RSS

Kỹ thuật chụp ảnh bằng máy ảnh kỹ thuật số: Hệ thống lấy nét pha.

11 Nov

Kỹ thuật chụp ảnh bằng máy ảnh kỹ thuật số: Hệ thống lấy nét pha.

 

Hệ thống giúp máy ảnh kỹ thuật số tự động lấy nét có thể phân chia làm hai loại, chủ động và bị động. Cơ chế lấy nét chủ động thực hiện bằng cách phát ra các tia bức xạ như sóng âm, laser, tia hồng ngoại… về phía đối tượng chính. Một cảm quang gắn trên thiết bị sẽ nhận lại các tia phản xạ từ vật thể, từ đó suy ra khoảng cách tới đối tượng bằng thuật toán lượng giác. Thông tin về khoảng cách tiếp tục được gửi tới vi xử lý để thực hiện quá trình kiểm tra, soát lỗi và điều khiển ống kính nhằm thu được bức ảnh nét nhất. Hệ thống lấy nét chủ động được sử dụng khá phổ biến trên một số đời máy phim đầu tiên của Nikon, Canon, Contax và cả dòng máy chụp ảnh lấy ngay của Polaroid.

Đa số máy ảnh kỹ thuật số dân dụng hiện nay sử dụng cơ chế lấy nét thụ động. Một cảm biến đặt trong máy sẽ kiểm tra độ nét của vật thể được lựa chọn bằng cách phân tích ánh sáng môi trường phản xạ hoặc phát ra từ chính vật thể đó. Nếu trời quá tối, đèn trợ sáng nằm ở mặt trước sẽ được kích hoạt nhằm bổ trợ cho quá trình lấy nét. Về bản chất, cơ chế lấy nét bằng đèn (autofocus assist light) vẫn được coi là thụ động do máy ảnh kỹ thuật số không sử dụng các thông tin về hướng và vị trí của nguồn phát để tính toán ra khoảng cách tới vật thể.

Hệ thống lấy nét thụ động có thể được chia tiếp làm hai loại dựa trên nguyên tắc phân tích ánh sáng của cảm biến là lấy nét theo pha (phase detection) và lấy nét bằng cách so sánh tương phản (contrast detection). Do những ưu thế vượt trội về tốc độ và tính chính xác, cơ chế lấy nét pha được sử dụng khá phổ biến trên các dòng máy phim cao cấp như Nikon F4, Canon EOS-1v và đa số máy ảnh DSLR hiện nay.

Cơ chế tạo ảnh trên mặt cảm quang một chiều trong trường hợp máy lấy nét chính xác và lấy nét vào trước vật thể. Ảnh: Graphics Stanford.
Cơ chế tạo ảnh trên mặt cảm quang một chiều trong trường hợp máy lấy nét chính xác và lấy nét vào trước vật thể. Ảnh: Graphics Stanford.

Trong module lấy nét pha, nhà sản xuất bố trí các cặp cảm quang một chiều, nghĩa là chúng chỉ có duy nhất một hàng điểm ảnh. Mỗi cặp cảm quang này tạo nên một điểm lấy nét tự động (AF Point) mà bạn có thể nhìn thấy trên viewfinder. Một số máy ảnh cao cấp như Canon EOS-1V, Canon EOS-1D, Nikon D2X… còn sở hữu cảm quang Area SIR hai chiều có dạng chữ nhật, cho phép phân tích pha ánh sáng với độ nhạy và độ chính xác cao hơn phương pháp truyền thống. Khi máy ảnh thực hiện quá trình lấy nét, ánh sáng sẽ đi qua ống kính, một phần phản xạ ngược lên buồng lăng kính năm mặt để cung cấp dữ liệu cho hệ thống đo sáng AE và tạo ảnh trên khung ngắm quang. Phần ánh sáng còn lại sẽ đi xuyên qua gương bán mạ và phản xạ ngược trở xuống module lấy nét nằm ở nửa dưới thân máy. Tại đây, các tia sáng được lái về một phía của cặp vi kính (nửa trái hoặc nửa phải) và tạo ảnh trên mặt cảm quang. Nếu ảnh xuất hiện trên hai mặt cảm quang có vị trí như nhau hay nói đúng hơn là có vị trí trùng khít nhau thì máy ảnh đã lấy nét chính xác vào vật thể. Nếu ảnh xuất hiện tại các vị trí khác nhau trên hai mặt cảm quang hay bị lệch pha với nhau thì máy vẫn chưa lấy nét chuẩn. Bằng cách phân tích khoảng cách và hướng dịch chuyển của hai ảnh, vi xử lý sẽ biết được máy đang lấy nét vào điểm trước hay sau vật thể chính, từ đó phát lệnh điều khiển ống kính thực hiện lấy nét lại.

