Tìm hiểu về cảm biến máy ảnh, những loại cảm biến máy ảnh phổ biến hiện nay

Cảm biến là một trong những chi tiết nhỏ nhưng sức mạnh của nó đã làm thay đổi ngành công nghiệp nhiếp ảnh nói chung và là bước nhảy vọt trong lịch sử ngành nhiếp ảnh. Hãy cùng Tokyo Camera tìm hiểu về cảm biến máy ảnh trong bài viết này.

Cảm biến máy ảnh là gì? Chức năng của cảm biến máy ảnh

Cảm biến chính là đôi mắt, linh hồn của máy ảnh. Đây cũng chính là phần quan trọng nhất trên một chiếc máy ảnh. Giá trị của cảm biến đôi khi chiếm ⅓ giá trị của máy ảnh. Cảm biến cũng ảnh hưởng tới kích cỡ ảnh thu được, độ phân giải hình ảnh, khả năng chụp ảnh trong điều kiện ánh sáng yếu (chụp ảnh thiếu sáng), dải nhạy sáng, độ sâu trường ảnh và kích thước máy ảnh.

Cấu tạo của cảm biến máy ảnh

Cảm biến máy ảnh được cấu tạo từ một tấm silicon, có thể chứa các tế bào quang điện. Tác dụng của cảm biến là thu nhận ánh sáng phát ra từ sự vật và bối cảnh, sau đó chuyển đổi những gì mắt ta thấy được qua kính ngắm hoặc màn hình lấy nét LCD thành hình ảnh.

Thông qua cảm biến máy ảnh, chất lượng hình ảnh sẽ được quyết định đẹp hay xấu, màu ảnh chất lượng cao hay thấp. Cũng như kích cỡ ảnh tối đa mà ta có thể thu được, cũng như có thể dùng để in bức ảnh này ra.

Chất lượng ảnh của thu được không chỉ phụ thuộc vào kích thước vật lý mà cảm biến được thiết kế, chất lượng ảnh cũng phụ thuộc vào số lượng điểm ảnh (hay còn gọi là điểm nhạy sáng – pixel có trên bề mặt của cảm biến) cũng như kích cỡ của pixel.

Kích thước tổng thể của cảm biến máy ảnh, ảnh hưởng tới chất lượng ảnh mà bạn thu được khi nhìn qua khung ngắm hay kính ngắm. Nó cũng là yếu tố quyết định những gì bạn đang chụp và những gì thực sự được ghi lại trong từng khung hình. Các cảm biến hình ảnh nhỏ (ví dụ như cảm biến crop) thường thu được ít cảnh hơn so với những cảm biến toàn khung hình (full-frame).

Phân Loại Các Cảm Biến Máy Ảnh Đang Có Trên Thị Trường Hiện Nay

Theo Cơ Chế Hoạt Động

Ngày nay, có hai loại cảm biến được sử dụng phổ biến là CCD và CMOS. Cả hai loại cảm biến trên đều thực hiện cùng một nhiệm vụ, chức năng chính giống nhau đó là biến các tín hiệu thu được dưới dạng ánh sáng thành tín hiệu điện tử.

Cảm biến hình ảnh CCD

CCD là viết tắt của cụm từ Charge-coupled device (tạm dịch là Thiết bị ghép điện tích) là một trong những công nghệ cảm biến lâu đời nhất, cảm biến này sử dụng trên máy ảnh kỹ thuật số. Nó cung cấp chất lượng hình ảnh vượt trội so với cảm biến CMOS, với điểm ảnh tương phản động, khả năng kiểm soát nhiễu hạt ảnh tốt hơn.

Cảm biến hình ảnh CCD được sử dụng trong những thiết bị nhiếp ảnh nào ?

Ngày nay, các cảm biến CCD vẫn được sử dụng phổ biến trong những mẫu máy ảnh du lịch giá rẻ. Tuy nhiên, trong quá trình lắp ráp khó khăn và thường xuyên tiêu thụ điện năng nhiều nên các nhà sản xuất thường phải thay thế cảm biến CCD bằng cảm biến CMOS.

