Kích thước cảm biến ảnh của máy ảnh càng lớn càng có nhiều lợi thế hơn

Rất nhiều ảnh chụp bằng điện thoại, bằng máy ảnh compact, máy ảnh không gương lật hoán đổi ống kính, hay bằng máy ảnh DSLR... rất khó có thể phân biệt chất lượng khi nhìn ảnh của chúng trên mạng xã hội, hoặc in ấn kích thước nhỏ. Và chính vì thế, nhiều người cho rằng ảnh chụp bằng các máy ảnh nhỏ và lớn là như nhau, thậm chí là hơn khi do chính họ chụp. Người ta đặt vấn đề rằng tại sao không chỉ dùng một chiếc điện thoại cho gọn nhẹ cho mọi nhu cầu mà thôi, các hãng máy ảnh sẽ chết hết, thế giới sẽ chỉ dùng điện thoại chụp hình...

Về kích thước cảm biến
Chúng ta thường thấy người ta ghi các con số 2/3", 4/3", 1", 1/1.8" ... khi nói kích thước cảm biến ảnh của máy ảnh. Các con số đó vẫn được hiểu là kích thước đường chéo của cảm biến ảnh. Nhưng thực tế những con số ấy không phải là chỉ số kích thước cảm biến, nó lớn hơn kích thước thật của đường chéo của cảm biến.

Những con số ấy chính là kích thước đường kính của đường tròn vật liệu chứa cảm biến. Các kỹ sư từ đầu đã thấy rằng diện tích hữu dụng của bề mặt cảm biến nhạy sáng chiếm khoảng 2/3 diện tích bề mặt hình tròn có thể ghi nhận ánh sáng. Có vẻ như không có tính toán học rõ ràng giữa đường kính vòng tròn hình ảnh và kích thước cảm biến, nhưng nó luôn chiếm khoảng 2/3.



* 1.8" còn được gọi là APS-C và có dao động một chút khác biệt như APS-C film có kích thước 25.1 x 16.7 mm, APS-C của Sony là 21.5 x 14.4 mm, Nikon "DX" là 23.7 x 15.7 mm, trong khi Canon thì có khi thì nhỏ hơn khi thì lớn hơn, như 22.2 x 14.8 mm và 28.7 x 19.1 mm.

Các điểm lợi của máy ảnh có cảm biến lớn

1. Cảm biến ảnh lớn thì ghi nhận nhiều ánh sáng hơn, độ phân giải cao hơn.
Cảm biến ảnh của máy ảnh DSLR và của máy ảnh Mirroless có kích thước Micro Four Thirds (17 x 13mm), APS-C (24 x 16mm), hoặc Full-Frame (36 x 24 mm). Các máy ảnh du lịch nhỏ hoặc điện thoại có kích thước cảm biến rất nhỏ. 1/2.5" là kích thước phổ thông nhất trong một số máy PnS giá rẻ; với điện thoại, ngoài 1/2.5" còn có 1 / 3.2, 1 / 2.3, 2/3, 1 / 3.2... với 1/2.7 là tương đương 5.37mm x 4.04mm là rất nhỏ dành cho camera điện thoại.


Bắt đầu với điều hiển nhiên, cảm biến có diện tích lớn hơn sẽ ghi nhận lượng sáng lớn hơn và nhiều chi tiết ảnh hơn trong cùng điều kiện ghi hình. Chẳng hạn hai cảm biến có kích thước lớn chênh lệch 40%, kích thước mỗi điểm ảnh bằng nhau, thì số lượng điểm ảnh của cảm biến lớn sẽ nhiều hơn 40%, nghĩa là ảnh có độ phân giải cao hơn, chi tiết nhiều hơn, và có thể phóng to ra tốt hơn.


