùng, trong đó máy ảnh là một thí dụ điển hình, đều bắt nguồn từ sự chuyển đổi cơ bản này.

Những máy ảnh truyền thống (ta thường gọi là máy ảnh phim, hay máy cơ) phụ thuộc hoàn toàn vào những xử lý hoá học và cơ học, còn máy ảnh số hoạt động bằng nguồn năng lượng từ pin và có một máy vi tính bên trong. Vì phim vẫn cho ra nhưng tấm ảnh chất lượng cao hơn, nên hiện tại máy ảnh số chưa thể thay thế hoàn toàn thay thế máy ảnh truyền thống, nhưng rõ ràng là nó đang ngày càng trở nên đắc dụng nhờ những cải thiện về công nghệ ảnh số.

Mách bạn

Công ty Hewlett Packard (HP) ước tính rằng một phim 35 mm thông thường có độ phân giải tương đương 20 megapixel

Bây giờ, chúng ta hãy làm một chuyến du ngoạn vào bên trong những thiết bị số này để tìm hiểu điều gì khiến chúng trở nên kỳ diệu.

Công nghệ ghi ảnh

Bạn có biết?

Mô tả quá trình chụp ảnh bằng công nghệ số

- Bật nút khởi động máy, chọn chế độ lưu và chụp ảnh thích hợp.

- Hướng máy vào vật ảnh và điều chỉnh zoom

- Nhấn nhẹ lên nút chụp ảnh, máy sẽ tự động lấy tiêu cự và đo lượng ánh sáng có được

-Máy tự ấn định độ bắt sáng và tốc độ màn trập một cách tối ưu nhất.

- Nhấn mạnh lên nút chụp ảnh.

- Máy điều chỉnh bộ cảm ứng để đón lấy ánh sáng tạo nên một lượng điện tích cho đến khi màn trập đóng lại.

- Bộ ADC chuyển lượng điện tích này thành tín hiệu số tại mỗi pixel.

- Bộ vi xử lý tự động thêm dữ liệu ở những pixel khác nhau để tạo nên mày thực, và hiển thị ảnh lên màn hình LCD.

- Bộ xử lý thực hiện mức độ nén ảnh ảnh đã được ấn định trước

- Thông tin của ảnh được lưu trữ vào thẻ nhớ.

Ảnh số là một chuỗi những con số nhị phân (1 và 0) được mã hoá, đại diện cho những chấm màu nhỏ li ti mà ta gọi là điểm ảnh (pixel). Máy vi tính đọc và giải mã chuỗi số này rồi đưa lên màn hình để hiển thị thành hình ảnh mà bạn đã chụp. Sau đó, khi in ảnh máy in sẽ nhận tín hiệu dưới dạng số rồi in ra giấy tấm ảnh bạn mong muốn.

Để lưu một bức ảnh dưới dạng file (tập tin) số bạn có thể chụp hình bằng một máy ảnh truyền thống, tráng phim rồi rọi ra giấy; sau đó, đưa tấm ảnh vào một máy quét (scanner) để chuyển nó thành một file tin lưu trữ trong thẻ nhớ hoặc ổ cứng máy vi tính. Nhưng đơn giản hơn cả là bạn dùng máy ảnh số để chụp, chỉ với một thao tác bấm máy là bạn đã có file ảnh lưu sẵn.

Giống như máy ảnh truyền thống, máy ảnh số cũng dùng ống kính để thu nhận ánh sáng tạo nên hình ảnh. Nhưng thay vì chiếu ánh sáng đó vào tấm phim, máy ảnh số chiếu nó lên một thiết bị bán dẫn để ghi lại hình ảnh dưới dạng dòng điện. Một máy vi tính nhỏ bên trong sẽ chuyển những thông tin điện tử này thành dữ liệu số. Đây là tiến trình hoạt động cơ bản của mọi máy ảnh số. Và chúng ta sẽ tiếp tục tìm hiểu tiến trình này.

Bộ cảm biến ánh sáng

Thay  vì dùng phim, máy ảnh số có một bộ cảm biến để chuyển ánh sáng thành dòng điện.

