[Nhiếp ảnh CB] Tìm hiểu & làm chủ máy ảnh - Phần 2: Nguyên lý hoạt động

Chúng ta đã làm quen với máy ảnh phần 1. Bài này tiếp tục tìm hiểu chiếc máy và ống kính có những cấu trúc thành phần nào và cơ chế hoạt động làm sao. Về cơ bản thì mọi máy ảnh chỉ là một cái hộp kín, không lọt sáng, một đầu có lỗ hở để ánh sáng đi vào, và đầu kia là bộ phận chứa phim hoặc bộ cảm biến ảnh. Nó tạo ra hình ảnh bằng cách tích tụ các tia sáng được phản xạ từ cảnh vật và rọi thành hình ảnh trên bề mặt phim có độ nhạy sáng hoặc trên cảm biến hình ảnh. Các bộ phận cơ bản đó là:

• Một ống kính: thu nhận ánh sáng.
• Một hệ thống kính ngắm: để ta nhìn thấy khung ảnh sẽ thu vào.
• Một bộ phận lấy nét: điều khiển vị trí của các lớp thấu kính làm cho hình rõ nét.
• Một màn trập: để định thời gian mở ra cho ánh sáng rọi vào phim/cảm biến ảnh.
• Một khẩu độ nằm trong ống kính, tuỳ chỉnh lượng sáng đi qua ống kính.
• Một hộp tối để gắn phim hoặc cảm biến ảnh chỉ nhận tác động của ánh sáng đi qua ống kính vào.

1. Cơ chế lấy nét
Máy ảnh lấy nét tự động (AF - autofocus) sử dụng một bộ cảm biến, một hệ thông mô-tơ lấy nét tự động. Có hãng thiết kết hệ thống AF dựa vào một bộ cảm biến, có hãng sử dụng dải cảm biến. Máy ảnh DSLR đều dùng bộ cảm biến AF để lấy nét qua ảnh hội tụ từ ống kính kết hợp với dãy cảm biến khác lo việc đo sáng. Các cảm biến đo sáng hoạt động ưu tiên vùng đo sáng theo cùng khu vực lấy nét. Máy ảnh dùng nhiều cảm biến AF cho phép người dùng chủ động chọn điểm lấy nét, hoặc thuật toán xác định chủ đề di chuyển để tự động điều chỉnh lấy nét. Canon gọi là "AI Servo", Nikon gọi là "AF Continuous".

AF Active - AF chủ động: Khi bấm nhẹ vào nút chụp, máy ảnh phát ra một tia hồng ngoại hoặc sóng siêu âm dò quét khung ảnh. Cảm biến AF nhận được tín hiệu phản xạ, máy ảnh sẽ điều khiển mô-tơ chuyển dịch các thấu kính trong ống kính, ông kính sẽ hội tụ vào vùng rõ nét của chủ đề. Bộ phận cảm biến càng nhạy thì việc lấy nét càng nhanh và đắt tiền. Cách này có thể lấy nét ở vùng tối, nhưng hiệu quả phụ thuộc vào khoảng cách tia hồng ngoại chiếu, và không xuyên qua gương.

AF passive - AF thụ động: không chủ động phát tia hồng ngoại để đo khoảng cách đến chủ đề, mà phân tích hình ảnh nhận được qua ống kính, vì vậy không đủ sáng thì việc lấy nét khó thực hiện được. Máy ảnh phải lấy nét theo 2 cơ chế:

• Dò lệch pha (phase detection): hình ảnh rọi vào cảm biến AF (AF sensor) được phân ra làm đôi. Vị trí tương quan giữa hai hình ảnh này sẽ thay đổi theo vị trí của các thấu kính trong ống kính. Nếu hai hình ảnh này nằm lệch nhau, cảm biến AF sẽ tính toán vị trí cần thiết để ống kính đưa hai hình ảnh này về đúng vị trí chồng khít lên nhau. Mô-tơ trong ống kính hoạt động thực hiện việc thay đổi vị trí các thấu kính theo tín hiệu nhận được từ cảm biến AF. Theo cách này thì máy ảnh lấy nét tự động không phụ thuộc khoảng cách nào, vẫn có thể bám theo chủ đề di chuyển liên tục để lấy nét, với điều kiện đủ sáng cho việc lấy nét.
• Đo tương phản (contrast measurement) là không đo khoảng cách nét mà đo lường độ tương phản ánh sáng mà bộ cảm biến nhận được từ ống kính, độ tương phản giữa các điểm trên cảm biến AF rõ nhất khi hình ảnh được lấy nét đúng. Kiểu này về lý thuyết là chậm hơn lấy nét dò lệch pha, không theo chủ thể chuyển động, nhưng độ chính xác cao hơn một khi lấy được nét.

