Ngày nay, các dòng máy như Nikon D850, Canon 5DS R, Sony A7R III hay các dòng medium format như Hasselblad có cảm biến hình ảnh khủng khiếp từ 50MP -100MP không còn là chuyện hiếm. Thế nhưng, có một số dòng máy còn có khả năng đẩy dung lượng hình ảnh lên hơn gấp 4 lần bằng công nghệ Pixel Shift.
Pixel Shift là gì?
Pixel Shift không phải là công nghệ mới. Nó đã được áp dụng cách đây khá lâu trên các kính hiển vi điện tử nhằm tăng độ phân giải hình ảnh.
Pixel Shift là công nghệ tạo ra độ sắc nét và thông tin màu cực cao dựa trên sự dịch chuyển của cảm biến hình ảnh so với thấu kính và lớp lọc màu Bayer theo nhiều hướng khác nhau cho ra tập hợp nhiều bức ảnh và kết hợp lại cho ra hình ảnh với độ phân giải cao và tái tạo màu sắc tốt hơn.
Video biểu diễn công nghệ pixel shift của Pentax
Pixel shift hoạt động như thế nào?
Để tìm hiểu Pixel Shift hoạt động như thế nào, hãy bắt đầu với một điểm ảnh.
Cảm biến ảnh có 2 phần:
- Lớp lọc màu Bayer:
Lớp lọc màu này do Bryce Bayer sáng chế. Đây là lớp lọc tách màu sao cho 1 pixel nhận được thông tin của duy nhất 1 màu. Và để thể hiện ra nhiều màu sắc khác nhau, Bayer đặt ra photosite bao gồm 4 pixel gần nhau sẽ nhận thông tin 3 màu căn bản: Đỏ (R) - Xanh lá (G) - và Xanh dương (B). Và để mô phỏng mắt người, Bayer nhận thấy tế bào hình nón M và L trong mắt người là để nhận biết vùng sáng và nhạy cảm với màu xanh lá cây. Do đó 1 photosite sẽ có tỉ lệ màu là RGGB.
- Tấm nền:
Tín hiệu màu sau khi đi qua lớp lọc, đến từng pixel trên tấm nền. Vì mỗi pixel chỉ nhận được 1 màu, nên để có màu sắc một thuật toán sẽ nội suy theo thuật toán demosaicing để đưa các thông tin từ các kênh màu riêng lẻ trong photosite thành màu sắc thật.
Mẫu màu luôn có 25% - 50% Green - 25% Blue
Pixel Shift
Với Pixel Shift, khi bấm chụp, máy sẽ chụp ít nhất 4 tấm hình. Và tấm nền di chuyển theo 4 hướng khác nhau theo công nghệ nano. Ống kính và lớp lọc Bayer đứng yên. Do đó, 1 pixel ảnh sẽ nhận đầy đủ thông tin 3 màu của một photosite là RGGB (Đỏ - Xanh lá - Xanh lá - Xanh dương). Thông tin hình ảnh trong một pixel tăng lên gấp 4 lần và khi nội suy, màu sắc sẽ chính xác hơn. Bên cạnh đó còn giảm hiện tượng moire.
Quá trình chụp 4 tấm cho đầy đủ thông tin màu sắc. Ảnh: creativityinnovationsuccess
Quảng cáo
Ngoài ra, việc di chuyển theo ít nhất 4 hướng khác nhau các dòng quét cũng tăng lên 4 lần, do đó độ phân giải sẽ tăng lên, cho hình ảnh sắc nét hơn.
Có 2 kiểu dịch chuyển cho công nghệ pixel shift. Dịch chuyển 1 pixel và dịch chuyển 1/2 pixel. Do đó, có một số dòng máy, Pixel shift còn di chuyển tới 6 lần (Hasselblad H6D-400C) và 8 lần (Olympus OM-D E-M1 Mark II và Panasonic Lumix DC-G9).
Hình bên phải: Mũi tên vàng là hướng di chuyển thêm 1/2 pixel của 2 tấm ảnh
Ảnh: Hasselblad.
HIệu quả khi chụp 6 tấm hình chồng nhau cho ra độ phân giả cực cao và sắc màu cực sâu. Ảnh: Hasselblad.
Quảng cáo
Những máy ảnh nào áp dụng được công nghệ Pixel Shift?
