Cellphones

Với sự xuất hiện và kết hợp với bộ lọc Quad Bayer, các smartphone với camera 48MP ngày càng xuất hiện nhiều hơn, đặc biệt là các smartphone chỉ nằm ở phân khúc tầm trung. Vậy thì các Quad Bayer này là gì? Và các cảm biến sử dụng chúng sẽ khác biệt thế nào và bạn đã biết gì về Quad Bayer hay chưa?

Quad Bayer là gì?

Đầu tiên, bộ lọc Bayer là một bộ lọc đầy màu sắc các bộ lọc màu Đỏ, Xanh lá và Xanh dương cho phép các cảm biến kỹ thuật số chụp ảnh màu. Các điểm ảnh không nhận biết được màu sắc mà chỉ thu được lượng ánh sáng chiếu vào chúng, thế nên nếu không có bộ lọc màu thì các bức ảnh bạn chụp sẽ chỉ có màu trắng và đen. Bộ lọc Bayer sẽ đảm bảo các ánh sáng đến từng điểm ảnh sẽ mang một trong ba màu chính kể trên.

Ví dụ trong cảm biến 12MP, 6 triệu điểm ảnh (1 Megapixel ~ 1 triệu Pixel) sẽ được thấy với màu xanh lá và 6 triệu còn lại sẽ là đỏ và xanh dương mỗi điểm ảnh. Vì mắt người nhạy cảm với màu xanh lá nhất nên điểm ảnh màu xanh lá mới nhiều hơn hai màu còn lại. Một thuật toán có tên là “khử màu” lúc này sẽ được dùng để hợp các điểm ảnh này thành một bức ảnh 12MP.

Bộ lọc Quad Bayer, tên thì như vậy thôi nhưng chức năng của nó vẫn như một bộ lọc thường gồm 3 màu Đỏ, Xanh lá và xanh dương. Khác biệt ở đây chính là cảm biến ở phía sau bộ lọc màu này. Các cảm biến Quad Bayer sử dụng cảm biến mới với khả năng cho ra bốn điểm ảnh phía sau mỗi ô màu thay vì một như cảm biến thường (ảnh trên).

Chính vì vậy mà dù cho số độ phân giải 48MP rất cao, nhưng các cảm biến Quad Bayer 48MP không cho ảnh chi tiết hơn cảm biến 12MP. Đó chính là lý do vì sao mà các smartphone cao cấp lại sử dụng cảm biến độ phân giải 12MP, chứ không phải là 48MP trên các smartphone tầm trung. Nhiều hãng sản xuất sẽ tiếp thị sản phẩm rằng có thuật toán cho phép chúng chụp được ảnh chi tiết hơn, nhưng qua kiểm chứng thì khác biệt không nhiều.

Hiện tại, bộ lọc Quad Bayer đã dần trở nên phổ biến và các smartphone sử dụng là P20 Pro, Mate 20 Pro, Mate 20 X, Vivo V15 Pro, Samsung Galaxy A70,… Huawei cũng giới thiệu thế hệ thứ hai cho Huawei P30/P30 Pro với bộ lọc thay bằng Đỏ, Vàng, Vàng, Xanh dương thay cho Đỏ, Xanh lá, Xanh lá, Xanh dương (RGGB). Tuy nhiên quy tắc vẫn tương tự không khác biệt. Samsung cũng mới đây giới thiệu cảm biến Quad Bayer 64MP với kích thước điểm ảnh không đổi nhưng nhưng thay đổi độ phân giải.

Cảm biến Quad Bayer làm được gì?

Sức mạnh của các cảm biến Quad Bayer nằm ở khả năng xử lý một nhóm bốn điểm ảnh cùng một ô vuông màu trong bộ lọc như là một hoặc nhiều cảm biến riêng biệt. Hiện đang có một số cảm biến lớn được tích hợp trên điện thoại, đầu tiên là Sony IMX586 – cảm biến 48MP đầu tiên và phổ biến nhất với kích thước 8mm. IMX363 (trong Pixel 3) và Samsung S5K2L4 (trong Galaxy S10) thì có kích thước khoảng 7.06mm.

Kích thước các điểm ảnh khác biệt rất nhiều, ví dụ như 48MP với kích thước điểm ảnh 0.8µm (micromet) khác rất nhiều với cảm biến thường nhưng kích thước điểm ảnh 1.4µm. Tất cả các tài liệu tiếp thị về các cảm biến 48MP đều tự hào rằng họ có thể kết hợp các điểm ảnh lại để cho ra chất lượng như các điểm ảnh 1.6µm.