2. Khẩu độ ống kính
Khẩu độ là một lỗ hổng trong ống kính được tạo ra bởi các lá thép chồng chéo lên nhau. Các lá thép dịch chuyển tạo thành độ mở cho khẩu độ lớn hoặc nhỏ. Khẩu độ lớn thì ánh sáng đi qua nhiều, và ngươcj lại khép nhỏ khẩu độ thì ánh sáng đi qua ít. Có một vòng chỉnh trên máy ảnh điều khiển việc đóng mở này, gọi là vòng chỉnh khẩu độ (aperture control).

• Độ mở của khẩu độ được gọi là f/số biểu thị tỷ lệ độ dài tiêu cự ống kính với đường kính của khẩu độ mở ra: f/số = tiêu cự / đường kính khẩu độ. Ví dụ: ống kính có tiêu cự 50mm, đường kính khẩu độ lớn nhất là 35mm, ta có số f/35 = 1.4 (làm tròn số). Khẩu độ thông thường trên ống kính có các nấc sau: 1.0 - 1.4 - 2 - 2.8 - 4 - 5.6 - 8 - 11 - 16 - 22 - 32
• Số càng nhỏ thì độ mở của khẩu độ càng lớn. Mỗi nấc thường được gọi là 1 khẩu. Xoay vòng từ 5.6 -> 8 gọi là khép 1 khẩu và lượng sáng giảm 1/2, xoay từ 5.6 -> 4 gọi là mở 1 khẩu và lượng sáng tăng gấp đôi.

Nhiều dòng ống kính mới không có vòng chỉnh khẩu độ, độ mở khẩu độ lớn hay nhỏ được điều khiển bằng bánh xe điện tử trên thân máy và chỉ số xuất hiện trên kính ngắm hoặc LCD. Một ống kính ghi Nikon 35mm f/1.4 tức là hãng Nikon sản xuất, tiêu cự 35mm, khẩu độ mở lớn nhất của ống kính này là f/1.4.


3. Khẩu độ và độ nét - Vùng ảnh rõ nét
Khoảng cách mà chủ đề hoặc sự vật hiện rõ nét trong khung ảnh được gọi là vùng ảnh rõ, độ sâu trường ảnh hoặc gọi là chiều sâu ảnh trường (depth of field). Chính khẩu độ ảnh hưởng đến chiều sâu ảnh trường này. Khảu độ khép càng nhỏ thì vùng ảnh rõ càng sâu; khẩu độ mở càng lớn thì vùng ảnh rõ càng cạn.

Khi ngắm qua ống ngắm, ống kính luôn mở lớn hết cỡ để giúp ta lấy nét, ống kính chỉ đóng các lá khẩu theo khẩu độ được chỉnh khi ta bấm nút chụp để màn trập mở ra. Vì vậy, những gì ta thấy qua ống ngắm không đúng như vùng ảnh rõ sau khi chụp, nên để nhìn thấy hiệu quả của vùng ảnh rõ ngay lúc ngắm, ta bấm vào nút xem trước "depth of field preview". Nút này tạm thời điều khiển khép khẩu độ nhỏ lại theo số khẩu độ người chụp chỉnh, khung ảnh sẽ tối hơn nhưng chiều sâu của ảnh hiện rõ hơn.

4. Màn trập và tốc độ màn trập
Màn trập (shutter) là bộ phận người chụp dùng để quyết định thời lượng mà ánh sáng tiếp xúc với bề mặt phim hoặc cảm biến ảnh. Thời đầu máy ảnh không có màn trập. Người chụp mở nắp ống kính và đóng lại bằng tay sau một quảng thời gian mà họ nghĩ là đủ sáng rồi. Về sau, những tấm phim có độ nhạy sáng cao, thời gian lộ sáng rất nhanh nên người ta chế ra cái màn trập. Màn trập có 2 loại:

• Màn trập nằm trong thân máy (focal plane shutter) gồm hai màn đen bằng nhiều lá thép kết hợp xếp chồng khít lên nhau để cản sáng. Khi bấm nút trập, tấm thứ nhất dịch chuyển sang một bên để lộ mặt bộ cảm biến ra ánh sáng, sau khoảng thời gian ấn định thì tấm thứ hai dịch chuyển theo tấm thứ nhất che kín mặt bộ cảm biến lại, kết thúc việc lộ sáng. Ở tốc độ nhanh thì tấm màn thứ hai sẽ theo sát tấm thứ nhất tạo thành một khe hở hẹp, chỉ cho lộ sáng từng phần mặt bộ cảm biến trong quá trình vận hành của màn trập. Loại này hạn chế về tốc độ khi dùng với flash, vì mỗi thời điểm, màn trập chỉ cho lộ sáng một phần mặt bộ cảm biến, nên flash chỉ có thể đồng bộ với mặt cảm biến ở tốc độ chậm.
  
• Màn trập nằm trong ống kính (leaf shutter) thường kiêm luôn vai trò khẩu độ. Khi nhấn nút trập (shutter release), vòng các lá thép mở ra theo kích thước khẩu độ để ánh sáng đi vào bộ cảm biến, sau đó đóng lại sau thời gian đã được ấn định, kết thúc việc lộ sáng. Màn trập kiểu này rất êm và có thể đồng bộ với đèn flash ở mọi tốc độ.

5. Điều chỉnh tốc độ màn trập
Tốc độ của màn trập xác định khoảng thời gian ánh sáng sẽ tác động vào bộ cảm biến và được điều chỉnh bằng một vòng chỉnh tốc độ trên thân máy (shutter dial). Các chỉ số chỉ tốc độ màn trập là con số tỷ lệ so với 1 giây, như 500 nghĩa là 1/500 giây. Các chỉ số thông thường chỉ tốc độ màn trập: 30s - 15s - 8s - 4s - 2s - 1s - 2 - 4 - 8 - 15 - 30 - 6- - 125 - 250 - 500 - 1000 - 2000 - 4000 - 8000 ...
Mỗi nấc tốc độ tương ứng thời gian màn trập mở nhanh gấp đôi nấc đứng trước nó và bằng 1/2 nấc đứng sau nó. 1/125 nhanh gấp đôi tốc độ 1/60 và 1/250 nhanh gấp đôi 1/125 chẳng hạn.

Màn trập còn có thể thiết đặt tốc độ B (Bulb) hay T (Time). Khi chọn tốc độ này, chừng nào nút bấm chụp còn nhấn xuống thì màn trập còn mở ra cho cảm biến lộ sáng.

* Tốc độ an toàn tối thiểu:
Khi chụp ở tốc độ chậm, sự rung lắc của tay cầm tác động lên thân máy làm mờ nhoè hình ảnh, nên công nghệ chống rung IS (image stabiliser) của Canon, VR (vibration reduction) của Nikon ...khi tích hợp vào các ống kính hay thân máy giúp giảm mờ nhoè ảnh. Người ta có thể chụp ảnh rõ nét ở một khoảng tốc độ chậm nào đó, nhưng không phải ống kính nào cũng có tính năng chống rung.

Để hạn chế sự rung lắc máy ảnh khi chụp ở tốc độ quá chậm, chúng ta có cái bảng gợi ý trên. Trước đây, theo kinh nghiệm của nhiều người chụp ảnh đúc kết lại thành nguyên tắc, tuy không hoàn toàn chính xác 100%, nhưng có hiệu quả trong thực tế đa phần cho những người bắt đầu như anh em chúng ta, đó là thiết đặt tốc độ màn trập (chúng ta hay dùng từ “tốc độ chụp” là chưa chính xác) đối ứng với tiêu cự của ống kính (tiêu cự tương ứng với máy ảnh khổ film 35mm) đang sử dụng trên máy ảnh. Ví dụ, nếu ta đang sử dụng ống kính một tiêu cự 60mm trên máy ảnh fullframe, thì tốc độ màn trập tối thiểu nên chọn là 1/60 giây; nếu cùng ống kính tiêu cự 60mm gắn trên thân máy ảnh có cảm quang APS-C, tức là hệ số crop 1.5x tức tiêu cự tương ứng với ống kính trên lúc đó là 90mm, thì tốc độ màn trập nên chọn là 1/90 giây. Để đơn giản và khỏi phải tính toán thì bạn cứ nhân đôi tiêu cự lên, chẳng hạn với ống kính tiêu cự 60mm, tốc độ màn trập được chọn để ảnh không bị mờ nhoè là 1/120s hoặc nhanh hơn. Xin nhắc lại nguyên tắc này là đúc kết từ kinh nghiệm thực tế của nhiều người, không phải là nguyên lý của nhiếp ảnh.