Phần lớn máy ảnh số hiện nay sử dụng bộ cảm biến gọi là CCD(Charge Coupled Device). Một số khác dùng công nghệ CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Cũng có một vài khác biết giữa hai loại cảm biến này:

CCD chuyến dòng điện qua một con chip. Một bộ ADC (Analog-to-Digital Converter) sẽ đo lượng điện tại mỗi tế bào quang điện và chuyển đổi giá trị đo lường này thành dạng số. CMOS dùng nhiều transistor tịa mỗi một điểm ảnh để khuyếch đại và di chuyển lượng điẹn tích này qua hệ thống truyền dẫn. Tín hiệu trong CMOS là tín hiệu số nên nó không cần bộ phận ADC.

Độ phân giải

Độ phân giải là mức độ chi tiết của hình ảnh mà một máy ảnh số có thể chụp được, nó được đo bằng pixel. Độ pixel càng lớn thì hình càng rõ nét và khi phóng to sẽ không bị mờ, nhoè.

Độ phân giải chuẩn gồm:

  • 256x256: Độ phân giải này có tổng cộng 65.000 pixel, chất lượng ảnh rất thấp, thường gặp ở những máy ảnh số loại rất rẻ tiền.

  • 640x480- Thích hợp cho những ảnh gửi bằng email hoặc đăng trên web, thường gặp ở những máy ảnh cấp thấp.

  • 1216x912- Tương đương với 1,109 megapixel ( 1 megapixel= 1 triệu pixel), thích hợp với ảnh in ra giấy 10x15

  • 1600x1200- Dung lượng gần 2 megapixel, đây là độ phân giải cao. Nó cho phép bạn in trên khổ ảnh 10x15 cm với chất lượng khá ổn.

  • 2240x1680- Độ phân giải này thường thấy ở máy ảnh loại 4 megapixel, cho phép bạn in ảnh lớn với chất lượng cao trên khổ ảnh có thể lên đến 40x50cm

  • 4064x2704- Máy nảh có ảnh chụp đạt độ phân giải này (11,1 megapixel) được liệt vào loại máy ảnh cao cấp.

Cũng có những máy ảnh số chuyên nghiệp có độ phân giải trên 12 megapixel, một số máy có tới 16-20 megapixel, tức là chất lượng ảnh về lý thuyết không hề thua kém phim 35 mm.

Dung lượng và độ phân giải của ảnh

Độ phân giải

TIFF (không nén)

JPEG ( Chất lượng cao)

JPEG (Chất lượng trung bình)

640x480

1.0MB

300KB

90KB

800x600

1.5MB

500KB

130KB

1024x768

2.5MB

800KB

200KB

1600x1200

6.0MB

1.7 MB

420KB

Cách cảm nhận màu sắc

Các tế bào quang điện đều "mù màu", chúng chỉ cảm nhận được mật độ ánh sáng đập vào bề mặt của chúng. Do vậy, để có được một hình ảnh đủ màu sắc, hầu hết các bộ cảm biến phải sử dụng bộ lọc để chuyển ánh sáng thực thành ba màu cơ bản RGB (đỏ, xanh lá, xanh dương). Khi máy ảnh ghi nhận ba màu này, nó sẽ kết hợp chúng lại thành một dải màu đầy đủ.

Có nhiều cách để ghi ba màu này vào máy ảnh. Máy ảnh chất lượng cao dùng ba bộ cảm biến, mỗi bộ có một bộ lọc riêng. Một bộ phận tách luồng ánh sáng (beam splitter) sẽ đưa ánh sáng đến ba bộ cảm biến, nhờ bộ lọc, mỗi bộ cảm biến sẽ chỉ đáp ứng với một trong ba màu cơ bản. Ưu điểm của phương pháp này là tại một vị trí pixel máy ảnh ghi nhận lần lượt mỗi màu. Tuy nhiên, phương pháp này cũng làm cho máy ảnh cồng kềnh và đắt tiền.

Phương pháp đơn giản hơn là quay ba bộ lọc trước một bộ cảm biến. Bộ cảm biến sẽ ghi nhận liên tục ba hình ảnh tách rời kế tiếp nhau. Phương pháp này cũng cho thông tin về cả ba màu cơ bản tại một vị trí pixel. Tuy nhiên, vì ba hình ảnh không được ghi nhận tại cùng một thời điểm chính xác, cả máy ảnh lẫn vật ảnh phải bất động để ba hình này không khác nhau.

