Sensor: Cảm biến máy ảnh - Những điều căn bản

[11002]

11002 thấy có rất nhiều threads bàn về cảm biến máy ảnh, có khá nhiều ý kiến chưa thống nhất, nên 11002 muốn lập 1 thread để nhận đầy đủ ý kiến đóng góp.

Chúng ta cần thống nhất các nguyên tắc cơ bản để đi vào thảo luận:
1. Dựa vào căn cứ khoa học, chúng ta không dưa vào cảm nghĩ chưa có cơ sở chứng minh.
2. Để so sánh A và B biến thiên, chúng ta phải cố định các đại lượng khác - Đương nhiên, nếu cho các đại lượng cùng biến thiên hết thì chẳng thể so sánh.
3. ...

[11002]

11002 đi vào vấn đề này trước vì đây là cái cơ bản nhất:

1. Trong thiên nhiên thực tại, mọi hiện tượng thiên nhiêu đều là tín hiệu biến thiên liên tục hay còn gọi là analog

2. Con người nhận biết "tín hiệu" analog đó bằng các giác quan của mình, và các giác quan của con người tiếp nhận tín hiệu analog đó không phải liên tục mà là "ngắt quãng" tức chia ra thành nhiều khoảng tín hiệu biến thiên từ mức độ "chênh lệch nhỏ" đến chênh lệch cực nhỏ"
VD như: Chuyển động (moving) là liên tục (analog), nhưng mắt người nhìn với tốc độ "ngắt quãng" là 24hình/s hay 1/24s 1 hình.

3. Tín hiệu analog đó biến thiên liên tục, nhưng con người lại chia nhỏ các mức độ liên tục đó ra thành các mức độ đo đếm được => thang đo ra đời, bao gồm thang cơ bản, thang chi tiết và thang cực kỳ chi tiết (lượng đo cực nhỏ)
Vi dụ như để đo lường thời gian, ta thường dùng đơn vị tính là giờ + phút, nhưng để đo tốc độ màn trập ta dùng đơn vị nhỏ hơn là 1/1000s

4. Tại sao người ta nghĩ ra thang đo? Ai cũng biết là thang đo sẽ dể định lượng khi trao đổi hơn và thang đo thì dựa trên hiện tượng "làm tròn".

[11002]

Ngay khi xuất hiện thang đo, chúng ta đã chuyển tín hiệu từ analog sang số rồi.

Tuy nhiên, với các hệ đo đếm như ngũ phân (5 ngón tay), thập phân (10 số), thập nhị phân (chục, tá, dozen ..,) thập lục phân (16), lục thập phân (60) chỉ đáp được một số yêu cầu cơ bản, và khó đạt được mức độ chính xác tuyệt đối khi cần xữ lý nhanh.
Các nhà toán học cho ra đời hệ nhi phân (0 và 1) để đảm bảo mức độ chính xác cao (có/không - Yes/No) - Chỉ có 2 trạng thái, không có trạng thài trung gian, lưng lững, dể nhầm lẫn như hệ thập phân ...
Sau này hệ nhị phân được sữ dụng rộng rãi nhờ tính chính xác của nó và người ta nghiễm nhiên hiểu rằng kỹ thuật số là hệ nhị phân

Đến đây thì ta hiểu rõ, hệ nhị phân hay kỹ thuật số là thuật toán được tạo ra bởi con người và thuật toán này được sữ dụng rộng trong xữ lý thông tin, truyền dẫn và lưu trữ dữ liệu ...

[11002]

11002 dùng khái niệm đơn giản nhất : Cảm biến AS đơn sắc.

1. Sensor là một hệ thống tế bào quang điện (Photocells - PCs), chúng nhận "tín hiệu" AS analog và biến tín hiệu này thành tín hiệu điện.
2. AS mang 2 tính chất: Sóng và hạt (photon).

- Sensor thụ động:
Khi một chùm hạt photon đập vào PCs, chúng giải phóng một số electron và tạo thành một giá trị điện thế, điện thế này tỷ lệ thuận với cường độ AS (số lượng hạt photon) đập vào PCs, nối 2 điện cực của PCs, ta có dòng điện chạy qua.
- Sensor chủ động:
Khi ta đặt một điện thế vào 2 cực của PCs, nếu không có AS - chúng gần như không dẫn điện, nhưng nếu có chùm hạt photon đập vào, chúng dẫn điện, cường độ dòng điện này tỷ lệ thuận với cường độ AS (số lượng hạt photon) đập vào PCs.

Ta thấy dù là sensor chủ động hay thụ động, chúng điều "phản ứng" với cường độ AS chiếu vào và cho ra tín hiệu là cường độ dòng điện.
Các bạn có thể xem thêm ở đây:http://vatlyphothong.com/2011/07/chu...anh-sang/#h5_4 - Phần I- Hiện tượng quang điện ngoài

Để xữ lý và truyền dẫn tín hiện điện này một cách chính xác, người ta chia chúng ra thành thang đo có nhiều mức độ (đến đây đã gọi là đi gital rồi), mà chủ yếu là bội số của 256 (từ 0 đến 255), ta tạm gọi đơn giản là 256
Từng giá trị thang đo này sẽ được chuyển thành tín hiệu số hệ nhị phân (digital) để dể lưu trữ, truyền dẫn và xữ lý rồi lại lưu trữ...

Để hiển thị hình ảnh trên màn hình, các tín hiệu này cũng được giải mã và hiển thị ngược lại theo mức độ của thang đo, => hiển thị 256 độ sáng trên màn hình.

Mắt người tạm chấp nhận thang đo 256 này và truyền dẫn độ sáng này lên não để xữ lý.

[11002]

11002 chia thành nhiều bài viết nhỏ để các TV đoc đỡ "ngán"

Chúng ta thấy rõ PCs chủ động và thụ động qua 2 thế hệ máy đo sáng không dùng pin và dùng pin.

Theo kiến thức từ hơn 30 năm trước của 11002, các PCs thụ động "phản ứng" với cường độ AS không theo dạng tuyến tính (cường độ AS tăng 2, điện thế tăng gấp 2x lần) mà mực độ "phản ứng" này rất thấp ở cường độ AS rất yếu, tăng khá tuyến tính ở mức độ trung bình và gần như bão hòa (tăng thấp) ở cường độ AS quá cao.

Có 2 cách để khắc phục hiện tượng AS quá yếu:

1. Khuếch đại tín hiệu điện thế của PCs.

2. Để khắc phục nhược điểm của các PCs thụ động, các PCs chủ động ra đời.
Các kỹ sư thiết kế cấp 1 điện thế vào PCs chủ động, để chúng "phản ứng" với AS tuyến tính hơn ở các điều kiện AS rất yếu và quá cao.

Cho dầu có thể chủ động trong việc cấp điên cho từng PCs chủ động, nhưng điện thế cấp này cũng bị giới hạn.

[TThach]

Rất cảm ơn bác 11002 vì thread có nội dung hay, đối với những người quan tâm nhiều đến kĩ thuật như em. Trước khi đặt một số câu hỏi để hiểu hơn tất cả các kiến thức bác vừa truyền đạt, em xin nếu trước một vấn đề về độ nhạy sáng của sensor:

Đó là: Tại sao người ta có thể ngày càng nâng cao độ nhạy sáng (ISO) của sensor, mà không thể làm ngược lại, đó là giảm độ nhảy sáng của nó?
Cụ thể: Như ta đã biết độ nhạy sáng phổ biến của đại đa số các sensor digital hiện nay là từ ISO100 ISO200 - 400 - 800 - 1600 - ... cho đến tận 204800... và tương lai có khi còn hơn nhiều. Đột phá kĩ thuật trong khoảng 5 - 7 năm trở lại đây đã tăng mức độ nhạy sáng lên không biết bao nhiêu lần, khiến cho việc chụp thiếu sáng càng ngày càng trở nên đơn giản.
Tuy nhiên cũng suốt chiều dài phát triển công nghệ đó, ISO không hề được nới rộng về phía ngược lại. ISOmin luôn luôn giữ mở mức ISO100 và mở rộng ở mức ISO50. Mà không hề xuống được tiếp tới ISO25, ISO 13, ISO8 ISO4 ISO2...
Nếu ISO xuống thấp được tới các mức như vậy thì đã có thể hỗ trợ các tay máy rất nhiều trong đa số các trường hợp chụp trời nắng gắt hoặc muốn chụp longexposure.


Rào cản công nghệ nào khiến cho ISO máy ảnh chỉ có thể tiếp tục lên cao mà không thể xuống thấp hơn?

