How cameras work: A brief introduction

Các máy ảnh truyền thống sử dụng phim để ghi lại hình ảnh có cấu tạo cơ bản giống nhau, gồm các bộ phận:
1 – Ống kính (lens)
2 – Gương phản xạ và và hệ thống gương phức hợp ngắm chụp (relex mirror and prism)
3 – Ống ngắm (view finder)
4 – Cửa chập có mành chập (shutter/ shutter curtains)
5 – Bản phim (film/ film plane)

1. Ống kính:
Ống kính được cấu tạo bởi nhiều thấu kính (lens). Trên ống kính có hệ thống căn nét để điều chỉnh hình ảnh phản chiếu lên bản phim sao cho rõ nét nhất (focusing). Trong ống kính còn có một lỗ cho ánh sáng lọt qua (apature) được cấu tạo để có thể điều chỉnh mở to hoặc nhỏ điều tiết ánh sáng nhiều hay ít đi qua. Các ống phóng (zoom) còn có hệ thống mở to hay thu nhỏ góc ảnh bằng cách điều chỉnh tiêu cự của ống (focal length).

2. Gương phản xạ và hệ thống gương phức hợp ngắm chụp
Do người chụp không thể ngắm chụp trực tiếp theo một đường thẳng xuyên qua ống kính vì vướng bản phim, để người chụp có thể nhìn thấy hình ảnh và góc chụp trước khi bấm máy, người ta phải bố trí một gương phản xạ (relex mirror) ở sau ống kính (thường theo góc 45 độ. Hình ảnh hắt vào gương này sẽ được phản xạ lên hệ thống gương phức hợp (prism), thường đặt phía trên nóc máy, để từ đó đi tới ống ngắm (view finder) đặt phía trên bản phim và nhìn xuyên ra phía sau thân máy. Khi bấm chụp, gương này sẽ phải lật lên để hình ánh đi theo đường thẳng qua cửa chập tới bản phim. Sau khi chụp, gương sẽ hạ xuống vị trí ban đầu để người chụp ngắm chụp các kiểu ảnh tiếp theo.

3. Ống ngắm
Như đã nói ở trên, ống ngắm (view finder) được thiết kế giúp người chụp nhìn được hình ảnh trước khi bấm chụp. Để ngắm chụp chính xác nhất thì hình ảnh ngắm qua ống ngắm phải giống hoàn toàn với hình ảnh sẽ được ghi lên bản phim. Vì vậy phải bố trí hệ thống gương như nói ở trên để người chụp ngắm được qua ống kính chính – và vì vậy loại máy ảnh này được gọi là máy ảnh ống kính đơn phản xạ (single lens relex / SLR) vì chỉ có một ống kính phục vụ mục đính ngắm chụp đồng thời thu nhận hình ảnh chụp lên bản phim. Ở một số thiết kế khác, máy ảnh được bố trí hai ống kính khác nhau, một ống thu hình ảnh lên bản phim và một ống phụ dùng cho ống ngắm chụp – và vì vậy ở các máy này không cần gương phản xạ nên cấu tạo thường mỏng và nhỏ gọn hơn; ở các máy này, do vị trí của ống ngắm và ống chụp chính hơi lệch nhau nên có thể tạo ra hiện tượng thị sai (parallax) và những gì nhìn thấy qua ống ngắm không hoàn toàn giống với hình ảnh thể hiện trên bản phim vì góc nhìn hơi lệch nhau.

< Sơ đồ cấu tạo máy ảnh số

4. Cửa chập và mành chập
Của chập (shutter) là một bộ phận gồm một hay nhiều mành chập (shutter curtains) gắn trước bản phim, sau gương (và sau ống kính) có nhiệm vụ ngăn ánh sáng không cho đi tới bản phim lúc chưa bấm chụp và mở ra (rồi đóng vào rất nhanh) khi chụp. Cửa chập đóng mở nhanh hay chậm (shutter speed) còn có mục đính quan trọng là điều tiết ánh sáng đi tới bản phim; tốc độ này kết hợp với khẩu độ mở của ống kính (apature) để tạo ra giá trị phơi sáng của hình ảnh (exposure value), tức là độ sáng tối của hình ảnh ghi lại trên phim. Do tốc độ đòi hỏi cửa chập phải đóng mở trong những khoảng thời gian rất ngắn (thường tính bằng một phần của giây đồng hồ) nên để đạt được tốc độ cơ học rất nhanh, thường phải bố trí hai hay nhiều mành chập (shutter curtains) vì nếu chỉ có một mành mở lên rồi đóng xuống thì về mặt cơ học, không thể đạt được những tốc độ rất cao như mong muốn. Quả thật là điều kỳ diệu của công nghệ cơ học khi ta thấy cửa chập của các máy ảnh ngày nay có thể đạt tới tốc tộ mở – rồi đóng – lên tới 1/8000 giây.

