Lịch sử máy ảnh số: Từ nguyên mẫu những năm 1970 đến thời đại iPhone và Galaxy

Việc một chiếc máy ảnh nằm trong túi chúng ta là một điều khá tuyệt vời. Những camera smartphone ngày nay là bước tiến vượt trội từ các công nghệ nhiếp ảnh thuở sơ khai, nhưng các chiếc máy ảnh số là khởi nguồn của câu chuyện đó.

Quay lại thế kỉ 20, khi mọi chiếc máy ảnh vẫn dùng các cuộn film, công nghệ máy ảnh số đã bắt đầu như một thiết bị định vị cho các phi hành gia. Kể từ đó, Kodak, Apple và nhiều hãng khác dần đóng những vai trò quan trọng trong việc phát triển các siêu phẩm bỏ túi ngày nay.

Trong bài việc này, chúng ta sẽ đi sâu vào lịch sử máy ảnh số, từ những thiết bị quan trọng đánh dấu các cột mốc cho đến công nghệ đột phá bên trong.

Sự khởi đầu

Lịch sử máy ảnh số bắt đầu vào năm 1961 nhờ thành viên Eugene F. Lally thuộc Phòng Thí nghiệm Sức đẩy Phản lực (JPT: Jet Propulsion Laboratory) của NASA. Khi không phải nghiên cứu về lực hấp dẫn nhân tạo, Lally đã nghĩ về cách các phi hành gia có thể tìm ra vị trí của hộ trong không gian bằng cách sử dụng cảm biến quang khảm để chụp ảnh những hành tinh và ngôi sao.

Lally thực sự đã tìm ra cách giải quyết hiện tượng mắt đỏ trong các bức ảnh, nhưng tiếc là lý thuyết nhiếp ảnh số của anh lúc đó vẫn đi trước công nghệ hiện có. Câu chuyện tương tự diễn ra 10 năm sau khi nhân viên Willis Adcock tại Texas Instruments đã đưa ra đề xuất về một chiếc máy ảnh không sử dụng film. Và phải đến 15 năm sau, máy ảnh số mới trở thành hiện thực.

Chiếc máy ảnh số đầu tiên

Mãy ảnh tĩnh kỹ thuật số đầu tiên được phát triển bởi một kỹ sư Eastman Kodak, có tên là Steven Sasson vào năm 1975. Anh đã phát triển một nguyên mẫu từ một ống kính máy quay phim, một số bộ phận Motorola, 16 viên pin cùng vài cảm biến điện tử Fairchild CCD mới được phát minh.

Chiếc máy ảnh cuối cùng có kích thước bằng một chiếc máy in và nặng gần 4 kg. Nó có khả năng ghi lại những bức ảnh trắng đen vào một cuộn băng cassette. Sasson và các đồng nghiệp cũng đã phát minh ra một màn hình đặc biệt chỉ để nhìn chúng.

Dòng sản phẩm Apple iPhone 12 ngày nay sở hữu camera 12MP, tương đương 12 triệu pixle trông một bức ảnh. Nguyên mẫu đầu tiên của Kodak có độ phân giải chỉ 0,01MP và mất đến 23 giây để chụp một bức ảnh số. Nói đúng hơn, đó chính là độ trễ của màn trập.

Một số người cho rằng, Kodak đã bỏ lỡ cơ hội khi không phát triển bước đột phá công nghệ này bởi họ chọn tiếp tục tập trung vào nhiếp ảnh film. Rõ ràng, thời gian đã chứng minh rằng Kodak sai toàn tập. Giờ đây, cái tên Kodak đã trở thành dĩ vãng trong thế giới nhiếp ảnh.

Sự kết thúc của film

Cảm biến CCD (viết tắt của charged-couple device: linh kiện tích điện kép) được phát minh vào năm 1969 và là bước đột phá giúp nhiếp ảnh số phát triển. CCD là một cảm biến ánh sáng, được đặt sau ống kính, và có thể ghi lại hình ảnh. Về cơ bản, nó thay thế bị trí của film bên trong máy ảnh. Những chiếc máy ảnh đầu tiên sử dụng cảm biến CCD là các mẫu máy ảnh chuyên dụng do Fairchild sản xuất vào những năm 1970.

Đến những năm 1920, các chiếc máy ảnh cầm tay dần loại bỏ film. Điều này bắt đầu vào năm 1981 khi Sony giới thiệu một mẫu Mavica (Magnetic Video Camera: Máy quay video từ tính). Tuy nhiên, nó không hoàn toàn là một chiếc máy ảnh số. Về mặt kỹ thuật, Mavica là một chiếc máy quay truyền hình có thể chụp ảnh tĩnh. Các ảnh chụp điện tử tương tự (analog) này là tiền thân của máy chụp ảnh số, nhưng khác biệt so với hiện tại. Chúng vẫn ghi lại những hình ảnh trên phương tiện điện tử, nhưng về mặt kỹ thuật, chúng lại đang ghi các dữ liệu tương tự (analog).

