Phần cứng Camera trong điện thoại thông minh - Phần cuối

Độ mở ống kính , ổn định hình ảnh, hội tụ, ISO, màn trập 

 

Độ mở ống kính ( Aperture ) và f-con số

Kích thước của độ mở ống kính đóng vai trò quan trọng nhất và được thể hiện bằng f-con số .

F-con số là tỉ lệ giữa độ dài tiêu cự với kích thước của độ mở ống kính , và cho bạn biết ánh sáng đi qua nhiều tới mức như thế nào để tới bộ cảm biến .

f/2 có nghĩa là chiều dài tiêu cự gấp hai lần so với kích thước của độ mở ống kính . f/4 có nghĩa là độ dài tiêu cự lớn gấp 4 lần so với độ mở ống kính .

Con số sau chữ f càng nhỏ có nghĩa là độ mở ống kính càng lớn thì càng có nhiều ánh sáng đi qua .

 

\"hinh14\"

14 . Độ mở ống kính – Aperture

Camera trong điện thoại thông minh thông thường có độ mở ống kính từ f/2.0 tới f/2.4 . Trong điều kiện ánh sáng yếu thì f/2.0 sẽ cho hình ảnh tốt hơn so với f/2.4 .

Tuy nhiên con số đi phía sau chữ f càng lớn thì lại cho trường hình ảnh rộng hơn , hình ảnh sắc nét hơn và hiện tượng quang sai giảm đi .

 

\"hinh15\"

15. Sony Xperia Z2 dùng cảm biến Sony Exmos RS 1/2.3-inch , 20.7MP , thấu kính f/2.0

 

Ổn định hình ảnh ( Image Stabilization )

Điện thoại thông minh thường dùng tay để chụp ảnh nên đó là nguyên nhân tại sao Ổn định hình ảnh đóng vai trò quan trọng .

Có hai kiểu ổn định hình ảnh đó là OIS (Optical Image Stabilization) và EIS (Electronic Image Stabilization) . Nói chung IOS cho chất lượng hình ảnh tốt hơn nhưng đắt tiền hơn và phức tạp hơn khi tích hợp .

OIS làm việc bằng cách đặt cảm biến Camera hoặc module thấu kính bên trong một hệ thống ổn định . Dùng thông tin từ con quay hồi chuyển đặt gần Camera để toàn bộ hệ thống dịch chuyển với nam châm điện để chống lại sự di chuyển vật lí của thiết bị . Điều đó giữ cho những bộ phận quang học cùng vị trí khi Camera bị rung lắc do thay của người dùng .

 

\"hinh16\"

16. Nokia Lumia 1520 , Camera 20MP trang bị hệ thống OIS , ISO 100 , 2.0s , f/2.4 .

EIS làm việc không hề có bất kì sự trợ giúp của bất kì thành phần phần cứng nào . Khi chụp ảnh , thông thường hệ thống EIS sẽ tăng độ nhạy sáng của bộ cảm biến với tốc độ chụp ảnh cực nhanh để giảm các vết mờ . Nhiều hệ thống EIS khác vẫn chụp với độ nhạy sáng bình thường nhưng ghép ảnh lại với nhau để tạo ra những bức ảnh ít mờ nhất .

Một số điện thoại tích hợp hệ thống OIS vào module Camera bao gồm HTC One , LG G2 và G3 , một số điện thoại Nokia Lumia như 1020 , 930 và 1520 .

 

Hội tụ , đo sáng , ISO , cân bằng trắng và cửa chập ( Shutter )

Có nhiều phần mềm bên trong hệ thống Camera và 5 khái niệm trên rất quan trọng để cho bức ảnh chính xác .

Không như những máy ảnh chuyên nghiệp , Camera của điện thoại thông minh thông thường hội tụ bằng nhận biết độ tương phản , dùng hoàn toàn bằng phân mềm để dịch chuyển thấu kính cho tới khi đạt độ tương phản lớn nhất giữa những điểm ảnh ( Pixel ) cạnh nhau .

