Vì sao kích thước cảm biến ảnh lại đóng vai trò quan trọng trên cụm camera?

Hiện nay, cuộc đua về số chấm megapixel trên smartphone lại một lần nữa diễn ra trong khi kích thước cảm biến mới chính là thứ cần cải tiến. Huawei là một ví dụ điển hình cho việc nâng cấp kích thước cảm biến thay vì nâng độ phân giải camera.

Với P40 Series, Huawei tự hào tuyên bố sản phẩm của họ có kích thước cảm biến ảnh lớn hơn nhiều so với các đối thủ cạnh tranh. Trong khi đó, Sony và Samsung cũng đang dần chuyển sang phát triển kích thước cảm biến thay vì nhồi nhét số chấm megapixel. Vậy tại sao nó lại quan trọng đến như thế?

Để hiểu lý do vì sao, chúng ta cần nắm một số nguyên tắc cơ bản trong chụp ảnh: Một cảm biến kích thước lớn sẽ thu được nhiều ánh sáng hơn so với kích thước nhỏ. Càng nhiều ánh sáng thu được đồng nghĩa với việc sẽ cho ra bức ảnh đẹp hơn.

Càng sáng càng tốt

Kích thước cảm biến sẽ quyết định lượng ánh sáng thu vào thấu kính.

Hiểu một cách đơn giản, kích thước cảm biến sẽ quyết định lượng ánh sáng thu vào thấu kính, từ đó góp phần tăng chất lượng hình ảnh. Mặc dù độ phân giải đóng vai trò tái tạo chi tiết, nhưng lượng ánh sáng thu được từ cảm biến sẽ tác động đến nhiều yếu tố như cân bằng trắng, độ tương phản rộng và cả độ sắc nét. Đây là lý do vì sao các máy ảnh DSLR có độ phân giải chỉ 16MP hay 20MP vẫn chụp đẹp hơn so với smartphone 108MP hiện nay.

Hầu hết kích thước cảm biến trên điện thoại thường chỉ ở mức 1/2,55 inch (khoảng 1cm). Trong khi các mẫu máy mới thì được trang bị cảm biến 1/1,7 inch lớn hơn (khoảng 1,49cm). Và nếu đem ra so sánh, kích thước cảm biến trên máy ảnh DSLR rất lớn, khoảng hơn 1 inch (tương đương 2,5cm) - khủng hơn nhiều so với trên smartphone.

Google Pixel 4 ở chế độ chụp ảnh RAW trong điều kiện thiếu sáng, tốc độ màn trập 1/20 giây, ISO 800.

Cảm biến càng lớn sẽ càng thu được nhiều sáng, giúp các thông số tốc độ màn trập, ISO và khẩu độ hoạt động tốt hơn. Mặc dù các nhà sản xuất có thể sử dụng tính năng phơi sáng để đáp ứng điều này nhưng với điều kiện người dùng phải giữ chắc tay và không có vật thể gì đi ngang. Nếu không, bức ảnh sẽ bị mờ và gặp phải hiện tưởng "bóng ma".

Máy ảnh Nikon D3300 ở chế độ chụp ảnh RAW trong điều kiện thiếu sáng, tốc độ màn trập 1/20 giây, ISO 800.

Tương tự, ống kính khẩu độ rộng dù giúp thu nhiều sáng hơn nhưng không phải nhà sản xuất nào cũng đáp ứng được. Đồng thời khẩu độ lớn thường không hoạt động chính xác trong một số trường hợp nhất định.

Một khái niệm khác mà chúng ta cần biết là photosite. Đây là hàng triệu điểm ảnh nhạy sáng được trang bị bên trong cảm biến, sắp xếp theo nhiều cách khác nhau tùy theo từng loại. Đối với cảm biến ảnh trên smartphone, mỗi điểm ảnh là một photosite.

Kích thước của mỗi photosite tùy thuộc vào độ phân giải và kích thước của cảm biến. Cùng một kích thước cảm biến nhưng kích thước photosite càng nhỏ thì độ phân giải lại càng cao. Ngược lại, độ phân giải giữ nguyên nhưng photosite càng lớn thì kích thước cảm biến càng lớn.

Đối với các photosite có kích thước nhỏ, việc thu nhận thông tin ánh sáng từ một điểm ảnh có thể bị rò rỉ sang điểm ảnh liền kề, gây hiện tượng nhiễu mỗi khi chụp trong điều kiện ánh sáng yếu. Kích thước cảm biến và photosite nhỏ sẽ tăng nhiễu hạt và làm giảm dải tương phản động.

Cảm biến lớn sẽ thật sự tăng chất lượng hình ảnh?

Nếu nói việc nâng độ phân giải cảm biến là không có tác dụng thì không đúng. Vì trong điều kiện đầy đủ sáng, cảm biến có độ phân giải siêu cao như 48, 64 hay thậm chí là 108MP sẽ giúp bức ảnh có độ chi tiết tốt hơn.

Nhưng bù lại, ở hầu hết trường hợp, camera thường chỉ chụp ở độ phân giải thấp để tiết kiệm dung lượng và cho tốc độ chụp nhanh hơn. Tuy nhiên, việc "nhồi nhét" độ phân giải lớn vào cảm biến ảnh của các nhà sản xuất không phải là không có chủ đích. Họ sử dụng thuật toán gộp điểm ảnh cùng số chấm megapixel cao để tăng khả năng thu sáng.

Những cảm biến này thông qua phương pháp gộp điểm ảnh sẽ cải thiện đáng kể chất lượng ảnh chụp trong môi trường thiếu sáng, giúp khử nhiễu và màu sắc giữ lại được tốt hơn. Ngoài ra, chúng còn tác động đến tốc độ màn trập, ISO, giúp đảm bảo hình ảnh cho ra được sắc nét.

Bên cạnh đó, kích thước cảm biến lớn còn giúp tạo hiệu ứng xóa phông tốt hơn, tương tự như máy ảnh DSLR chuyên nghiệp. Cảm biến lớn có thể sử dụng khẩu độ, ống kính rộng để tạo ra hiệu ứng mờ phông tương tự các cảm biến nhỏ, hoặc sử dụng cùng một khẩu độ, ống kính nhỏ hơn để cho hiệu ứng xóa phông tốt hơn.

Đây chỉ là một yếu tố nhỏ trong toàn bộ tổng thể lớn

Còn rất nhiều yếu tố khác để tạo nên một hệ thống camera chất lượng.

Bên cạnh cảm biến lớn, còn rất nhiều yếu tố khác để tạo nên một hệ thống camera chất lượng. Có thể kể đến như thấu kính "xịn", chip xử lý hình ảnh mạnh mẽ hay thuật toán được tối ưu tốt, giúp tận dụng tối đa những gì phần cứng mang lại.

Ngoài ra, chất lượng camera trên smartphone đang ngày càng được thúc đẩy bởi những tiến bộ trong thuật toán xử lý và học máy. Chúng mạnh đến mức có thể đánh bại những smartphone được trang bị số chấm lớn. Mặc dù vậy, nếu cả hai không kết hợp nhuần nhuyễn thì vẫn cho ra khả năng hoạt động kém. Nói tóm lại, kích thước cảm biến hình ảnh là một trong những thành phần thiết yếu giúp máy ảnh smartphone hoạt động tốt hơn.