Kích thước cảm biến so với kích thước từng điểm ảnh: yếu tố nào tác động lớn hơn đến tỷ lệ nhiễu?

[myle.vnreview]

Có một câu nói trong giới nhiếp ảnh: "Cảm biến lớn hơn luôn thắng thế", nghĩa là máy ảnh có kích thước cảm biến (sensor) lớn hơn thường cho chất lượng hình ảnh tốt hơn. Tuy nhiên, nhiều người nhận thấy các nhà sản xuất máy ảnh cũng nhấn mạnh đến kích thước của từng điểm ảnh (pixel). Vậy, yếu tố nào tác động lớn hơn đến tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR – Signal to noise ratio): kích thước cảm biến hay kích thước điểm ảnh?

​

Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu và nhiễu

Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu càng thấp, nhiễu càng dễ nhận thấy. Nhiễu về cơ bản là sự dao động của tín hiệu.

Hãy xem hình ảnh bên dưới. Trong thực tế, màu xanh lam thuần túy lý tưởng nhất là phải có cùng màu với mọi điểm ảnh trong ảnh. Tuy nhiên, trên thực tế, mỗi điểm ảnh sẽ có sự khác biệt, và sự khác biệt càng lớn, nhiễu càng rõ.

Điều này giống như việc đặt năm xô nước xuống đất trong một trận mưa rào; không chắc là mỗi xô sẽ hứng được cùng một lượng nước mưa. Một số thùng có thể thu thập được 10.000 giọt, trong khi những thùng khác chỉ thu thập được 9.999 giọt. Điều này tạo ra sự dao động.

Việc tính toán tỷ lệ SNR về cơ bản bao gồm việc tính toán độ lớn của sự dao động. Đầu tiên, một đường cơ sở tham chiếu được thiết lập, là giá trị trung bình của tất cả các điểm ảnh. Sau đó, sự khác biệt giữa mỗi điểm ảnh và giá trị trung bình được đo lường. Đây chính là phương sai.

Có thể xác định rằng mỗi điểm ảnh càng nhận được nhiều photon thì sự khác biệt giữa các điểm ảnh càng nhỏ. Do đó, việc tăng lượng ánh sáng nhận được có thể cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu và thu được hình ảnh chất lượng tốt hơn.

Diện tích cảm biến so với diện tích điểm ảnh

So sánh các khu vực cảm biến có kích thước khác nhau​

Khi xem ảnh ở cùng kích thước, diện tích cảm biến sẽ quyết định tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu. Ví dụ: khi phóng to ảnh để lấp đầy toàn bộ màn hình trên cùng một máy tính hoặc in ảnh của một vật thể thật có cùng kích thước, ảnh chụp bằng máy ảnh có diện tích cảm biến lớn hơn sẽ tốt hơn.

Khi kích thước điểm ảnh hiển thị giống nhau, diện tích của một điểm ảnh đơn lẻ sẽ quyết định tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu. Ví dụ, khi xem ảnh ở độ phóng đại 100% trên máy tính hoặc in ảnh thực tế ở độ phân giải 300 điểm ảnh trên inch, ảnh chụp bằng máy ảnh có diện tích điểm ảnh lớn hơn sẽ đẹp hơn. Trong trường hợp này, ảnh xem trước có tổng số điểm ảnh cao hơn sẽ có kích thước lớn hơn.

Giả sử chúng ta có cảm biến full-frame và chụp một bức ảnh (ảnh 1). Sau đó, chúng ta cắt một phần cảm biến để chuyển sang định dạng APS-C và chụp một bức ảnh khác (ảnh 2).

Có vẻ như ảnh 1 và ảnh 2 có cùng tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, vì chúng được cắt từ cùng một cảm biến. Tuy nhiên, ảnh 2 có ít điểm ảnh hơn đáng kể, vì vậy nếu được phóng to để giống với ảnh 1, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của nó đương nhiên sẽ thấp hơn. Nhưng nếu bạn không phóng to, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của chúng hoàn toàn giống nhau.

Do đó, tổng diện tích của cảm biến quyết định giới hạn trên. Mặc dù sau khi được phóng to và cắt xén, nó có thể không lớn bằng cảm biến APS-C với diện tích điểm ảnh riêng lẻ lớn hơn, nhưng mọi người thường xem ảnh như một tổng thể. Không thể phóng to cảm biến full-frame lên 500 lần, giữ nguyên cảm biến half-frame rồi nói rằng cảm biến full-frame kém hơn cảm biến half-frame.

Đôi khi, ngay cả giữa hai cảm biến cùng kích thước, chất lượng hình ảnh của cảm biến có số điểm ảnh cao hơn có thể không tốt bằng cảm biến có số điểm ảnh thấp hơn. Điều này là do khi mật độ điểm ảnh tăng lên, sự giao thoa lẫn nhau giữa các điểm ảnh riêng lẻ trở nên nghiêm trọng hơn và nhiễu ảnh cũng tăng lên.

Tóm lại: diện tích cảm biến quyết định tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của toàn bộ hình ảnh, trong khi diện tích của một điểm ảnh riêng lẻ quyết định tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của các chi tiết cục bộ khi được phóng to. Diện tích điểm ảnh riêng lẻ lớn hơn dẫn đến dải động cao hơn; tuy nhiên, nó lại dẫn đến tổng số điểm ảnh thấp hơn và độ phân giải giảm.

Nguồn: IT Home