Cảm biến CMOS

Như đã nói ở trên, cảm biến CMOS thường được đánh giá là có chất lượng hình ảnh kém hơn so với CCD. Khi công nghệ, kỹ thuật sản xuất cảm biến ngày càng phát triển, cảm biến CMOS vì thế cũng đã có những đột phá mới giúp chất lượng của cảm biến tăng lên đáng kể, vượt qua cả những tiêu chí vốn thấy trên những cảm biến CCD tiêu chuẩn.

Những ưu thế của cảm biến CMOS

Với nhiều chức năng được tích hợp so với cảm biến CCD, cảm biến CMOS tiêu thụ ít điện năng hơn, hoạt động hiệu quả hơn ở các chế độ chụp ảnh tốc độ cao.

Ngoài ra, cảm biến Foveon X3 mới hơn, dựa trên công nghệ cấu trúc cảm biến CMOS, chỉ được vốn thường được sử dụng trên những dòng máy ảnh compact và DSLR của nhà sản xuất máy ảnh Sigma.

Live MOS là nhà sản xuất các cảm biến hình ảnh mà các thương hiệu máy ảnh hàng đầu trên thế giới như Leica, Panasonic và Olympus sử dụng trên những dòng máy ảnh DSLR. Các cảm biến hình ảnh CMOS này thường có khả năng cung cấp hình ảnh với chất lượng ngang với những cảm biến CCD, nhưng có mức tiêu thụ điện năng thấp hơn so với CMOS.

Phân Loại Theo Kích Thước

Hiện nay, có rất nhiều kích cỡ cảm biến khác nhau, kích cỡ cảm biến sẽ quyết định tới những vấn đề như giá thành và chất lượng, tỉ lệ khung hình thu được của máy ảnh.

Medium Format

Đây là loại cảm biến có kích thước lớn nhất hiện nay. Một số hãng sản xuất cảm biến máy ảnh có cảm biến lớn hơn như: Pentax – chuyên sản xuất những dòng máy ảnh có kích thước cảm biến phổ thông là 43.8mm x 32.8mm. Ngoài ra, một số dòng máy ảnh từ các thương hiệu như PhaseOne, Hasselblad có kích thước cảm biến với tỉ lệ 40.2mm x 53.7mm.

Chất lượng hình ảnh của cảm biến Medium format

Trên lý thuyết, cảm biến Medium format cho hình ảnh có chất lượng cao hơn so với các máy ảnh có cảm biến với kích thước nhỏ hơn. Điều này đạt được nhờ khả năng thu được nhiều ánh sáng hơn để tái tạo hình ảnh. Cảm biến hình ảnh lớn hơn cho phép các nhà sản xuất tăng cường số pixel trên các tấm cảm biến dễ dàng hơn.

Cảm biến Medium Format được trang bị trên những thiết bị nhiếp ảnh nào ?

Do vấn đề chi phí nên phần lớn những cảm biến medium format chỉ xuất hiện trên những dòng máy ảnh chuyên nghiệp, như những dòng máy ảnh DSLR với khả năng tương thích với nhiều dòng ống kính máy ảnh hơn, hỗ trợ tự động lấy nét nhanh hơn.

Cảm biến Full Frame

Cảm biến full-frame là cảm biến máy ảnh có kích thước 36mm x 24mm. Tên gọi này xuất phát từ lý do nó giống như khung hình của phim 35mm tiêu chuẩn. Cảm biến tiêu full frame có kích thước lớn gấp đôi so với cảm biến APS-C. Do có kích thước lớn hơn nên hình ảnh thu được vì thế sẽ không bị cắt xén, những gì bạn nhìn thấy qua khung ngắm chính là toàn bộ những gì bạn có thể lấy nét chụp.

Cảm biến Full Frame được sử dụng trên những thiết bị nhiếp ảnh nào ?

Cảm biến Full Frame được sử dụng kết hợp với những thiết bị nhiếp ảnh có ống kính khẩu độ rộng, nhằm giúp tối ưu hóa độ sâu trường ảnh ở mức cực kỳ nông. Ngoài ra, cảm biến full frame cũng là lựa chọn phù hợp để chụp ảnh macro và quay video. Chính vì vậy, cảm biến Full frame ta thường bắt gặp trên những thiết bị chụp ảnh chuyên nghiệp, bao gồm các máy ảnh DSLR và máy ảnh không gương lật (mirrorless).

