Cảm biến full-frame, APS-C và điện thoại: to nhỏ khác nhau những gì

← BlogKiến thức máy ảnh · 6 phút đọc

Số MP không nói lên chất lượng

Mở thông số hai máy: điện thoại 50 megapixel, máy ảnh full-frame 24 megapixel. Nhìn số thì điện thoại gấp đôi. Nhưng chụp trong quán cà phê tối, hay chụp chân dung muốn phông tan, điện thoại thua rõ.

Vì megapixel chỉ cho biết ảnh được chia thành bao nhiêu ô. Nó không cho biết mỗi ô to bao nhiêu, và cả tấm cảm biến hứng được bao nhiêu ánh sáng. Thứ quyết định hai chuyện đó là kích thước cảm biến.

Ba cỡ cảm biến hay gặp

Cảm biến	Kích thước	Diện tích	So với full-frame
Full-frame	36 × 24 mm	864 mm²	1×
APS-C (Nikon, Sony, Fujifilm)	23,5 × 15,6 mm	≈ 367 mm²	nhỏ hơn ≈ 2,4 lần
Điện thoại loại lớn (1/1,3 inch)	≈ 9,8 × 7,3 mm	≈ 72 mm²	nhỏ hơn ≈ 12 lần

Ba cỡ cảm biến vẽ đúng tỉ lệ thật: full-frame 36 × 24 mm, APS-C 23,5 × 15,6 mm, điện thoại loại lớn 9,8 × 7,3 mm. Tính diện tích, full-frame gấp 2,4 lần APS-C và 12 lần điện thoại. Sơ đồ vẽ theo số liệu thật.

Full-frame đúng bằng khung phim 35mm ngày xưa, nên còn gọi là cỡ 35mm. APS-C của Canon nhỏ hơn bảng trên một chút.

Tên gọi “1/1,3 inch” không phải số đo

Thấy “1/1,3 inch”, nhiều người tưởng đường chéo cảm biến dài 1/1,3 inch, tức 19,5 mm. Không phải. Đó là cách gọi có từ thời ống thu hình trong máy quay: ống có đường kính ngoài 1 inch thì vùng nhạy sáng bên trong chỉ khoảng 16 mm. Cách gọi theo ống cứ giữ tới giờ, dù cảm biến đã khác hẳn. Đường chéo thật của cảm biến 1/1,3 inch chỉ khoảng 12 mm.

Cứ nhớ: mẫu số càng nhỏ, cảm biến càng to. 1/1,3 inch to hơn 1/2,5 inch.

Hệ số crop: vì sao 50mm thành 75mm

Ống kính tạo ra một vòng ảnh tròn phía sau nó. Cảm biến full-frame hứng phần lớn vòng ảnh đó. Cảm biến APS-C nhỏ hơn, chỉ hứng phần giữa, nên khung hình hẹp lại, trông như khi dùng ống dài hơn.

Ống kính tạo một vòng ảnh tròn. Full-frame hứng khung lớn, APS-C chỉ hứng phần giữa nên khung hình hẹp lại như dùng ống dài hơn 1,5 lần. Ống kính không đổi gì. Sơ đồ vẽ theo số liệu thật.

Tỉ lệ đường chéo giữa hai cảm biến là 1,5, gọi là hệ số crop (crop factor). Gắn ống 50mm lên APS-C, khung hình hẹp như ống 75mm trên full-frame. Máy Canon APS-C có hệ số 1,6.

Lưu ý: ống kính không đổi gì. Tiêu cự vẫn 50mm, góc nhìn của ống vẫn vậy. Chỉ là ảnh bị cắt bớt phần viền, như bạn crop một tấm ảnh trên máy tính.