Mặt cắt dọc một máy ảnh DSLR cho thấy đường đi của tia sáng khi hệ thống lấy nét pha hoạt động. Ảnh: Graphics Stanford.
Mặt cắt dọc một máy ảnh DSLR cho thấy đường đi của tia sáng khi hệ thống lấy nét pha hoạt động.
Ảnh: Graphics Stanford.

Cơ chế lấy nét theo pha có tốc độ đáp ứng cao do module lấy nét được thiết kế độc lập và thuật toán so sánh trùng/lệch pha không quá phức tạp. Điều này đặc biệt quan trọng khi chụp các đối tượng chuyển động nhanh, vốn đòi hỏi hệ thống lấy nét phải liên tục bám theo vật thể để đảm bảo độ nét trong suốt quá trình lia máy. Tuy nhiên, các máy ảnh sử dụng phương pháp lấy nét pha thường khá cồng kềnh vì phải tốn thêm không gian cho buồng gương lật và module lấy nét riêng rẽ. Hạn chế này đã khiến việc thu nhỏ kích thước máy ảnh DSLR trở nên rất khó khăn đồng thời buộc nhà sản xuất phải tích hợp cho các máy ảnh compact cơ chế lấy nét so sánh tương phản, vốn khá chậm chạp và kém chính xác.

Hệ thống lấy nét pha tích hợp trên cảm quang chính của Fujifilm. Ảnh: Dpreview.
Hệ thống lấy nét pha tích hợp trên cảm quang chính của Fujifilm. Ảnh: Dpreview.

Fujifilm đã giải quyết những bất cập trên bằng cách tích hợp cơ chế lấy nét pha ngay trên cảm quang chính của máy ảnh compact. Hai pixel nằm ở phần trung cảm quang sẽ được “trích ra” để làm nhiệm vụ giống như cặp cảm quang một chiều trong module lấy nét của DSLR. Một nửa pixel sẽ được che đi nhằm thu nhận ánh sáng từ một phía của vi kính. Nguyên tắc so sánh trùng/lệch pha được thực hiện tương tự như trên DSLR. Tuy nhiên, do cấu trúc AF nằm ở trung tâm chip CCD nên khi cơ chế lấy nét pha được kích hoạt, điểm lấy nét cũng bị sẽ cố định ở trung tâm khung hình. Hai điểm ảnh “trích ra” chỉ thu nhận được khoảng 50% lượng sáng so với bình thường. Tuy nhiên, sự chênh lệch này hầu như không thể nhận ra do một vùng nhỏ ở trung tâm cảm quang có thể chứa tới hàng chục nghìn điểm ảnh khác nhau. Trong điều kiện ánh sáng yếu hoặc khi người dùng bật tính năng nhận diện khuôn mặt, máy ảnh sẽ tự động chuyển sang cơ chế lấy nét dựa trên so sánh tương phản truyền thống.

Fujifilm FinePix F300EXR là máy ảnh compact đầu tiên được trang bị hệ thống lấy nét lai Hybrid AF. Ảnh: Imaging Resource.
Fujifilm FinePix F300EXR là máy ảnh compact đầu tiên được trang bị hệ thống lấy nét lai Hybrid AF.
Ảnh: Imaging Resource.

Do tính chất đặc biệt trong cấu tạo và nguyên tắc hoạt động, hệ thống lấy nét mới của Fujifilm được coi là một dạng lai tạp (Hybrid AF) giữa cơ chế lấy nét pha độc lập trên DSLR và cơ chế lấy nét tương phản tích hợp trên cảm biến của máy ảnh không gương lật. Công nghệ mới này sẽ giúp những thế hệ máy ảnh kỹ thuật số du lịch trong tương lai vẫn giữ được kích thước khiêm tốn, trong khi tốc độ lấy nét có thể ngang ngửa với nhiều mẫu DSLR cao cấp. Hiện tại, F300EXR và Z800EXR là hai phiên bản compact nhỏ gọn đầu tiên của Fujifilm được trang bị cơ chế lấy nét lai cùng cảm quang EXR mới nhất. Tốc độ lấy nét pha trong điều kiện đủ sáng chỉ khoảng 0,158 giây, ngang ngửa và thậm chí còn tốt hơn một số máy ảnh DSLR phổ thông. Trong tương lai không xa, khi những giới hạn về ống kính và chất lượng cảm biến được giải quyết, người dùng sẽ được tận hưởng tốc độ thực thi nhanh chóng và nhiều tính năng cao cấp trên một thân máy compact nhỏ nhẹ, thời trang với mức giá phù hợp.

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

 
%d bloggers like this: