Những điều bạn cần biết về siêu cảm biến ảnh trên Galaxy S5

Dường như đã đến lúc những mẫu compact giá tốt phải nhường “địa bàn” lại cho những dòng smartphone cao cấp.

Bạn có thường chụp ảnh trên smartphone và cho dù gia đình có máy ảnh PnS hay DSLR thì bạn cũng ít khi mang chúng xuống phố vì ngoại hình cồng kềnh? Tuy nhiên, đây cũng chỉ là những trường hợp đối với những người dùng không chuyên về nhiếp ảnh, mới cảm thấy mang theo một chiếc máy ảnh cao cấp đi chơi là một “gánh nặng” không hề nhẹ.

Vậy thì, trước khi hiểu sâu hơn về cảm biến ảnh ISOCELL khủng nhất hiện nay của Samsung, hãy cùng xem lại thị phần máy ảnh đang lao đao thế nào.

Máy ảnh số ngày càng bị smartphone đe dọa

Năm ngoái, doanh số của dòng máy ảnh có thể thay thế ống kính đã bất ngờ giảm sút sau nhiều năm phát triển bùng nổ. Công ty nghiên cứu thị trường IDC dự kiến số máy được giao trong dòng máy DSLR sẽ giảm 9,1% xuống còn 17,4 triệu máy, so với 19,1 triệu máy hồi năm ngoái.

Người dùng ngày càng thích nhiếp ảnh trên smartphone, thay vì máy ảnh số

Vào tháng 11/2013, Canon và Nikon, 2 nhà sản xuất máy ảnh cao cấp lớn nhất thế giới, đã đồng loạt hạ thấp dự đoán doanh số cho năm tài chính sẽ kết thúc vào tháng 3/2014. Hãng sản xuất ống kính Tamron cũng ghi nhận sự sụt giảm 22% doanh số ống kính bán ra trong 9 tháng qua (tính trong năm 2013), so với cùng kỳ năm ngoái, điều này cũng khiến họ đưa ra dự báo lợi nhuận thấp hơn.

Nguyên nhân của tình trạng sụt giảm này vẫn chưa rõ ràng, tuy nhiên, Canon, Nikon và Tamron chỉ ra rằng kinh tế toàn cầu suy yếu là một phần lý do. Nhưng tình trạng này sẽ không kéo dài quá lâu và còn những thị trường lớn đầy tiềm năng. Giám đốc tài chính của Nikon, ông Junichi Itoh phát biểu trong một cuộc họp báo rằng: “Chúng tôi nhìn thấy những khó khăn tại thời điểm này, nhưng tôi nghĩ nó sẽ không kéo dài mãi. Vẫn còn có rất nhiều nhu cầu tiềm năng, và tôi cho rằng Trung Quốc chính là chiếc chìa khoá cho vấn đề này.”

Tuy nhiên, ví dụ về cô Lie Fhung, 44 tuổi, sống ở Hong Kong sẽ cho thấy rằng nhu cầu về máy ảnh số của người dùng cũng đang thay đổi rất nhanh. Nữ thiết kế nghệ thuật làm việc ở Hong Kong cho biết hiện tại cô rất ít khi đụng đến chiếc máy DSLR của Canon mà cô mua từ 5 năm trước. Thay vào đó, phần nhiều cô dùng điện thoại iPhone để chụp, và dùng những phần mềm chỉnh sửa ảnh để làm lại chúng.

Bạn thường nhiếp ảnh bằng smartphone hay máy ảnh số?

Sau khi chỉnh sửa xong, cô đăng tải tác phẩm của mình thẳng từ điện thoại lên các trang chia sẻ ảnh như Instagram, nơi có có gần 1.600 người đã theo dõi. Cô Fhung cho biết cô chưa có ý định thay thế chiếc máy ảnh Canon đã cũ kia. Cô nói: “Tôi thích sử dụng nhiều ứng dụng khác nhau để chỉnh sửa các bức ảnh. Nó là cái thú riêng của tôi.”

Nhưng các nhà sản xuất cũng có lập luận cho riêng mình. Họ đồng ý rằng mặc dù smartphone và các thiết bị di động đã ảnh hưởng nhiều đến doanh số của các dòng máy ảnh compact hay dòng DSLR giá rẻ, nhưng các sản phẩm cao cấp sẽ không bị tác động, vì chúng cho ra những sản phẩm chất lượng cao mà các smartphone với cảm biến và ống kính nhỏ xíu không thể làm được.

Takafumi Hongo, phát ngôn viên của Canon nói rằng: “Chụp ảnh với smartphone và chỉnh sửa với các ứng dụng sẵn có trên máy tương tự như việc nấu một món ăn với các thành phần rẻ tiền và cho nhiều hương vị nhân tạo. Sử dụng camera có ống kính thay đổi được sẽ giống như việc nấu ăn chậm rãi với các thành phần ngon và tự nhiên.”

Siêu cảm biến ảnh ISOCELL của Samsung sẽ có đất “dụng võ”?

Trước đây người ta vẫn thường cho rằng Megapixel càng nhiều đồng nghĩa sẽ cho ra ảnh càng sắc nét, sinh động hơn mà quên mất rằng kết cấu máy bên trong, chất lượng lens và yếu tố ánh sáng mới chính là những nhân tố quan trọng hơn để cho ra một bức ảnh đẹp.

Chính sự ngộ nhận này đã tạo ra cuộc đua mang tên megapixel giữa các hãng sản xuất. “Megapixel càng khủng, chất lượng ảnh càng cao” là một trong những lời lẽ tâng bốc của các hãng di động khi giới thiệu về những sản phẩm của mình. Nhưng sự thật có phải là như thế?

Nhiều khả năng Samsung Galaxy S5 sẽ được trang bị ISOCELL (ảnh minh họa)

Theo như David Pogue, chuyên gia công nghệ đã tuyên bố trên tờ New York Times rằng đây là “huyền thoại của sự lừa dối và lãng phí”. Sự lãng phí ở đây chính là người tiêu dùng phải bỏ ra một khoản không nhỏ để trả cho chi phí tăng số lượng megapixel của các hãng sản xuất rồi sau đó lại phải bổ sung các thiết bị hỗ trợ bộ nhớ để chứa những hình ảnh được cho là đẹp nhưng chiếm nhiều diện tích hoặc buộc phải chấp nhận một thiết bị nhỏ gọn nhưng chất lượng ảnh không cao.

Trong thời gian gần đây, dân chơi máy ảnh có thể đã nghe về cảm biến hình ảnh ISOCELL của Samsung, mà được cho là sẽ trang bị trên siêu phẩm Galaxy S5. Công nghệ cảm biến ảnh mới, hứa hẹn tăng cường độ nhạy cảm ánh sáng và màu sắc trung thực cao hơn ngay cả trong điều kiện thiếu ánh sáng. Đây được xem là một kết quả tuyệt vời, mà Samsung đã kỳ công cải tiến vượt trội hơn so với cảm biến chiếu sáng hậu BSI (back illuminated sensor) hiện hành.

Đến ngày 24/2 sắp tới, Samsung sẽ chính thức trình làng Galaxy S5 và đến khi đó tín đồ công nghệ nói chung, cũng như giới nhiếp ảnh gia nói riêng sẽ hiểu hơn về công nghệ ISOCELL tuyệt đỉnh này.

Nhưng ISOCELL không chỉ đơn thuần là một thuật ngữ thông dụng, vì vậy điều quan trọng là phải hiểu những gì công nghệ này mang đến và cơ chế hoạt động của nó ra sao? Theo đó, mời các bạn cùng tham khảo thông tin từ một bài thuyết trình công nghệ gần đây, để có thể hiểu sâu hơn và nguyên do mà Samsung muốn “thay máu” camera trên smartphone.

1) Thiết kế một cảm biến hình ảnh chất lượng cao

Một trong những yếu tố lớn nhất ở việc xác định chất lượng tổng thể của một cảm biến hình ảnh là lượng ánh sáng mà nó có thể chụp trong mỗi điểm ảnh. Đó là một tiền đề rất đơn giản, khi xung quanh cảnh chụp hội đủ nguồn sáng cần thiết sẽ giúp ít rất nhiều cho một bộ cảm biến hình ảnh, nói cách khác thì nếu như quá trình diễn ra thuận lợi thì bức ảnh được chụp chẳng khác gì bản sao của thực tế.

Điều này có nghĩa rằng, với điểm ảnh đơn lẻ lớn hơn thì rất có lợi cho chất lượng hình ảnh sau khi ghi hình, bởi vì mỗi điểm ảnh có thể thu nhiều ánh sáng hơn.