Cả hai phương pháp nói trên đều hoạt động tốt với những máy ảnh chuyên nghiệp trong phòng thu hình, nhưng không áp dụng được với những trường hợp chụp hình ngẫu nhiên. Có một cách kinh tế và thực tiễn hơn để ghi nhận những màu cơ bản là đặt một bộ lọc gọi là "color filter array" trên mỗi tế bào quang điện. Nó sẽ phân ánh sáng thành nhiều điểm mang màu cơ bản. Cách này cung cấp cho máy đầy đủ thông tin trong vùng phụ cận của mõi bộ cảm biến để tạo nên màu sắc thực tại vị trí đó theo phương pháp nội suy (interpolation).

Bayer Filter là dạng thông dụng nhất của các bộ lọc. Dạng này thay đổi một dãy các bộ lọc màu đỏ và xanh lá bằng một dãy bộ lọc màu xanh dương và xanh lá. Những điểm ảnh sẽ không được phân chia đồng đều theo cách số lượng điểm ảnh xanh lá bằng số lượng điểm ảnh đỏ và xanh dương cộng lại. Lý do là mắt người có độ nhạy không giống nhau với ba màu cơ bản này. Do vậy, những điểm ảnh xanh lá sẽ nhiều hơn một chút để tạo nên một hình ảnh mà mắt người sẽ cảm nhận như là màu thực.

Ưu điểm của phương pháp này là chỉ cần dùng một bộ cảm biến, và tất cả những thông tin về màu sắc được ghi nhận tại cùng một thời điểm. Điều này có nghĩa là máy ảnh có thể nhỏ gọn, rẻ tiền và hữu dụng hơn trong nhiều tình huống chụp ảnh khác nhau. Kết quả thô có được từ bộ cảm biến với bộ lọc Bayer là một mẫu hình gồm những điểm ảnh mang màu cơ bản với mật độ khác nhau.

Máy ảnh số sử dụng những thuật toán giải mã chuyên dụng để chuyển đổi mẫu hình này thành một mẫu hình tương ứng mang màu sắc thực. Điểm quan trọng trong phương pháp này là mỗi pixel có thể dược sử dụng lại. Màu sắc thực của một pixel được quyết định bởi giá trị bình quân từ những pixel lân cận gần nhất.

Độ bắt sáng và tiêu cự

Mách bạn

Một vài số liệu

Với một máy ảnh 3 megapixel, bạn có thể chụp ảnh có độ phân giải cao hơn ảnh hiển thị trên hầu hết các màn hình vi tính. Ban có thể dùng trình duyệt web để xem ảnh ở định dạng JPEG.
Máy ảnh số đầu tiên được bán cho người tiêu dùng vào năm 1994 bởi Công ty Kodak và Apple. Năm 1998, Sony bán được hơn 700.000 máy quay kĩ thuật số có khả năng nhìn xuyên quần áo.
CMOS có nhiều transistor tại mỗi điểm ảnh nên độ nhạy ánh sáng của một chip CMOS thấp hơn.
CCD tiêu thụ điện năng nhiều hơn 100 lần so với một CMOS tương ứng.
CCD đã được sản xuất đại trà từ lâu nên hoàn thiện hơn; do đó nó có thẻ cho những điểm ảnh chất lượng cao hơn.

Bao nhiêu pixel?
Bạn có để ý sự khác biệt giữa số pixel của máy ảnh với độ phân giải? Ví dụ, máy ảnh 2,1 megapixel tại sao lại chỉ có thể cho ảnh chụp có độ phân giải 1600x1200 ? Đây hoàn toàn không phải lỗi do làm tròn số. Sự khác biệt này là do bộ cảm biến CCD phải có mạch điện cho bộ phận ADC hoạt động, vì vậy số điểm ảnh ghi hình trên thực tế sẽ nhỏ hơn chút ít. Mạch này được nhuộm đen để không hấp thu ánh sáng và làm biến dạng ảnh.

Giống như máy ảnh dùng phim, máy ảnh số phải kiểm soát lượng ánh sáng đến bộ cảm biến. Để thực hiện điều này, máy sử dụng 2 bộ phận:

  • Aperture (Màn trập): điều khiển độ mở của ống kính. Đa số máy ảnh số có aperture tự động, nhưng một số máy cho phép bạn điều chỉnh bộ phận này bằng tay để có được những tấm ảnh chuyên nghiệp hơn hoặc theo ý thích của bạn.

  • Shutter speed (tốc độ màn trập): điều khiển thời gian cho ánh sáng lọt qua màn trập.

Hai bộ phận này cùng hoạt động với nhau để điều khiển lượng ánh sáng cần thiết nhằm tạo ra một tấm ảnh đẹp. Bên cạnh việc kiểm soát lượng ánh sáng, máy ảnh cũng phải điều chỉnh ống kính để kiểm soát lượng ánh sáng chiếu tập trung vào bộ cảm biến. Việc này được thực hiện bằng cách điều chỉnh tiêu cự của ống kính. Chiều dài tiêu cự là khoảng cách giữa ống kính đến bề mặt của phim hoặc bộ cảm biến. Đây là một yếu tố quan trọng khiến máy ảnh số có ống kính khác với máy ảnh dùng phim. Bộ cảm biến của máy số thường nhỏ hơn một tấm phim 35 mm. Do vậy, để chiếu hình ảnh lên một bộ cảm biến, chiều dài tiêu cự cũng quyết định độ phóng đại (zoom) hình ảnh khi bạn nhìn qua máy.

Ở máy ảnh chụp phim 35 mm, vật ảnh sẽ có kích thước tự nhiên với chiều dài tiêu cự là 50 mm. Vật ảnh sẽ dường như gần hơn (đồng nghĩa với việc bạn thấy nó lớn hơn) hoặc xa hơn khi bận tăng hoặc giảm chiều dài này. Ống kính zoom là ống kính có thể điều chỉnh chiều dài tiêu cự. Máy ảnh số có thể có ống kính zoom quang học hoặc kĩ thuật số, hoặc cả hai.

Có bốn dạng ống kính được sử dụng trong máy số.

  • Tiêu cự cố định, ống zoom cố định: Thường thấy trong những máy ảnh dùng phim loại rẻ tiền, dùng một lần, khả năng bị hạn chế.

  • Ống zoom quang học với tiêu cự tự động: Tương tự ống kính của máy quay video, có thể chụp xa và rộng. Những ống kính loại này tự động điều chỉnh chiều dài tiêu cự tuỳ theo thông tin ảnh đến bộ cảm biến.

  • Ống zoom số: với ống kính này, máy ảnh số lấy những pixel ở trung tâm bộ cảm biến và tự thêm những thông tin của các pixel này vào những vùng phụ cận để tạo nên một hình ảnh đầy đủ. Tuỳ thuộc vào độ phân giải và chất lượng của bộ cảm biến, ống kính này có thể cho những ảnh có hột hoặc không rõ nét.

  • Hệ ống kính có thể thay thế được: đây là loại ống kính rời, bạn có thể lắp ống kính của máy ảnh 35 mm.

Bộ phận lưu trữ

Hầu hết máy ảnh số đều có một màn hình tinh thể lỏng (LCD) dùng để hiển thị ảnh cần chụp và cho phép bạn xem ngay tấm ảnh vừa chụp. Đây là một trong những lợi thế của sản phẩm này.

Những thế hệ máy ảnh số cũ có một bộ phận lưu trữ cố định bên trong máy. Bạn pahỉ dùng dây cáp để nối chúng trực tiếp với máy vi tính. CÁc máy hiện nay thường dùng nhiều loại thẻ nhớ khác nhau có thể tháo rời được giúp lưu trữ ảnh chụp. Những thẻ này có thẻ sử dụng nhiều lần và lưu được rất nhiều ảnh.

Ảnh chụp có thể được lưu ở nhiều định dạng khác nhau. Hai kiểu định dạng thường dùng nhất là TIFF (không nén) và JPEG (có nén). Dung lượng ảnh nhiều hay ít tuỳ thuộc vào độ phân giải của ảnh và định dạng bạn dùng.

(Theo Điện tử tiêu dùng)

,
Ý kiến của bạn
Ý kiến bạn đọc
,
,
,
,