Kỹ thuật mở rộng dãy nhạy sáng trên máy Nikon D3s

Ánh sáng từ ống kính đi vào máy ảnh được xử lý chuyển đổi thành tín hiệu điện tử bằng các photodiode trong cảm biến. Được xem như trái tim của máy ảnh kỹ thuật số, cảm biến (imaging sensor) xử lý những vấn đề ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng của bức ảnh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kỹ thuật mở rộng dãy nhạy sáng trên máy Nikon D3s Kỹ thuật mở rộng dãy nhạy sáng trên máy Nikon D3s0 Comment Size- Size+ 06/4/2011 Camera RSSÁnh sáng từ ống kính đi vào máy ảnh được xử lý chuyểnđổi thành tín hiệu điện tử bằng các photodiode trong cảmbiến. Được xem như trái tim của máy ảnh kỹ thuật số,cảm biến (imaging sensor) xử lý những vấn đề ảnh hưởngđến kết quả cuối cùng của bức ảnh.Với các máy ảnh Full Frame như Nikon ( D700, D3, D3s )hoặc Canon (1Ds Mark II, Mark III, 5D Mark II) người dùngtrả chi phí lớn hơn rất nhiều so máy ảnh Crop Frame. Chi phínày không chỉ là trả để sỡ hữu một kích thước cảm biến lớnhơn mà hơn thế nữa người dùng đang sỡ hữu một công nghệmở rộng dãy nhạy sáng ISO và khử nhiễu (noise) tốt hơn.Cảm biếncủa máyảnh NikonD3sĐộ nhạy sáng ISOĐộ nhạy với ánh sáng của lớp tráng phủ trên phim được côngbố bởi 2 nhà nhiếp ảnh Ferdinand Hurter và Vero CharlesDriffield vào năm 1876. Tốc độ phim (film speed) được đánhgiá bằng phép đo độ nhạy với ánh sáng (sensitometry) vàmật độ của các hạt bạc nhũ tương (silver halide gelatin) cấutạo bên trên lớp tráng phủ phim. Đại lượng gọi chung củatốc độ phim là ISO (hoặc trước đây là ASA-Mỹ, DIN-Đức,BSI-Anh, GOST-Nga…) đánh giá khả năng hấp thu ánhsáng. Kích thước hay mật độ hạt bạc nhũ tương càng lớnphim càng tiếp nhận được nhiều ánh sáng, kết quả là độ nhạysáng ISO càng cao, khi đó phim chỉ cần một lượng ánh sángít hơn.Cấu trúc cảm biến Sony CCDVới máy ảnh kỹ thuật số, phim được thay thế bằng thiết bịghi hình CMOS (Complementary Metal OxideSemiconductor) hoặc CCD (Charge-Coupled Device) vàđược “phủ” lên bằng hàng triệu thấu kính cực nhỏ(microlens) có bán kính nhỏ hơn 5 micrometer (1micrometer= 1/1000mm) đặt bên trên mỗi một bán dẫn cảm quang(photodiode). Bán dẫn cảm quang tiếp nhận các hạt quang tử(photon) của sóng ánh sáng có bước sóng từ 190nm cho đến1100nm và chuyển quang năng thành điện năng (tín hiệuđiện tử). Trong thực tế thì hầu hết các máy ảnh số chỉ chophép tiếp nhận dãy bước sóng của tia sáng thấy được màthôi. Tương tự như các hạt bạc nhũ tương, các bán dẫn cảmquang “mù màu” hay nói một cách khác nó chỉ “nhìn thấy”được sắc độ mà không thấy được sắc màu của ánh sáng. Vìvậy, một bộ lọc màu (CFA - Color Filter Array) bao gồm cácfilter màu đỏ, lục, lam (Red, Green, Blue) được đặt nằm giữamicrolens và photodiode. Các photodiodes sẽ chuyển đổi sắcđộ riêng biệt của từng màu sắc ánh sáng thành tín hiệu điệntử. Mỗi một điểm ảnh (pixel – Picture Element) sẽ có 1microlens, 1 filter lọc màu và 1 photodiode. Tương tự nhưphim, diện tích điểm ảnh của cảm biến càng lớn thì tiếpnhận được nhiều ánh sáng hơn.Kỹ thuật mở rộng dãy nhạy sáng ISO 200-12800 trên máyảnh Nikon D3sCảm biến của máy ảnh Nikon D3s có kích thước là 36 x24mm, với mỗi