Các máy ảnh chuyên nghiệp thường dùng những phương pháp nhanh hơn và nhận biết chính xác hơn mà phần cứng của Camera trong điện thoại không hỗ trợ

 

\"hinh17\"

17. LG G3 dùng cảm biến Sony IMX135 13MP 1/3.6-inch với OIS và tự động hội tụ bằng Laser độc đáo

Không phải tất cả điện thoại đều dựa vào nhận biết độ tương phản . Ví dụ LG G3 dùng hệ thống tự động hội tụ (AutoFocus) bằng cách đo khoảng cách từ vật thể tới thấu kính với sự trợ giúp của hệ thống Laser . Hệ thống này sẽ nhanh hơn phương pháp nhận biết tương phản và có độ chính xác cao hơn .

Trong điện thoại đo sáng hoàn toàn thực hiện bằng bộ cảm biến , khác với những máy cảnh chuyên nghiệp đi kèm bộ cảm biến là bộ phận đo sáng và phần cứng khác để cho kết quả tốt hơn . Phần mềm Camera của điện thoại sẽ kiểm tra xem trước và thiết lập ISO , cân bằng trắng , phới sáng ( Exposure ) , tốc độ cửa chập và độ rung phù hợp .

ISO là tốc độ “phim” của Camera , trong máy ảnh số cho biết độ nhạy sáng của những Photodetector được thiết lập . ISO càng cao thì hình ảnh sáng càng sáng hơn bằng việc tăng khuếch đại tín hiệu nhưng khiến cho hình ảnh càng bị nhiều hạt nhất là trên bộ cảm biến điện thoại . Với những bộ cảm biến nhỏ như của điện thoại , ISO khoảng 400 hoặc cao hơn sẽ tạo cho bức ảnh có nhiều điểm hạt vì thế trong đa số những trường hợp nên để ISO thấp nhất có thể được .

 

\"hinh18\"

18. So sánh ảnh chụp từ 4 điện thoại Android hàng đầu trong điều kiện ánh sáng tốt

Cân bằng trắng thường là điểm sai lệch lớn nhất để tạo ra hình ảnh có độ đo sáng chính xác , nhất là khi chụp ảnh trong nhà . Xem trước được dùng để ước tính màu nào sẽ trở nên trắng để thiết lập tông màu cho toàn bộ bức ảnh . Một số ứng dụng Camera cho phép người dùng điều khiển hoàn toàn băng tay cân bằng trắng , điều đó đóng vai trò rất quan trọng để cho bức ảnh chính xác từ ảnh chụp của Camera trong điện thoại .

Cửa chập ( Shutter ) trong hầu hết những Camera của máy ảnh hoàn toàn bằng điện tử chứ không cơ học trong những máy ánh DSLR . Có cửa chập cơ khí có thể đơn giản hóa cảm biến , cải thiện chất lượng hình ảnh nhưng hiếm thấy trên những điện thoại thông minh . Những bộ cảm biến điện tử thường thuận tiện khi chụp ảnh với tốc độ cao .

 

Video

Video là một phần của Camera điện thoại , bản chất là chụp ảnh với tốc độ cao với độ phân giải và tốc độ khung hình nhất định của video . Độ phân giải và tốc độ khung hình lớn nhất thường bị hạn chế bởi những mạch điện sử dụng bên trong Camera và chip xử lí tín hiệu hình ảnh trong bộ vi xử lí của điện thoại .

Ghi video đòi hỏi băng thông rất lớn và tất cả những xử lí phải thực hiện qua phần cứng để chuyển đổi dạng tín hiệu đầu vào thành H.264 . Phần cứng này là khối mã hóa video bên trong SoC thực hiện với sự kết hợp của chip xử lí tín hiệu hình ảnh . Điều đó tại sao Camera trong điện thoại không thể đạt được tốc độ khung hình quá cao .