Có nhiều trường hợp, cố tạo sự mờ nhoè để bức ảnh sinh động hơn, có hồn hơn, và đạt được ý đồ của người chụp hơn, thì người chụp sẽ chọn tốc độ chậm có chủ ý.

6. Phối hợp tốc độ và khẩu độ
Tốc độ và khẩu độ sẽ được phối hợp với nhau để điều chỉnh lượng sáng tác dụng vào bộ cảm biến. Để dễ hình dung, ta ví dụ cái ly hứng nước ở cái vòi. Vòi mở lớn, ly nhanh đầy. Vặn vòi nhỏ cho rỉ từng giọt, cái ly đầy nước sau một khoảng thời gian dài. Tốc độ và khẩu độ làm việc với nhau gần như vậy.


Với lượng sáng lớn (khẩu lớn) thì cảm biến chỉ cần khoảng thời gian lộ sáng ngắn (tốc độ nhanh) là nhận đủ lượng sáng cần thiết (đủ sáng). Với cùng một cường độ sáng, cặp thông số 1/500 - f/4, 1/125 - f/5.6, 1/60 - f/8 hay 1/30 - f/11 ... có cùng lượng sáng vào bộ cảm biến như nhau.

Như vậy, với cùng một cường độ sáng, ta có thể dùng nhiều cặp tốc độ khẩu độ khác nhau để cho cùng một lượng sáng như nhau đi vào cảm biến ảnh. Nói cách khác, với một giá trị lộ sáng (exposure value - EV), ta có nhiều tuỳ chọn thời chụp (tốc độ phối hợp với khẩu độ) khác nhau tuỳ ý đồ riêng. Chẳng hạn muốn lấy vùng ảnh rõ (dof) thật sâu thì dùng tốc độ chậm - khẩu độ nhỏ, muốn bắt dính chuyển động thì dùng tốc độ nhanh - khẩu độ lớn.
7. Thiết lập tốc độ màn trập thế nào?
Trong nhiều tuỳ chọn phương thức chụp của máy ảnh, có phương thức thiết đặt tốc độ tự động. Trên các dòng máy DSLR và nhiều loại máy ảnh khác, có một nút gọi là ưu tiên tốc độ. Thường được đánh dấu bằng chữ “S” (Nikon) hoặc “Tv” (Canon). Bằng cách chuyển qua chế độ ưu tiên tốc độ này, người chụp chủ động kiểm soát tốc độ và để cho máy tuỳ ứng trị số khẩu độ thích hợp cho chính xác với môi trường ánh sáng. Các chỉ số tốc độ thường giới hạn từ 30 giây đến 1/8000 giây trên một số dòng máy mình biết. Ngoài ra, có máy ảnh cho phép chụp với chế độ “Bulb”, cho phép giữ nguyên vị trí màn trập mở khi bấm nút chụp và chỉ đóng khi nút bấm chụp được thả ra. Tốc độ màn trập khi đó dựa vào việc người chụp giữ nút chụp lâu hay mau. Ở chế độ “Bulb” này, sự rung lắc là không tránh khỏi, nên phải gắn máy ảnh lên chân máy hoặc đặt máy ảnh cố định trên bề mặt nào đó, thậm chí phải sử dụng một phụ kiện bấm máy bên ngoài, hay gọi là remote, dây bấm mềm...


Máy ảnh như công cụ của một nghệ nhân. Làm chủ máy càng chắc, cầm máy càng vững, thành thạo với các chức năng điều khiển máy ảnh, thì khả năng bắt được nhiều khoảnh khắc và ít sai phạm đáng tiếc hơn.

Bài viết liên quan có thể cần với bạn:

1. Làm chủ máy ảnh của bạn - Phần 1
2. Tốc độ màn trập và tại sao ảnh không nét?
3. Khẩu độ - Lượng sáng qua ống kính.
4. Thủ bản bỏ túi: Tốc độ màn trập.