5. Bản phim
Bản phim – hay gọi ngắn gọn là phim – được bố trí sau cùng trong máy ảnh tính theo hướng đi của ánh sáng phản xạ từ hình ảnh được chụp: hình ảnh > ống kính > gương phản xạ > (gương lật lên) > cửa chập > (cửa chập mở ra) > phim. Phim nhựa được chế tạo bằng cách phủ lên tấm nhựa trong suốt một loại hóa chất – thường có chứa bạc kim loại (silver halide) – có khả năng phản ứng hóa học khi gặp ánh sáng để ghi nhận hình ảnh qua ánh sáng phản xạ từ vật thể được chụp lên phim. Đặc tính của các hạt hóa chất này (particles) là độ mịn càng cao thì khả năng bắt sáng càng thấp, từ đó có khái niệm ISO, do Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế qui định (International Organization for Standardization / ISO). Chỉ số ISO qui định độ nhạy (bắt sáng) của phim. Phim càng có ISO cao càng có khả năng bắt sáng cao giúp chụp được hình ảnh trong điều kiện ít ánh sáng – và vì thế khi dùng phim ISO cao, có thể tăng tốc độ chụp lên cao, giúp dừng hình (freeze motions) của những hình ảnh chuyển động nhanh – ví dụ trong thể thao. Điều cần lưu ý là để chế tạo phim khả năng bắt sáng cao phải sử dụng các hóa chất có độ mịn thấp (các hạt hóa chất to hơn) nên khi phóng to hình ảnh sẽ bị nhiễu (noise) tức là hình ảnh bị sần với các chấm điểm ánh sáng không đồng đều màu sắc do ảnh hưởng của độ mịn các hạt hóa chất sử dụng làm phim. Đối với phim màu, thay vì phủ một lớp hóa chất, người ta phải phủ chồng lên nhau ba lớp hóa chất có khả năng phản ứng (hóa học) với ba màu ánh sáng khác nhau (3 màu cơ bản) để từ đó tạo mọi màu sắc cho hình ảnh ghi nhận trên phim.

Ngày nay, với công nghệ kỹ thuật số (KTS) người ta thay bản phim bằng một lá cảm biến (sensor) có khả năng phản ứng với ánh sáng như phim, nhưng hình ảnh được số hóa và lưu vào trong bộ nhớ của máy ảnh (memory) hoặc thẻ nhớ (memory stick). Các khái niệm như đối với bản phim nay được áp dụng y nguyên cho cảm biến số, vì vậy trên máy KTS cũng có các giá trị ISO (độ nhạy) và nhiễu màu (noise) như ở phim nhựa truyền thống. Tất cả cơ chế khác hầu hết đều tương tự như máy ảnh ống kính đơn phản xạ (SLR) nên những máy ảnh KTS này được gọi là máy ảnh KTS ống kính đơn phản xạ (D-SLR/ DSLR/ dSLR)

NHỮNG KHÁC BIỆT GIỮA SLR TRUYỀN THỐNG VÀ SLR KTS (DSLR)

Đo sáng, đo khoảng cách căn nét điện tử tự động

Để thực hiện mục đích đo sáng và căn nét điện tử, ngay từ các đời máy bán số hóa trước khi thế hệ máy gắn cảm biến thay bản phim ra đời, đã có những thay đổi để phù hợp với yêu cầu mới. Có nhiều thiết kế khác nhau để thực hiện các chức năng điện tử này. Một trong những thiết kế phổ biến là việc chế tạo các gương phản chiếu đặc biệt. Ở gương này, một khu vực nhỏ ở giữa gương được gắn một cơ chế “chia sáng” (beam spliter) với đăc tính bán trong suốt. Hình ảnh phản chiếu tới gương sẽ được “chia đôi”, một nửa được phản xạ tới hệ thống gương ống ngắm và một nửa xuyên qua lớp bán trong suốt để đi tới một gương phụ. Từ gương phụ này hình ảnh được phản chiếu tới một cảm biến có chức năng đo sáng và đo khoảng cách cho căn nét (thường gắn ở đáy thân máy). Ngoài ra, còn có thiết kế trong đó cảm biến thứ hai này có thể được gắn ngay trong hệ thống gương phức hợp mà không cần sử dụng cơ chế chia sáng và gương phụ.