Pixel to gom được nhiều ánh sáng hơn

Giờ tới chuyện số MP. Nikon Zf có 24 megapixel trên 864 mm², mỗi pixel rộng khoảng 6 micromet. Một điện thoại 50 megapixel trên cảm biến 1/1,3 inch có pixel chỉ khoảng 1,2 micromet. Tính diện tích, mỗi pixel của Zf hứng sáng gấp khoảng 25 lần pixel điện thoại.

Mỗi pixel là một cái giếng hứng mưa ánh sáng. Cùng diện tích cảm biến, pixel to (trái, 4 giếng) hứng được nhiều hạt mỗi giếng; pixel nhỏ (phải, 100 giếng) chỉ hứng lác đác, tín hiệu lởm chởm, khuếch đại lên là nhiễu. Sơ đồ vẽ theo số liệu thật.

Hãng điện thoại biết điều đó nên mặc định gộp 4 pixel làm một (pixel binning), cho ra ảnh 12 megapixel. Khi đó chênh lệch mỗi pixel còn khoảng 6 lần. Nhưng tính trên cả tấm cảm biến, điện thoại vẫn gom sáng ít hơn khoảng 12 lần. Gộp pixel không tạo thêm ánh sáng, chỉ chia lại ánh sáng đã có.

Ít ánh sáng thì nhiều nhiễu

Ánh sáng tới cảm biến là những hạt rơi xuống ngẫu nhiên, như mưa. Hứng được nhiều hạt thì tín hiệu đều. Hứng được ít, tín hiệu lởm chởm, và khi máy khuếch đại lên (tăng ISO) thì độ lởm chởm đó lộ ra thành nhiễu (noise).

Cùng khẩu, cùng tốc độ, full-frame gom sáng hơn APS-C khoảng 1 stop, và hơn điện thoại khoảng 3,5 stop. Nghĩa là điện thoại phải “cố” gấp 12 lần để ra ảnh sáng bằng.

Điện thoại bù lại bằng phần mềm: chụp liền nhiều tấm rồi chồng lên nhau để làm mượt nhiễu. Ảnh đêm trên điện thoại trông mịn như sáp, mất vân da và chi tiết nhỏ, là vì vậy.

Pixel to giữ được nhiều chi tiết sáng tối

Giếng to còn một cái lợi: chứa được nhiều ánh sáng hơn trước khi tràn. Trong ảnh, “tràn” là cháy sáng. Cùng một cảnh ngược sáng, cảm biến lớn giữ được trời chưa cháy trắng mà vùng tối vẫn còn chi tiết. Khoảng từ chỗ tối nhất tới chỗ sáng nhất mà cảm biến ghi được gọi là dải tương phản động (dynamic range). Đây là một phần lý do file RAW từ máy cảm biến lớn kéo sáng tối được nhiều hơn.

Cảm biến nhỏ thì khó xoá phông

Muốn có cùng khung hình, cảm biến nhỏ phải dùng ống có tiêu cự ngắn hơn. Tiêu cự ngắn thì vùng nét dày (xem bài Độ sâu trường ảnh). Ống điện thoại ghi f/1.8, nhưng nếu quy về độ xoá phông trên full-frame với cùng khung hình và cùng chỗ đứng, nó chỉ tương đương khoảng f/6.3. Vì vậy điện thoại mới cần chế độ chân dung làm mờ bằng phần mềm.

Ghi nhớ nhanh

• Cảm biến to: gom nhiều sáng, ít nhiễu, giữ nhiều chi tiết sáng tối, dễ xoá phông.
• Cảm biến nhỏ: máy gọn nhẹ, rẻ, phần mềm phải gánh nhiều hơn.
• Số megapixel chỉ có nghĩa khi xem kèm cỡ cảm biến.
• Hệ số crop chỉ cắt khung hình, không đổi tiêu cự ống kính.

Máy bạn đang dùng cỡ cảm biến nào? Thử chụp một cảnh tối bằng cả điện thoại lẫn máy ảnh rồi phóng to 100%, bạn sẽ thấy sự khác nhau nằm ở đâu.