Việc này sẽ tạo ra các bức ảnh 12MP và con số 1.6µm được nhắc đến rất nhiều, nhưng nó lại không hoàn toàn cải thiện hiệu năng thiếu sáng của cảm biến. Nhiễu ảnh (noise) là hiện tượng xuất hiện ngẫu nhiên và nếu điểm ảnh lớn của một cảm biến thông thường thu được thông tin nhiễu thay vì tín hiệu ánh sáng như bình thường thì coi như điểm ảnh này không dùng được. Còn với các cảm biến Quad Bayer với 4 điểm ảnh thu được, một điểm ảnh thu nhầm thông tin nhiễu cũng chỉ mất 25% thông tin, lúc này các điểm ảnh còn lại sẽ là vị cứu tinh của điểm ảnh bị nhiễu này.

Ngoài ra, cảm biến có thể được chia thành hai cảm biến logic – một cảm biến chụp phơi sáng ngắn và một phơi sáng dài. Điều này được sử dụng trong ánh sáng ban ngày để chụp HDR thời gian thực.

Có một cách để giảm nhiễu và HDR với cảm biến sử dụng bộ lọc Bayer thường là chụp nhiều tấm hình tiếp nối nhau và sau đó là kết hợp lại. Tuy nhiên, rắc rối cho cách này là vật thể mà di chuyển giữa các lần chụp sẽ gây nên hiện tượng nhoè ảnh và sẽ cần phải có AI “nhúng tay” vào giúp người dùng. Các cảm biến sử dụng bộ lọc Quad Bayer sẽ chụp hai tấm cùng một lúc và lúc này không cần tới AI can thiệp, ví dụ ở ảnh dưới đây.

Nghĩ đơn giản là bộ lọc Quad Bayer cho phép phần mềm camera của điện thoại chụp được hai tấm ảnh một lúc. Điều này cho phép xử lý hình ảnh (HDR và ​​chế độ ban đêm) trên điện thoại tốt hơn và chất lượng ảnh đẹp hơn.

Vậy hạn chế của cảm biến Quad Bayer?

Khác với màn hình LCD có các điểm ảnh phụ Đỏ, Xanh lá và Xanh dương cho từng điểm ảnh. Một cảm biến thông thường chỉ có một điểm ảnh phụ cho mỗi điểm ảnh, nhưng khoảng cách giữa chúng gần nhau nên tái tạo lại màu hình ảnh nên khác biệt không nhiều. Tuy nhiên với các bộ lọc Quad Bayer, các điểm ảnh khác màu nằm xa hơn nên việc tái tạo màu sẽ kém hiệu quả hơn các cảm biến thông thường. Tóm gọn lại, bạn sẽ không thể có ảnh có độ chi tiết hơn 12MP với cảm biến Quad Bayer 48MP, ngoài ra thì cảm biến Quad Bayer cũng không thể sử dụng HDR hoặc xử lý hình ảnh khác nên chất lượng màu sắc đôi lúc sẽ không bằng 12MP.

Samsung Galaxy A80: trái 12MP, phải 48MP

Bạn có thể chạy thuật toán khử màu với ảnh raw từ cảm biến 48MP để ảnh có thể rõ hơn nhưng tuỳ thuộc vào điện thoại đang dùng mà chất lượng có thể khác biệt. Nếu bạn quan tâm nhiều tới chất lượng ảnh thì nên chụp cả 48MP và 12MP để dễ dàng lựa chọn, nhưng cam đoan là 12MP nhiều trường hợp sẽ tốt hơn và bạn sẽ thích sử dụng 12MP hơn.

Huawei 20 Pro: trái 12MP, phải 48MP

Ngoài ra, các cảm biến cũ và vi xử lý sẽ khó có thể phân tích và đọc được các bức ảnh 48MP nên thường chúng sẽ phóng lớn từ 12MP, tương đối tốn bộ nhớ. Và cần phải lưu ý, hầu hết các hãng sẽ tiếp thị rằng với 48MP bạn sẽ có các bức ảnh “đẹp như mơ”, như các bức ảnh từ máy ảnh thực thụ, nhưng thực tế thì việc này đòi hỏi kĩ năng và thiết bị hơn là cảm biến 48MP này.