Một số dòng máy ảnh được trang bị cảm biến Full Frame

Nếu trước đây chỉ có những chiếc máy ảnh cồng kềnh như: Canon EOS 5D Mark III; Nikon D4 và Nikon D800 được gọi là những con quái thú trong phân khúc máy ảnh DSLR do sở hữu cảm biến full frame. Tuy nhiên, trong những năm vừa qua công nghệ cảm biến ngày càng được cải tiến, những máy ảnh có ống kính cố định như những dòng máy ảnh compact của Sony – điển hình là dòng máy ảnh Sony Cyber-Shot đã bắt đầu được trang bị cảm biến full frame.

Cảm biến APS-H

Đây là một trong những cảm biến máy ảnh phổ biến được sử dụng cho cả những loại máy ảnh sử dụng ống kính cố định (ống kính fixed) và những loại máy ảnh có thể thay, hoán đổi ống kính, đặc biệt là những dòng máy ảnh DSLR.

Kích thước của cảm biến APS-H

Hiện nay, hầu hết các cảm biến APS-H trên thị trường có kích thước tiêu chuẩn rơi vào khoảng 28.7mm x 19mm. Đây có thể coi là sự kết hợp dung hòa giữa kích thước cảm biến lớn với số lượng mật độ điểm ảnh hiệu dụng vừa phải đủ để tăng tốc độ chụp và hiệu suất nhạy sáng của máy ảnh (ISO).

Đặc điểm của cảm biến APS-H

Cảm biến APS-H có kích thước nhỏ hơn cảm biến Full Frame, nhưng lại lớn hơn cảm biến APS-C, hệ số crop của cảm biến APS-H tương ứng ở giữa hai khung hình ở mức 1,3x. Cho nên, giả sử dụng ta sử dụng một ống kính tiêu cự 24mm thì khả năng cao sẽ thu được độ dài tiêu cự cung cấp với hiệu quả tương đương tiêu cự 31mm.

Cảm biến APS-C

Có thể coi là người họ hàng của cảm biến APS-H, cảm biến APS-C có kích thước khoảng 23.6mm x 15.8mm. Hầu hết với những người dùng máy ảnh DSLR và người đam mê máy ảnh nói chung đã quen thuộc với những thương hiệu nổi tiếng về máy ảnh và thiết bị nhiếp ảnh, quay phim như: Canon, Pentax, Nikon hay Sony, các dòng máy ảnh của những thương hiệu hầu như đều sử dụng cảm biến APS-C, nhưng một lưu ý là không phải tất cả các cảm biến APS-C đều giống nhau hoàn toàn.

Cụ thể, một cảm biến APS-C trên máy ảnh Canon, có kích thước 22.2mm x 14.8mm. Ngược lại, các hãng máy ảnh khác như Fujifilm; Pentax, Sony và Nikon (DX) lại có kích thước cảm biến dao động với tỉ lệ từ 23.5mm x 15.6mm cho đến 23.7mm x 15.6mm.

Cảm biến APS-C thường được sử dụng trong thiết bị nhiếp ảnh nào ?

Các cảm biến APS-C đã được sử dụng trong những dòng máy ảnh kỹ thuật số cơ, máy ảnh DSLR tầm trung. Ngày nay, chúng xuất hiện nhiều trong những dòng máy ảnh không gương lật. Nhờ khả năng cân bằng giữa tính cơ động của thân máy và chất lượng hình ảnh, cũng như sự linh hoạt của ống kính máy ảnh.

Cả cảm biến APS-C và cảm biến APS-H đều được gọi là “cảm biến crop”. Với cảm biến crop, khi lắp ống kính ta cần lấy tiêu cự trên ống kính x số lần tỉ lệ crop (thường là 1.3x hoặc 1.6x đối với dòng máy ảnh Canon) hoặc là 1.5x (với dòng máy ảnh Sony, Pentax, Nikon,vv) để có thể tính toán được một tiêu cự chuẩn như cảm biến full-frame.