Không nhất thiết chỉ số megapixel cao thì sẽ mang về những bức ảnh nét căng

Từ nhiều năm qua, các hãng đua nhau tăng số lượng megapixel bằng cách cố gắng giảm kích thước của điểm ảnh xuống để tăng số lượng điểm ảnh lên, điều đó trong một vài trường hợp sẽ làm giảm chất lượng bức ảnh. Bởi vì, kích thước điểm ảnh nhỏ sẽ dẫn đến lượng ánh sáng mà mỗi điểm ảnh thu được sẽ ít hơn rất nhiều, vì vậy làm cho hình ảnh tĩnh cũng như video sẽ bị nhiễu và chất lượng giảm sút đáng kể.

Một ngoại lệ đáng chú ý, khi HTC đi theo một hướng hoàn toàn khác với công nghệ Ultrapixels, tập trung tăng kích thước điểm ảnh thay vì chỉ dựa vào số lượng điểm ảnh ít hay nhiều. Kích thước pixel tăng tỷ lệ thuận với mức độ hấp thu ánh sáng của mỗi pixel cũng tăng, cụ thể là, khả năng “ăn sáng” của bức ảnh sẽ nhiều gấp 300% so với các máy 13 megapixel thông thường.

Quả là một sự chênh lệch đáng kinh ngạc. Kết quả hình ảnh chụp được từ HTC One với UltraPixel có độ trung thực, tương phản về màu sắc cao và cực kỳ sắc nét.

Tuy nhiên, không phải ai cũng sẵn sàng đi theo con đường của HTC, vì vậy các nhà sản xuất cảm biến đã đổ hàng tỷ USD vào việc phát triển cảm biến cung cấp cả về độ phân giải cao và độ nhạy sáng tốt, tất cả các khó khăn này nhằm mang đến một tương lai sáng lạng hơn ở khâu nhiếp ảnh cho smartphone.

Trong một nỗ lực để nắm bắt ánh sáng cao hơn ngay cả trên các điểm ảnh rất nhỏ, các nhà sản xuất đã đi đến độ dài lớn hơn để nâng cao hiệu quả bộ cảm biến, từ loại bỏ những khoảng trống giữa các điểm ảnh để chuyển đổi sang mặt chiếu sáng hậu, giúp tăng hiệu quả đáng kể bằng cách di chuyển các dây kim loại kết nối mỗi điểm ảnh bên dưới nó, vì vậy nó không hấp thụ bất kỳ ánh sáng.

Cảm biến BSI CMOS, vốn đang được sử dụng rất nhiều trong các máy ảnh, smartphone, tablet hiện nay, sử dụng mạch điện nằm phía sau lớp photodiode nên có thể đạt hiệu năng quang điện cao. Thế nhưng khi kích cỡ pixel giảm xuống thì chất lượng ảnh của cảm biến BSI cũng bị giảm theo.

Một trở ngại lớn khác cho cảm biến hình ảnh trên điện thoại di động là hiện tượng nhiễu chéo tín hiệu (crosstalk, tín hiệu ở một mạch truyền này ảnh hưởng đến tín hiệu ở các mạnh xunh quanh). Để xử lý chuyện này, Samsung cho ra đời ISOCELL và hãng gọi đây là "công nghệ pixel thế hệ kế tiếp".

2) Những vấn đề cần được ISOCELL giải quyết gấp

Video Samsung giải thích về ISOCELL

Các vấn đề hàng đầu mà Samsung đang cố gắng giải quyết trên ISOCELL: thu nhỏ kích cỡ điểm ảnh trong cảm biến và chỉ số full-well capacity (giá trị điện tích cực đại mà mỗi điểm ảnh riêng lẻ có thể giữ trước khi bão hòa và làm giảm chất lượng tín hiệu) của ISOCELL cũng được tăng thêm 30%, dẫn đến sự mở rộng dải tương phản động (dynamic range) nên các chi tiết ở vùng sáng - tối sẽ được ghi nhận đầy đủ hơn.

SOCELL sẽ tạo ta một lớp rào cản vật lý giữa các pixel lân cận nhau để cô lập chúng (isolation - chữ iso bắt nguồn từ đây). Việc cô lập này sẽ giúp các microlens (thấu kính siêu nhỏ nằm trên bề mặt cảm biến) thu được nhiều photon ánh sáng hơn, ánh sáng cũng sẽ đi đến đúng photodiode của pixel để giảm hiện tượng nhiễu chéo tín hiệu.

