Lấy nét tự động theo pha PDAF là gì? Nó hoạt động như thế nào?

Công nghệ lấy nét tự động là một trong những yếu tố quan trọng đối với nhiếp ảnh di động. Nó đảm bảo các bức ảnh chụp ra rõ nét ngay cả khi những đối tượng chuyển động rất nhanh.

Tuy nhiên, công nghệ này cũng có khá nhiều loại và nó phụ thuộc khá nhiều vào cảm biến trong chiếc smartphone cũng như máy ảnh của bạn. Và lấy nét tự động theo pha (PDAF) là một trong những loại phổ biến nhất ở hiện tại.

Lấy nét tự động theo pha xuất hiện trong rất nhiều trong những camera của smartphone. Nó nhanh hơn và chính xác hơn so với lấy nét tương phản cổ điển. Lấy nét tương phản là một trong những loại tự động lấy nét đơn giản và rẻ tiền nhất, nhưng cũng chậm nhất và thiếu độ chính xác nhất đối với các đối tượng đang chuyển động. Vậy điều gì khiến PDAF tốt hơn?

PDAF là gì? Nó hoạt động như thế nào?

Giống như tất cả các công nghệ máy ảnh tốt nhất, PDAF lần đầu xuất hiện trên DSLR. Những chiếc máy ảnh DSLR sẽ sử dụng gương để phản chiếu các bản sao ánh sáng của cảm biến chính tại một cảm biến phát hiện pha chuyên dụng. Những chiếc smartphone không có không gian rộng rãi như vậy để chứa hết tất cả các bộ phận này. Thay vào đó, các cảm biến di động sẽ có những pixel PDAF chuyên dụng được tích hợp bên trong cảm biến hình ảnh. Giải pháp này được mượn từ những chiếc máy ảnh compact.

Để hiểu PDAF hoạt động như thế nào một cách đơn giản nhất, hãy nghĩ đến việc ánh sáng đi qua thấu kính máy ảnh ở những góc xa nhất. Khi đúng nét, ánh sáng từ các cạnh cực xa đó của ống kính sẽ khúc xạ trở lại, giao nhau tại một điểm chính xác trên cảm biến máy ảnh. Nếu hình ảnh bị mờ, tiêu điểm/điểm giao nhau này đang nằm ở phía trước hoặc sau cảm biến hình ảnh. Việc điều chỉnh thấu kính để thay đổi tiêu điểm này chính là cách hoạt động của hệ thống lấy nét trên máy ảnh.

Những photodiode (điốt quang) này về mặt vật lý sẽ che giấu các ánh sáng đó từ chỉ một bên của thấu kính chiếu tới nó. Điều này tạo ra những pixel trái và phải trên cùng một cảm biến hình ảnh, với 2 hình ảnh để có thể so sánh tiêu điểm. Hệ thống sẽ tính toán độ lệch pha giữa 2 ảnh để xác định điểm lấy nét. Biểu đồ của Samsung dưới đây sẽ mang đến một cái nhìn trực quan về điều này bằng cách so sánh các pixel trái/phải với mắt của chúng ta.

Nếu hình ảnh không đúng nét, dữ liệu lệch pha giữa các ảnh sẽ được sử dụng nhằm tính toán khoảng cách mà thấu kính cần di chuyển để đưa về đúng tiêu điểm. Đây chính là thứ giúp cho PDAF lấy nét nhanh hơn so với nhận diện tương phản. Tuy nhiên, với một nửa pixel bị chặn, những photodiode này sẽ nhận ánh sáng ít hơn so với 1 pixel thông thường. ĐIều này có thể trở thành vấn đề đối với việc lấy nét trong môi trường ánh sáng yếu – tình huống mà lấy nét tương phản truyền thống vẫn được tin dùng như một phương pháp lai.

Như bạn có thể thấy, chúng ta không cần sử dụng mọi pixel trên máy ảnh để tìm ra tiêu điểm. Một số dải pixel trên cảm biến sẽ làm điều đó. Thông thường, chỉ có 5% đến 10% pixel của cảm biến được dành riêng cho việc tự động lấy nét. Tuy nhiên, các dải dọc có thể khiến máy ảnh gặp các vấn đề trong việc lấy nét theo đường ngang, thế nên, những cảm biến tốt thường sử dụng các mẫu lấy nét chéo.

Ưu và nhược điểm của PDAF

So với tự động lấy nét tương phản truyền thống, hệ thống lấy nét theo pha có tốc độ nhanh hơn và thường chính xác hơn. Tự động lấy nét tương phản mất nhiều thời gian hơn bởi nó phải quét qua toàn bộ phạm vi của tiêu điểm để tìm đến vị trí sắc nét nhất. Với PDAF, độ lệch pha ngay lập tức được sử dụng để tính toán khoảng cách thấu kính cần di chuyển nhằm lấy đúng nét.

Tuy nhiên, PDAF trên cảm biến smartphone có một vài nhược điểm so với PDAF của DSLR. Những cảm biến của smartphone có kích thước khá nhỏ, các pixel thậm chí còn nhỏ hơn, có thể gây ra nhiễu. Đây rõ ràng là một vấn đề nghiệm trọng trong những tình huống thiếu sáng. Ngay cả tự động lấy nét theo pha cũng phải mất một vài lần để có thể đạt được đúng nét trong điều kiện này. Dẫu vậy, việc sử dụng kết hợp nhiều cách sẽ giúp tăng tốc độ mọi thứ. Thế nên, những chiếc smartphone thường sử dụng một phương pháp lai để khắc phục nhược điểm này.

Tự động lấy nét theo pha là điều bắt buộc đối với các nhiếp ảnh gia di động nghiêm túc. May mắn thay, công nghệ này xuất hiện trên tất cả các chiếc smartphone cao cấp và thậm chí là ở phân khúc tầm trung được tung ra trong những năm gần đây. Trên thực tế, những camera trên smartphone cao cấp giờ đây còn được tích hợp cả công nghệ lấy nét Dual Pixel tân tiến hơn rất nhiều.

Minh Hùng theo Android Authority