Cảm Biến Four Thirds

Kích thước của cảm biến Four Thirds

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 hai nhà sản xuất máy ảnh là Olympus và Kodak tạo ra. Chình vì vậy, ta có thể tìm thấy những cảm biến Four Thirds được sử dụng trên tất cả những chiếc máy ảnh DSLR của thương hiệu Olympus hay Panasonic Four Thirds hay thậm chí là Micro Four Thirds.

Đặc Điểm Của Cảm Biến Four Thirds

Cảm biến Four Thirds có hệ số crop tăng gấp đôi, kèm tăng gấp đôi độ dài tiêu cự hiệu quả của ống kính được gắn.

Một số mẫu máy ảnh sử dụng cảm biến Four Thirds (cảm biến 4/3 inch)

Một số model máy ảnh sử dụng cảm biến này như: Olympus Pen E-PL5, Olympus OM-D E-M1 hay Panasonic Lumix GH1.

Cảm biến 1 inch (cảm biến CX)

Được công bố lần đầu tiên vào đầu năm 2011, định dạng CX của NIkon đã được áp dụng trên máy ảnh Nikon 1. Cho tới đầu năm 2012, khi Sony đã phát hành máy ảnh kỹ thuật số Cyber-shot DSC-RX100 – chiếc máy ảnh compact bỏ túi, sử dụng cảm biến 1 inch (kích thước 13.2 x 8 mm) với hệ số crop 2.7x.

Cảm biến 1 inch được sử dụng trên những thiết bị nhiếp ảnh nào?

Cảm biến 1 inch là lựa chọn phổ thông nhất hiện nay, ta có thể bắt gặp chúng trên hầu hết các máy ảnh nhỏ gọn (GoPro, DJI Osmo Action, Insta360 1 inch,vv), có kích thước hợp lý là một lợi thế giúp nó trở thành một lựa chọn linh hoạt nhưng cho hiệu suất hình ảnh thu lại cao.

Cảm biến CX hiện đang được sử dụng trên những thiết bị như máy ảnh compact bỏ túi, các dòng camera hành động, hành trình (Action Camera). Các ống kính trên những máy ảnh này thường có tiêu cự giới hạn trong khoảng từ 24mm-100mm hoặc nhỏ hơn là 24mm-70mm.

Những máy ảnh sử dụng cảm biến hình ảnh này thường cung cấp chất lượng hình ảnh tốt, đặc biệt là những máy ảnh nhỏ gọn với khẩu độ tối đa rộng hơn, cho phép ta thu được nhiều ánh sáng và lấy được nhiều nét hơn.

Cảm biến 1/1.7 inch

Cảm biến 1/1.7 inch cho phép việc tách đối tượng khỏi nền dễ dàng hơn. Cũng như mang lại hiệu suất tốt hơn trong quá trình chụp ảnh thiếu sáng (nhờ kích thước cho phép cảm biến thu được nhiều ánh sáng hơn). 

Kích thước của cảm biến Cảm biến 1/1.7 inch

Kích thước chi tiết của cảm biến 1/1.7 inch là 7.6mm x 5.7mm.

Cảm biến 1/1.7 inch từng là lựa chọn “mặc định” cho những chiếc máy ảnh compact huyền thoại. Tuy nhiên, với những tiến bộ công nghệ vượt bậc trong ngành chip, chất bán dẫn. Sự xuất hiện của cảm biến 1 inch chính là “người kế nhiệm” hoàn hảo, tối ưu hơn về mặt hiệu năng so với cảm biến 1/1.7 inch.

Cảm biến 1/2.3 inch

Đây cũng là cảm biến máy ảnh nhỏ nhất thường được sử dụng trong những dòng máy ảnh phổ thông hiện nay, nhất là trong những dòng máy ảnh compact, máy ảnh bỏ túi. Cảm biến 1/2.3 inch hỗ trợ độ phân giải từ 16 – 24 MP và có kích thước 6.3mm x 4.7mm.

Sự “thất sủng” của cảm biến 1/2.3 inch

Ngày nay, các nhà sản xuất đã dần chuyển sang sử dụng những cảm biến có kích thước lớn hơn, điều này khiến cảm biến 1/2.3 inch dần bị thay thế và không còn phổ biến trong các máy ảnh chuyên nghiệp nữa.