Nhiễu chéo tín hiệu xảy ra trong một vài trường hợp, nhưng nguyên nhân chính rất có thể là do ánh sáng phản xạ xung quanh bên trong lớp photodiode, được gọi là nhiễu chéo tín hiệu ánh sáng (light crosstalk). Ngoài ra, khi một điểm ảnh nhận được nhiều ánh sáng mà nó có thể xử lý (ánh sáng vượt quá mức độ bão hòa). Cuối cùng là hiện tượng nhiễu chéo tín hiệu điện tử (electronic crosstalk), đó là việc tạo ra dòng điện trong lớp incorrect photodiodes tách sóng quang do sự rò rỉ của các tín hiệu điện truyền tải dữ liệu từ các diodes.

Hình ảnh minh họa về nhiễu chéo tín hiệu bị rò rỉ, cả ánh sáng và khả năng hấp thu electron, giữa từng điểm ảnh màu

Đặt trường hợp, nếu bạn phát sáng một nguồn sáng tại một điểm ảnh màu xanh lá cây (như ảnh minh họa phía trên), một số photon có thể rò rỉ vào trong cột màu xanh và màu đỏ, rồi tạo ra một dòng điện nhỏ trong các diodes tách sóng quang, mặc dù không có màu đỏ hoặc màu xanh trong bối cảnh đó.

Như bạn có thể tưởng tượng, điều này dẫn đến một biến dạng nhẹ của hình ảnh nguyên thủy khi bạn cố gắng nhìn lại nó, thể hiện trong blooming và noise. Hiện tượng nhiễu chéo tín hiệu không thể khắc phục hoàn toàn, mà chỉ có thể hạn chế bớt mà thôi.

Tóm lại, một cảm biến hình ảnh lý tưởng có thể chụp đủ ánh sáng để tái tạo một cách chính xác hình ảnh nguyên thủy, cả về một phổ rộng và phạm vi hoạt động lớn, cũng nên bao gồm các cảm biến hoạt động chính xác mà tránh nhiễu chéo tín hiệu càng nhiều càng tốt.

3) Ứng dụng lên các dòng smartphone và tablet

SOCELL được xem là tên thương mại của bộ combo công nghệ mà Samsung gọi là 3D-Backside Illuminated Pixel với Front-Side Deep-Trench Isolation (F-DTI) và Vertical Transfer Gate (VTG).

Hãng cho biết thêm rằng cảm biến ISOCELL cũng sẽ giúp tăng 20% góc lệch chính khi ánh sáng chiếu xiên vào hệ thống quang học của camera, từ đó giảm độ dày của cụm máy ảnh khiến nó phù hợp để dùng trong các smartphone hay tablet. Trong trường hợp sử dụng bộ cảm biến BSI thì khả năng bị nhiễu chéo tín hiệu khoảng 19%, còn đối với trường hợp dùng cảm biến ISOCELL thì bị nhiễu chỉ 12,5% mà thôi.

Rõ ràng ISOCELL hứa hẹn cải thiện chất lượng hình ảnh nói chung, trong các hình thức cải thiện độ sắc nét, góc chụp rộng và ghi hình chính xác hơn. Theo đó, để đáp trả lại những thành tụ công nghệ vượt bật này, người dùng phải tốn thêm kha khá khoản chi tiêu của mình vào những thiết bị được trang bị cảm biến ảnh này.

Samsung S5K4H5YB là dòng cảm biến đầu tiên tích hợp công nghệ ISOCELL, với độ phân giải 8 megapixel, kích cỡ điểm ảnh 1,12 micron và có định dạng 1/4". Hãng cũng có thể tăng độ phân giải lên tối đa 16 megapixel.

ISOCELL được xem là một công nghệ mới đầy hứa hẹn và sẽ giúp Samsung củng cố vị thế của mình ở Top hàng đầu trong ngành công nghiệp điện thoại di động. Hãng cũng xác nhận rằng, ISOCELL sẽ được mang lên các thiết bị cao cấp của hãng trong năm 2014. Điển hình như Galaxy S5 và Galaxy Note 4 chẳng hạn”.

So sánh giữa BSI và ISOCELL ở ngoài trời sáng...

... và trong nhà

Minh Dương (tổng hợp)