Cảm biến (sensor) và khái niệm ngắm sống (live view)

Ở máy ảnh KTS, với việc thay bản phim bằng cảm biến ghi nhận hình ảnh, đã tạo ra những khái niệm mới đầy thú vị. Một trong những khái niệm này là ngắm chụp qua màn LCD gắn ở sau thân máy.

Việc kết nối qua hệ thống điện tử giữa cảm biến và màn LCD cho phép ngắm chụp/ lấy khuôn hình ngay trên màn LCD mà không phải nhòm nhòm qua ống ngắm như trước.

Máy ảnh du lịch (Point and Shoot / P&S) và ngắm sống: Ở các loại máy ảnh du lịch nhỏ gọn, người ta không cần gắn gương phản chiếu lên ống ngắm và thậm chí, đa số máy ảnh loại này không có cửa chập vật lý mà chỉ còn lại khái niệm về cửa chập và tốc độ cửa chập. Không giống với phim nếu nhận nhiều ánh sáng sẽ bị “cháy”, cảm biến ở máy ảnh KTS, trong khi ở trạng thái bật, có khả năng luôn nhận ánh sáng/ hình ảnh đi qua ống kính và truyền hình ảnh này tới màn LCD. Trong quá trình ngắm chụp máy chưa ghi và lưu lại hình ảnh vào bộ nhớ/ thẻ nhớ mà chỉ hiển thị trên màn LCD. Khi bấm chụp, máy mới ghi lại hình ảnh ở thời điểm bấm chụp. Ngay cả tiếng “xoạch” cơ học của cửa chập nay cũng chỉ còn là âm thanh số hóa được phát ra từ một loa bé xíu gắn trên máy. Tuy nhiên, cơ chế này có rất nhiều nhược điểm: a) Do hệ thống điện tử phải xử lý phức tạp trong quá trình truyền hình ảnh từ cảm biến ra LCD nên tạo ra hiện tượng “trễ ảnh” (lag) khi bấm chụp vì hình ảnh hiện trên LCD đã bị chậm hơn so với những gì diễn ra ngoài thực tế, nhất là khi chụp các vật chuyển động; b) Cảm biến do luôn ở chế độ hoạt động nên bị nóng, làm tăng độ nhiễu màu trên ảnh (khả năng triệt tiêu độ nhiễu này cũng là một thách thức với các hãng sản xuất và là một trong những điểm cạnh tranh giữa các hãng, đồng thời cũng là một thông số cần lưu ý khi chọn mua máy ảnh số); c) Trong điều kiện ánh sáng mạnh như chụp ngoài trời, độ sáng của hầu hết các màn LCD đều không đủ để giúp người chụp nhìn rõ, màn hình thường bị tối đen không nhìn thấy gì; d) Hơn nữa, màn LCD với kích thước nhỏ không thể hiển thị được hình ảnh chi tiết của đối tượng muốn chụp nên rất bất tiện khi ngắm chụp.

Máy ảnh KTS DSLR và ngắm sống:

Do cấu tạo có gương chắn trước cửa chập (và cảm biến) ở máy DSLR, loại máy này thường không cho chức năng ngắm sống trên màn LCD vì khi chưa bấm chụp, gương chưa lật lên nên ánh sáng không thể đi tới được cảm biến dù cửa chập có mở ra đi nữa. Ở máy DSLR nói chung, màn LCD chỉ phục vụ mục đích xem lại hình ảnh sau khi đã chụp.

Gần đây, để tăng thêm tính năng cho máy DSLR, nhiều loại máy đã tích hợp hệ thống ngắm sống qua LCD trên máy. Có một số thiết kế khác nhau để thực hiện điều này:
- Thiết kế lật gương lên: Theo thiết kế này, máy có hai chế độ ngắm chụp là ngắm chụp thông thường qua ống ngắm và ngắm chụp qua LCD. Ở chế độ ngắm chụp thông thường, gương phản chiếu được đặt ở trạng thái như máy tất cả các loại SLR truyền thống; Khi chuyển sang chế độ ngắm sống qua LCD, gương được lật lên và cửa chập được mở ra để ánh sáng đi tới cảm biến, cảm biến lúc này ở trạng thái bật nhưng cơ chế ghi lại hình ảnh tắt. Khi bấm chụp hệ thống điện tử mới ghi lại hình ảnh và lưu vào thẻ nhớ. Với chế độ thứ hai này, máy cũng gặp phải những thách thức như ở máy KTS du lịch thông thường.
- Thiết kế có cảm biến thứ hai: Để giảm cường độ hoạt động của cảm biến chính và dựa vào thực tế là hình ảnh hiển thị ngắm sống trên màn LCD không cần chất lượng cao như đối với cảm biến ghi hình ảnh chính, người ta có thể bố trí một cảm biến phụ, kích thức rất nhỏ, ăn theo hệ thống gương phức hợp ống ngắm để đảm nhiệm chức năng ngắm sống trên màn LCD. Khi chuyển sang chế độ ngắm sống trên LCD, một trong các gương của hệ thống gương phức hợp sẽ được điều chỉnh để hình ảnh phản xạ lên cảm biến này – thay vì phản chiếu tới ống ngắm. Cảm biến này được liên lạc với màn LCD để hiển thị hình ảnh ngắm chụp (xem hình vẽ).