Với tính chất dị chuyển cảm biến khi chụp, công nghệ Pixel được trang bị trên các máy ảnh có khả năng chống rung trong thân máy để tận dụng sự di chuyển của cảm biến khi chống rung. Bên cạnh đó, các máy không sử dụng hộp gương lật cũng là lợi thế của công nghệ này khi loại bỏ thời gian và rung động khi lật gương và màn trập đến 4 lần cho một lần chụp.
Điểu này có thể thấy rõ khi các hãng sản xuất máy ảnh không gương lật đi đầu trong việc ứng dụng công nghệ này như Sony, Olympus, Hasselblad... Hiện nay, chỉ có Pentax theo đuổi công nghệ chống rung trên thân máy DSLR và do đó, họ đã áp dụng được Pixel Shift cho các dòng máy của mình từ khá sớm.
Tại sao Pixel Shift là tương lai của công nghệ cảm biến?
Một công nghệ luôn tồn tại ưu và nhược điểm, và công nghệ đó có được sử dụng rộng rãi trong tương lai hay không, tuỳ thuộc vào số ưu điểm mà nó mang lại và khả năng khắc phục khuyết điểm.
Ưu điểm:
- Tăng độ phân giải:
Khi cảm biến dịch chuyển theo ít nhất 4 hướng khác nhau làm tăng số lượng điểm ảnh cho ra độ phân giải cực lớn sau khi "gộp" 4 tấm hình lại.
-Tăng thông tin màu sắc:
Với việc 1 cảm biến ghi được đủ màu sắc RGGB để nội suy, thông tin màu sắc sẽ chính xác hơn trước rất nhiều sau khi nội suy.
- Giữ nguyên độ lớn của từng pixel:
Cảm biến 18MP Fullframe sẽ có thông tin về ánh sáng tốt hơn rất nhiều lần so với cảm biến 18MP APS-C. Vì kích thước của từng pixel trên cảm biến Fullframe lớn hơn, nhận được nhiều thông tin ánh sáng hơn. Đó là lý do chất lượng vượt trội của máy ảnh fullframe thường cao hơn. Tương tự như vậy, với cùng kích thước, cảm biến có nhiều điểm ảnh hơn thì từng pixel phải có kích thước nhỏ hơn dẫn đến việc thông tin ánh sáng đi đến từng pixel giảm ít nhiều.
Khuyết điểm:
- Chậm:
Với việc phải di chuyển cảm biến theo ít nhất 4 hướng khác nhau để chụp 4 tấm hình sau đó "tổng hợp" hết thông tin từ 4 tấm hình cho ra một tấm hình duy nhất đòi hỏi máy phải có khoảng thời gian xử lý lâu hơn từ chụp một tấm hình.
- Tiêu thụ năng lượng cao:
Việc tiêu thụ chính ở đây là năng lượng pin cho việc di chuyển cảm biến và nội suy của bộ xử lý hình ảnh. Nhưng nếu so sánh việc tiêu thụ năng lượng cho một cảm biến 100MP không có Pixel Shift và một cảm biến 25MP có Pixel Shift thì có lẽ không quá chênh lệch.
- Hình ảnh chưa chuẩn:
Khuyết điểm này chỉ xảy ra với những máy chưa xử lý việc "gộp" ít nhất 4 tấm hình lại tốt. Khi chụp ít nhất 4 tấm, các vật thể di động sẽ cho ra các hình ảnh có khoảnh khắc hoàn toàn khác nhau. Và việc tính toán sao cho ra 1 tấm hình, 1 khoảnh khắc từ ít nhất 4 khoảnh khắc khác nhau vẫn là điều "đau đầu" cho các nhà sản xuất. Hiện nay, để chụp Pixel Shift, thường phải đặt trên chân máy và chụp ảnh tĩnh là chủ yếu.
Rõ ràng, Pixel Shift có khá nhiều ưu điểm để các hãng sản xuất máy ảnh phải chú ý và phát triển. Việc chạy đua pixel trên một cảm biến đã lên đến ngưỡng vượt qua 100MP khi Canon đã cho ra mắt 120MP. Khi điểm ảnh càng cao, việc giải quyết hiện tượng moiré, độ phân giải ống kính, kích thước của từng pixel là điều mà các nhà sản xuất phải đối đầu. Nhất là cảm biến điện thoại đã quá nhỏ để chứa số lượng điểm ảnh ngày càng cao. Đó là lý do pixel shift đã xuất hiện ngày càng trên điện thoại như Nokia (có PureView), Huawei...và danh sách các hãng máy ảnh áp dụng Pixel Shift ngày càng dài.