Cảm biến lớn hơn có thể chứa các điểm ảnh có kích thước lớn hơn. Chẳng hạn một máy ảnh Full Frame và một máy ảnh APS-C có cùng số lượng điểm ảnh là 16MP. Thì điều đó không có nghĩa là chất lượng hình ảnh cũng sẽ tương đương. Trên diện tích FF lớn hơn, các điểm ảnh lớn hơn, ghi nhận nhiều ánh sáng hơn, chất lượng ảnh sẽ tốt hơn. Ta có thể hình dung bề mặt hai cái bàn có diện tích khác nhau, đều đặt kín trên đó 20 cái tách (số lượng bằng nhau), nhưng kích thước của mỗi tách trên hai bàn khác nhau (kích thước tách khác nhau), tách lớn sẽ chứa được nhiều nước hơn trong cùng điều kiện rót nước và thời gian rót (tốc độ & khẩu độ). Mình có so sánh một lần khi nói về cảm biến Nokia 808 và 1020:

2 - Cảm biến lớn hơn giúp chụp trong môi trường ánh sáng yếu tốt hơn
DXO Mark thử kiểm tra hiệu năng chụp trong môi trường ánh sáng yếu của các máy số có kích thước cảm biến khác nhau, ở độ nhạy sáng ISO cao. Cách họ phân mức điểm là ở mức ISO cao nhất mà hình ảnh được tạo ra không bị nhiễu hạt. Họ có những thiết bị và thuật toán để xác định ranh giới nhất định của việc xuất hiện hạt nhiễu ở mức ISO tương ứng nào đó. Ví dụ ở điểm số 900, nghĩa là máy ảnh đó có thể tạo ra tấm ảnh có thể sử dụng được ở mức ISO900. Máy ảnh có số điểm 1250 nghĩa là khả năng chụp thiếu sáng của nó tốt hơn.


Việc thử nghiệm này cho thấy mối tương quan trực tiếp giữa bộ cảm biến lớn hơn sẽ hiệu dụng hơn trong môi trường ánh sáng yếu. Chúng ta thấy máy ảnh Micro Four Thirds trung bình khoảng 825, APS-C khoảng 1161, Full Frame khoảng trung bình 2811. Kích thước cảm biến tạo nên sự khác biệt này.

3 - Dải tương phản động (dynamic range) rộng hơn với cảm biến lớn hơn
Không có công thức để đo dynamic range cho máy ảnh, hoặc rất khó. Trong một dải sắc độ, có những khi nhiễu hạt sẽ ảnh hưởng làm tối hình ảnh, thậm chí tại vùng thấp nhất của quang phổ, màu đen cũng mất "sự tinh khiết" đen của nó vì nhiễu hạt. Nghĩa là khả năng ghi nhận ánh sáng yếu quyết định một phần dải tương phản động. Mà kích thước cảm biến tỷ lệ thuận với khả năng ghi nhận ánh sáng, nên cảm biến càng lớn thì dải tương phản động càng rộng.

Ảnh DP Review​

4 - Kích thước cảm biến càng lớn, càng có khả năng tạo ảnh có trường ảnh mỏng (hậu cảnh mờ)
Chúng ta thấy giơ điện thoại lên chụp một cảnh rộng, kiểu gì thì cũng nét từ đầu đến cuối. Và nếu muốn hậu cảnh mờ, thì không có cách nào khác ngoài việc dí sát camera vào một vật thể nào đó. Kích thước cảm biến là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến vùng ảnh rõ.

Ảnh DP Review​

Xem link: 
Background blur and its relationship to sensor size
Trang DP Review đã có một bài so sánh điều này rất hay, so sánh và tổng hợp cho thấy mối liên hệ giữa kích thước cảm biến và hậu cảnh mờ nhoè (background blur). 

5 - Cảm biến ảnh lớn hơn ít nhiễu xạ hơn (diffraction)
Hiện tượng dễ thấy khi chụp với khẩu độ ống kính nhỏ, các tia sáng đi qua các góc cạnh vào cảm biến ảnh dễ bị bẻ gập nhiều nhất ở phía ngoài vành và ít nhất ở tâm thấu kính - nơi hai mặt thuỷ tinh gần như song song, các tia sáng bị tán xạ và làm ảnh hưởng chất lượng đến các tia sáng khác. Trong cùng điều kiện tán xạ, cảm biến ảnh lớn hơn, ghi nhận ánh áng nhiều hơn và tốt hơn, sẽ ít thấy nhiễu xạ hơn.