Một thiết kế ngắm sống của Canon

Xử lý trên máy ảnh hình ảnh số sau khi ghi nhận (processing)

Ở máy ảnh truyền thống sử dụng phim nhựa, sau khi bấm chụp, hình ảnh được lưu vào phim và không được xử lý gì thêm cho đến khi đem in tráng trong phòng tối. Ở máy ảnh KTS, sau khi hình ảnh được ghi nhận, máy ảnh KTS còn thực hiện các quá trình xử lý số trong hệ thống điện tử – hoặc đồng thời thực hiện các xử lý này khi ghi nhận hình ảnh theo các chương trình mặc định của máy hay của người sử dụng cài đặt từ trước, trong đó có: điều chỉnh sắc màu và cường độ màu của ảnh (saturation/ hue), điều chỉnh tông màu (tone), độ tương phản (contrast), v.v…  Ngoài ra, người sử dụng còn có thể can thiệp vào hình ảnh sau khi hình ảnh đã được lưu trữ vào thẻ nhớ như điều chỉnh độ sáng tối, ánh sáng, cắt cúp hình, và các xử lý khác tùy thuộc vào từng loại máy và từng hãng sản xuất khác nhau. Do vậy, khi sử dụng máy ảnh KTS, đặc biệt các máy ảnh DSLR, ngoài việc điều chỉnh các thông số thông thường như khẩu độ mở, tốc độ cửa chập hay độ nhạy ISO, người sử dụng nên tìm hiểu kỹ các chức năng số hóa khác có trên máy để điều chỉnh phù hợp với nhu cầu chụp ảnh của mình.

Một số khái niệm và tính năng số hóa của máy ảnh KTS không có trên máy ảnh thông thường

- Hệ số cảm biến cúp nhỏ (crop factor): Cảm biến thay thế bản phim trên nhiều loại máy KTS DSLR có kích thước nhỏ hơn so với bản phim truyền thống 35mm. Điều này ảnh hưởng tới góc chụp, tính năng của ống kính và các hiệu ứng khác của ảnh như xóa phông tạo bokeh, hiệu ứng tối mép ảnh (vignetting) hay các hiệu ứng khác.
- Độ phân giải (resolution): Là khả năng ghi lại chi tiết hình ảnh; có ảnh hưởng tới độ mịn của chi tiết ảnh, kích cỡ tệp tin ảnh (image file size), v.v…
- Cân bằng trắng (white balance): Khác với bản phim thông thường đã được chế tạo bằng các hóa chất theo tính toán từ trước của nhà sản xuất để nhận biết đầy đủ các màu sắc và ánh sáng của hình ảnh, cảm biến của máy KTS cần được “cân bằng trắng” phù hợp để máy nhận biết các loại màu sắc sao cho trung thực với thực tế, cũng như tạo những hiệu ứng màu sắc tùy theo sáng tạo của từng người sử dụng.
- Bù sáng (exposure compensation): Tăng hay giảm giá trị phơi sáng tự động theo mặc định của người sử dụng.
- Chụp gói ảnh (bracketing): Chụp một lúc 2 hoặc 3 kiểu ảnh với các giá trị phơi sáng tăng hay giảm cho từng kiểu theo mặc định của người sử dụng để bảo đảm có được ảnh đủ sáng hay phục vụ các mục đích nghệ thuật khác.
- Chụp chồng ảnh: Khả năng chụp cùng lúc nhiều hình ảnh và ghép lại với nhau tự động trên máy tạo một ảnh duy nhất với hiệu ứng chung.
- Bù sáng đèn ảnh (flash compensation): Khả năng tăng giảm cường độ của đèn flash theo mặc định của người sử dụng.

VinaCamera.com
2008