điểm ảnh có kích thước 8,45 x 8,45micrometer, lớn hơn máy ảnh Nikon D2x là 2,4 lần. Điềunày có nghĩa là mỗi một điểm ảnh trong máy ảnh Nikon D3stiếp nhận ánh sáng nhiều hơn. Kết quả là máy ảnh NikonD3s sẽ cung cấp dãy nhạy sáng ISO rộng hơn.Tuy nhiên, nếu so diện tích điểm ảnh của máy ảnh NikonD700 và D3 thì máy ảnh Nikon D3s có kích thước tương tựlà 8,45 x 8,45 micrometer. Nhưng dãy nhạy sáng ISO trênmáy ảnh D3 chỉ từ 200-6400. Vì vậy, kỹ thuật mở rộng dãynhạy sáng ISO 200-12800 trên máy ảnh Nikon D3s chínhlà gia tăng tỉ lệ tiếp nhận ánh sáng đến từng bán dẫn cảmquang.Gia tăng tỉ lệ tiếp nhận ánh sáng của bán dẫn cảm quangtrên máy ảnh Nikon D3sNhận nhiệm vụ đưa ánh sáng sáng tới bán dẫn cảm quang,các microlens trên cảm biến của máy ảnh Nikon D3s đượcchế tạo bằng loại thủy tinh có độ dẫn truyền ánh sáng rất cao.Và quan trọng nhất là thiết kế giảm tối đa khoảng hở giữacác microlens (gapless design) giảm thiểu ánh sáng bị đánhmất. Đây là một trong những yếu tố kỹ thuật quan trọng nhấtđể mở rộng dãy nhạy sáng ISO đối với máy ảnh Nikon D3s.Cấu trúc nghịch đảo diode (back-illuminated structure) vốncũng đang còn trong thử nghiệm, hiện chỉ được dùng trongnhững dòng máy ảnh compact, là thiết kế với nhiều ưu điểmhơn so với cấu trúc chiếu sáng truyền thống (front-illuminated structure), nhưng vẫn chưa được vận dụng đưavào dòng cao cấp hơn là DSLR. Do đó, cho dù với cấu trúcnghịch đảo diode, có thể nhận nhiều ánh sáng hơn, và ítnhiễu trong vùng tối hơn, nhưng hầu hết các máy ảnh DSLRvẫn sử dụng cấu trúc bán dẫn với chiếu sáng truyền thống vàcách để gia tăng tỉ lệ tiếp nhận ánh sáng là thiết kế mạch điệnmỏng tối đa.Xử lý nhiễu (noise) và gia tăng hiệu suất tín hiệu / nhiễu(SNR Signal to Noise Ratio)Tương tự như phim, cảm biến của từng dòng DSLR chỉ códuy nhất một độ nhạy sáng căn bản (base ISO) và trong hầuhết trường hợp, đó là độ nhạy sáng thấp nhất trong dãy nhạysáng ISO của máy ảnh DSLR, Nikon chọn ISO 200, trongkhi Canon chọn 100, và ở độ nhạy mặc định này, thì chấtlượng hình ảnh là cao nhất, với nhiễu thấp nhất (hoàn toànkhác với phim nhựa). Trong điều kiện cần tiếp nhận thêmánh sáng, bằng thiết lập độ nhạy sáng ISO, cảm biến sẽkhuếch đại tín hiệu đồng thời xử lý tăng sáng bằng thuật toánnội suy. Giảm thiểu nhiễu phát sinh trong quá trình này làvấn đề quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh.Nhiệt độ sinh ra khi máy ảnh đang làm việc và độ dài quãngđường truyền dẫn tín hiệu là những yếu tố sinh ra nhiễu ngẫunhiên (incidental noise). Do vậy, mạch khuếch đại tín hiệutrên máy ảnh D3s đặt rất gần với mạch gắn kết bán dẫn cảmquang. Hơn thế nữa, tín hiệu đầu ra từ bán dẫn đã đượckhuếch đại ngay từ đầu trước khi được truyền dẫn.Mạch đọc tín hiệu tốc độ cao 12 kênh của máy ảnhnikon D3sTín hiệu còn có thể bị nhiễu bởi từ trường sinh ra từ nguồnđiện cung cấp. Bằng cấu trúc được giản lược nhiều hơn sovới các dòng máy Nikon khác, máy ảnh D3/D3s sử dụng mộtmạch chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số (A/D -analogue to digital converter) tiết kiệm điện năng tối đa nhờvậy mà giảm thiểu được nhiễu do từ trường xung quanh. Vàtương tư như cá ...