6 - Cảm biến lớn hơn thì ảnh ít bị crop hơn
Có các hãng máy ảnh sản xuất máy DSLR full-frame song song với dòng DSLR crop sensor. Trong đó, hãng Canon có dòng DSLR crop sensor có hai tỷ lệ khuếch đại là 1.6x và 1.3x; các dòng máy DSLR crop sensor của Nikon, Sony và Pentax đều theo tỷ lệ khuếch đại 1.5x. Máy không gương lật thì có một số dòng lại dùng tỷ lệ khuếch đại 2x.


Một trong đặc tính quan trọng nhất của ống kính là độ dài tiêu cự của nó, thường được gọi tắt là tiêu cự. Tiêu cự là gì? - Tiêu cự của một ống kính là khoảng cách từ tâm ống kính tới bề mặt phim / cảm biến hình ảnh của máy ảnh khi ống kính lấy nét ở vô cực. Tiêu cự của ống kính càng dài thì độ khuếch đại hình ảnh càng lớn. Độ dài tiêu cự và kích thước hình ảnh tỷ lệ thuận với nhau.

• Trên cùng một máy ảnh tại cùng vị trí chụp cùng đối tượng: Khi thay ống kính có tiêu cự 50mm bằng ống kính có tiêu cự 100mm, hình ảnh chụp bằng ống kính có tiêu cự 100mm sẽ lớn gấp đôi hình ảnh chụp với ống kính 50mm trên cùng một máy ảnh và cùng vị trí bấm máy.
• Cùng một ống kính chụp trên hai loại máy: Một ống kính có tiêu cự 50mm nhưng dùng cho hai loại máy ảnh số với kích thước bộ cảm biến hình ảnh khác nhau. Chẳng hạn máy DSLR "full-frame" tương đương kích thước phim 35mm và máy DSLR "crop sensor" có kích thước bộ cảm biến hình ảnh nhỏ hơn - tỷ lệ 1.3x, 1.5x, 1.6x hay 2x ... thì sẽ có cùng độ khuếch đại nhưng sẽ khác góc thu hình, căn cứ theo đường chéo của bộ cảm biến.

Như vậy, ống kính 50mm trên máy ảnh DSLR full-frame sẽ có góc thu hình rộng hơn là khi gắn trên máy ảnh DSLR crop sensor. Ống kính 50mm của máy ảnh DSLR full-frame là ống kính normal tiêu chuẩn nhưng khi gắn trên máy ảnh DSLR crop sensor lại là một ống kính góc hẹp hơn, tương đương với một tiêu cự dài hơn. Chẳng hạn ống kính 50mm gắn trên máy ảnh số có bộ cảm biến nhỏ tỷ lệ là 1.6x sẽ là 80mm.



Cảm biến ảnh lớn hơn giúp bạn chụp ảnh tốt hơn trong cùng môi trường ánh sáng, nhất là ánh sáng yếu, có dải tương phản động rộng hơn, nhiều thông tin ảnh hơn, giảm nhiễu xạ trong hoàn cảnh ánh sáng khó, giảm thiểu nhiễu xạ... Nên, mình vẫn nói khi chụp thử ảnh hay hướng dẫn chụp ảnh điện thoại, chúng ta cố gắng hết sức để khai thác khả năng của một chiếc camera, nhưng nếu bạn có nhu cầu cao hơn về chất lượng ảnh, hãy mua cái máy ảnh là vì vậy.

Dĩ nhiên, về máy ảnh là thiết bị ghi hình, cảm biến ảnh là yếu tố quan trọng quyết định. Còn chất lượng một bức ảnh còn những yếu tố khác như ống kính, thuật toán xử lý, kỹ năng... và con người sử dụng chúng nữa.