Cảm biến IMX210 cao cấp của Sony dùng trong OnePlus Pne có băng thông lên tới 2.4Gbps , đủ để hỗ trợ dữ liệu 4K @ 30FPS ( yêu cầu chỉ 1.9Gbps ) .

Những điện thoại cao cấp năm 2014 đã hỗ trợ ghi được video 4K 3840x2160 @ 30FPS , thường yêu cầu cảm biến từ 8MP trở lên . Điều đó có thể giải thích nguyên nhân tại sao HTC One M8 lại không hỗ trợ ghi video 4K bởi vì Camera của nó chỉ có 4MP . Những tính năng hỗ trợ khác của video như 1080p@ 60FPS và 720p @ 120 FPS .

 

Nhà sản xuất

Những bộ cảm biến của Camera dùng trong điện thoại thường do những nhà sản xuất như OmniVision ( OVxxxx), Sony (IMXxxx) và Samsung (S5Kxxx), thường được dùng trong những điện thoại cao cấp iPhone cho tới loại rẻ tiền như Moto E .

Nokia cũng chế tạo module cho Camera và chỉ chuyên dùng trong những thiết bị của mình . Những bộ cảm biến ST Microelectrics ( ST VDxxxx ) cũng ít được sử dụng .

Các nhà sản xuất đôi khi cũng cung cấp cảm biến đi kèm với thấu kính để chế tạo ra module đồng nhất cho dễ lắp ráp . Nhưng lại có một số lại cung cấp hệ thống thấu kính riêng , kèm theo hệ thống chống rung .

 

\"hinh19\"

19 . Cảm biến 16MP 1/2.3-inch OmniVision OV16820 CMOS

 

DSLR với Camera trong điện thoại

Có nhiều điểm tương tự những Camera DSLR với Camera trong điện thoại nhưng lại cũng có nhiều điểm khác biệt về phần cứng bên trong .

Điện thoại thông minh chỉ bao gồm phần cứng Camera cơ bản chỉ tập trung vào sự tối ưu hóa giữa chất lượng và kích thước , Camera DSLR có nhiều tính năng hơn , nhiều phần cứng chuyên dụng hơn và có nhiều tính năng linh hoạt hơn .

 

\"hinh20\"

20 . Những bộ cảm biến thông thường trong DSLR và trong điện thoại .

Bộ cảm biến 35mm đầy đủ trong những máy ảnh DSLR chuyên nghiệp lớn gần gấp 50 lần so với bộ cảm biến 1/3-inch trong điện thoại , điều này đã tạo ra sự khác biệt cực lớn .

Cảm biến APS-C thường trong những máy ảnh DSLR tầm tung và rẻ tiền cũng lớn gấp khoảng 21 lần . Cảm biến Micro Four Third cũng lớn gấp 13 lần .

Cảm biến lớn hơn cho phép kích thước Pixel lớn hơn sẽ có độ nhạy sáng cao hơn , chụp ảnh trong điều kiện ánh sáng yếu tốt hơn , nhiễu ít hơn khi đặt ISO cao .

Cảm biến 35mm 16MP trong máy ảnh Nikon D4S có kích thước mỗi Pixel là 7.3µm , lớn gấp 6.5 lần so với 1.12µm của Samsung Galaxy S5 16MP .

Cảm biến APS-C 16MP như Nikon D7000 có kích thước Pixel là 4.8µm , lớn hơn gấp hai lần so với 2.0µm của HTC One M8 .

Những máy ảnh DSLR có tính năng AutoFocus nhanh hơn và chính xác hơn không dựa vào dữ liệu của cảm biến . Hệ thống đo sáng cũng chính xác hơn và vô cùng phức tạp để làm việc trong mọi tình huống . Đo sáng riêng biệt nằm trong thân máy cũng tự động cung cấp độ phơi sáng rất chính xác và cung cấp nhiều chi tiết hơn so với những gì mà điện thoại cung cấp .

 

Phần 1 

Phần 2