[Nikon@8666]

Rất cảm ơn bác 11002 vì thread có nội dung hay, đối với những người quan tâm nhiều đến kĩ thuật như em. Trước khi đặt một số câu hỏi để hiểu hơn tất cả các kiến thức bác vừa truyền đạt, em xin nếu trước một vấn đề về độ nhạy sáng của sensor:

Đó là: Tại sao người ta có thể ngày càng nâng cao độ nhạy sáng (ISO) của sensor, mà không thể làm ngược lại, đó là giảm độ nhảy sáng của nó?
Cụ thể: Như ta đã biết độ nhạy sáng phổ biến của đại đa số các sensor digital hiện nay là từ ISO100 ISO200 - 400 - 800 - 1600 - ... cho đến tận 204800... và tương lai có khi còn hơn nhiều. Đột phá kĩ thuật trong khoảng 5 - 7 năm trở lại đây đã tăng mức độ nhạy sáng lên không biết bao nhiêu lần, khiến cho việc chụp thiếu sáng càng ngày càng trở nên đơn giản.
Tuy nhiên cũng suốt chiều dài phát triển công nghệ đó, ISO không hề được nới rộng về phía ngược lại. ISOmin luôn luôn giữ mở mức ISO100 và mở rộng ở mức ISO50. Mà không hề xuống được tiếp tới ISO25, ISO 13, ISO8 ISO4 ISO2...
Nếu ISO xuống thấp được tới các mức như vậy thì đã có thể hỗ trợ các tay máy rất nhiều trong đa số các trường hợp chụp trời nắng gắt hoặc muốn chụp longexposure.


Rào cản công nghệ nào khiến cho ISO máy ảnh chỉ có thể tiếp tục lên cao mà không thể xuống thấp hơn?

Mình chỉ nghĩ vấn đề này rất đơn giản: làm khung cảnh chụp sáng hơn khó hơn nhiều ( và hầu hết là không thể như chụp phong cảnh chẵn hạn) so với làm cho nó tối đi bằng một cái filter ND hoặc GND. Cái nào tối ưu và kinh tế thì khả thi hơn là đầu tw nghiên cứu cải tiến trong khi đã có giải pháp đơn giản và hiệu quả!

[11002]

Rất cảm ơn bác 11002 vì thread có nội dung hay, đối với những người quan tâm nhiều đến kĩ thuật như em. Trước khi đặt một số câu hỏi để hiểu hơn tất cả các kiến thức bác vừa truyền đạt, em xin nếu trước một vấn đề về độ nhạy sáng của sensor:

Đó là: Tại sao người ta có thể ngày càng nâng cao độ nhạy sáng (ISO) của sensor, mà không thể làm ngược lại, đó là giảm độ nhảy sáng của nó?
Cụ thể: Như ta đã biết độ nhạy sáng phổ biến của đại đa số các sensor digital hiện nay là từ ISO100 ISO200 - 400 - 800 - 1600 - ... cho đến tận 204800... và tương lai có khi còn hơn nhiều. Đột phá kĩ thuật trong khoảng 5 - 7 năm trở lại đây đã tăng mức độ nhạy sáng lên không biết bao nhiêu lần, khiến cho việc chụp thiếu sáng càng ngày càng trở nên đơn giản.
Tuy nhiên cũng suốt chiều dài phát triển công nghệ đó, ISO không hề được nới rộng về phía ngược lại. ISOmin luôn luôn giữ mở mức ISO100 và mở rộng ở mức ISO50. Mà không hề xuống được tiếp tới ISO25, ISO 13, ISO8 ISO4 ISO2...
Nếu ISO xuống thấp được tới các mức như vậy thì đã có thể hỗ trợ các tay máy rất nhiều trong đa số các trường hợp chụp trời nắng gắt hoặc muốn chụp longexposure.


Rào cản công nghệ nào khiến cho ISO máy ảnh chỉ có thể tiếp tục lên cao mà không thể xuống thấp hơn?

Không phải không được mà là chưa được vì yếu tố công nghệ + yếu tố kinh doanh phục vụ cho nhu cầu số đông.
Trong tương lai gần, khi mà cuộc chạy đua ISO cao đạt đến giới hạn và tương đối hoàn hảo, các hãng sẽ tung ra ISO thấp để phục vụ cho nhu cầu của "dân chơi sáng tạo"

[11002]

Loạt bài trên 11002 viết về những điều cơ bản của hiện tượng quang điện ngoài, đó là nền tảng cơ bản để chúng ta đi sâu vào hiện tượng quang điện trong hay còn gọi là hiện ứng quang dẫn.

Tuần sau, 11002 sẽ viết tiếp về Sensor Máy ảnh - với các PCs là chất bán dẫn.
Các bạn thông cảm, những kiến thức 11002 nhận được chỉ là kiền thức phổ thông và nó nằm trong đầu 11002 từ hơn 30 năm nay nên sẽ có sai lệch ít nhiều.

Mong các bạn cùng tham gia để bổ sung kiến thức.

[Pham Huy]

em nghĩ, với chụp ảnh bây giờ yếu tố ánh sáng quan trọng hơn cả...người ta chưa làm ra iso dưới 100 vì so với iso lớn nó chưa quan trong bằng.