Kích thước nhỏ của cảm biến 1/2.3 inch

Kích thước cảm biến nhỏ của cảm biến 1/2.3 inch cho phép các nhà sản xuất tạo ra những chiếc máy ảnh có kích thước rất nhỏ, gọn kèm ống kính tiêu cự dài, có thể kể đến như:dòng máy ảnh Canon PowerShot SX730 HS hay máy ảnh siêu zoom Panasonic ZS70/TZ90.

Trong những điều kiện ánh sáng tốt, những máy ảnh có thể sử dụng cảm biến 1/2.3 inch để tạo hình ảnh có chất lượng hình chấp nhận được. Tuy nhiên, ảnh có thể bị nhiễu hạt và mờ nếu chụp trong điều kiện thiếu sáng.

Các Tiêu Chí Cần Khi Lựa Chọn Cảm Biến Máy Ảnh

Loại máy ảnh

Với máy ảnh không gương lật

Hiện nay, các dòng máy ảnh không gương lật nhỏ gọn, được trang bị đa dạng kích cỡ cảm biến máy ảnh khác nhau. Những cảm biến máy ảnh có kích cỡ nhỏ như 1/2.3 inch (trên máy ảnh Pentax Q) hay cảm biến 1 inch được sử dụng trên dòng máy ảnh 1 Series của Nikon Ngược lại, Olympus Pen, OM-D E-M5 và Panasonic Lumix GF5 lại được trang bị cảm biến 4/3 inch (cảm biến Micro Four Thirds).

Với những dòng máy ảnh compact

Điển hình là những máy ảnh Nikon Coolpix A hay Fuji X100S thường được trang bị cảm biến APS-C. Trong khi, những dòng máy ảnh của Fujifilm như dòng X20 lại thường trang bị cảm biến 2/3 inch hay dòng Canon G1 X lại được trang bị cảm biến 1,5-inch.

Các dòng máy ảnh trang bị hỗ trợ ngắm điện tử và chụp tiêu chuẩn như dòng Canon PowerShot (chẳng hạn như dòng SX280 HS) hay Samsung Galaxy sử dụng cảm biến 1/2.3 inch. Trong khi, dòng máy ảnh tốt hơn như Nikon P7800 lại được trang bị cảm biến CMOS 1/1.7 inch có kích thước lớn hơn.

Đối với các dòng điện thoại thông minh

Đối với các dòng điện thoại thông minh như iPhone 13 Pro hay 14 Pro và 14 Pro Max, chúng được trang bị cảm biến kích thước 1/1,28 inch (nguồn tin này được tham chiếu với báo VNexpress). Còn với những dòng điện thoại thông minh “cổ” như iPhone 5s và HTC One lại dừng lại ở cảm biến 1/3 inch, hay như “huyền thoại” Nokia với dòng Lumia 1020 được tích hợp cảm biến CMOS 41MP 1/1.5-inch, đã là một bước tiến lớn trong thời điểm cách đây gần 1 thập kỷ. Hay như Sony Xperia Z1 được trang bị cảm biến 1/2.3 inch, 20.7 MP.

Độ phân giải của cảm biến trên máy ảnh

Một sai lầm mặc định mà chúng ta thường lầm tưởng là số điểm ảnh trên cảm biến càng lớn đồng nghĩa với hình ảnh chụp từ camera của bạn càng đẹp, nét. Điều này KHÔNG ĐÚNG hoàn toàn, vì chất lượng ảnh không phụ thuộc toàn bộ vào số pixel lớn hay nhỏ, thay vào đó số pixel cần phù hợp với kích thước của cảm biến máy ảnh.

Với việc lựa chọn cảm biến có độ phân giải phụ thuộc vào mục đích sử dụng. Đối với kích thước lớn để in ảnh, độ phân giải là một yếu tố cần thiết nhưng đối với ảnh chụp để chia sẻ ảnh thông qua các mạng xã hội trên nền tảng trực tuyến hoặc in thông thường, độ phân giải khi này sẽ ít quan trọng hơn.

Hãy theo dõi Tokyo Camera trên những nền tảng khác để cập nhật những tin tức mới nhất về nhiếp ảnh và làm phim, các thiết bị quay phim, nhiếp ảnh chuyên nghiệp

Facebook: TokyoCameraVN

Youtube: TokyoCamera