Chạy bằng 2 viên pin AA, Mavica lưu trữ ảnh trên đĩa mềm 2 inch có tên là Mavipaks, chứa tối đa 50 ảnh màu để phát lại trên TV hoặc màn hình. Độ phân giải CCD là 570x490px trên một con chip 10x12mm. Cảm biến này có độ nhạy sáng iSO 200 và tốc độ màn trập được cố định ở mức 1/60 giây.

Vào năm 1986, Canon thực sự tung chiếc máy ảnh điện tử tương tự đầu tiên ra thị trường, có tên là RC-701. Phiên bản nối tiếp chính là RC-250 Xapshot được Canon trình làng vào năm 1988. Cái tên Xapshot được đổi thành Ion ở Châu Âu hay Q-Pic ở Nhật Bản. Máy ảnh có giá 499 USD tại Mỹ vào thời điểm đó, nhưng người dùng phải trả thêm 999 USD cho pin, thẻ giao tiếp máy tính có chứa phần mềm và đĩa mềm.

Tuy nhiên, những loại máy ảnh này không phổ biến do chất lượng ảnh quá kém và chi phí cao. Khả năng truyền hình ảnh của chúng chủ được sử dụng cho báo chí nhằm đưa tin về các sự kiện, chẳng hạn như Thế vận hội năm 1984, Quảng trường Thiên An Môn (1989) và Chiến tranh vùng Vịnh năm 1991.

Sự ra đời của kỹ thuật số thực sự

Chiếc máy ảnh số thực sự đầu tiên có thể hoạt hoaọt được chế tạo vào năm 1981. Nhóm Khoa Học ASI của Đại học Calgary Canada đã tạo ra một chiếc máy ảnh Fairchild All-Sky để chụp cực quang trên bầu trời.

Chiếc máy ảnh All-Sky Camera này sử dụng nhiều cảm biến CCD Fairchild 100x100px, vốn đã ra đời từ năm 1973. Thú vị là All-Sky Camera ghi lại toàn bộ dữ liệu số chứ không phải tương tự (analog). Trong kho đó, đến tháng 10/1981, cuộc cách mạng kỹ thuật số bắt đầu diễn ra với sự ra đời của máy phát CD đầu tiên trên thế giới, có tên là Sony CDP-101.

Concept của Cola: Gần như là tương lai của máy ảnh

Năm 1983, Canon ủy quyền cho Luigi Colani trong việc hình dung ra tương lai đối với thiết kế máy ảnh. Nhà thiết kế này tin rằng trứng là hình thức đóng gói cao nhất và đã sử dụng triết lý "không có đường thẳng trong vũ trụ" của mình để tạo ra những concept sáng tạo này, bao gồm Hy-Pro, một thiết kế SLR sở hữu ống ngắm LCD; một chiếc máy ảnh "tập sự" có tên là Lady; Super C Bio với khả năng zoom mạnh mẽ và tích hợp flash; và Frog có thể lặn dưới nước.

Ông cũng đã thiết kế ra HOMIC, viết tắt của Horizontal Memorychip Integral storobo Camera. Đây là một concept mang tính chất phi thuyền vũ trụ dành cho một chiếc máy quay video vào bộ nhớ thể rắn. Điều bất thường là ống kính và khung ngắm nằm trên cùng một trục, trong khi đèn flaship lại được chiếu qua vật kính. HOMIC đã được trưng bài tại triển lãm Photokina 1984 nhưng chưa bao giờ được bán ra.

Kỹ thuật số lên kệ

Chiếc máy ảnh số cầm tay thực sự đầu tiên đáng lẽ phải là Fuji DS-1P trong năm 1988. Nó có khả năng ghi lại hình ảnh dưới dạng các tệp vi tính hóa trên một thẻ nhớ SRAM 16MB bên trong do Toshiba đồng phát triển, nhưng DS-1P chưa bao giờ xuất hiện tại cừa hàng.

Chiếc máy ảnh số đầu tiên thực sự được bán ở Mỹ chính là Dycam Model 1. Với cái tên khác Logitech Fotoman, chiếc máy ảnh này sử dụng một cảm biến hình ảnh CCD để lưu trữ hình ảnh kỹ thuật số và có thể kết nối trực tiếp với PC nhằm tải về. Nói cách khác, nó giống như cách mà chúng ta sử dụng máy ảnh số sau này.

Kỹ thuật số phát triển

Năm 1988, các tiêu chuẩn JPEG và MPEG đã được tạo ra dành cho những tệp hình ảnh và âm thanh số. Digital Darkroom trở thành chương trình xử lý hình ảnh đầu tiên cho máy tính Macintosh vào năm 1988 và đến năm 1990, Adobe PhotoShop 1.0 ra đời.

Mosaic là trình duyệt web đầu tiên cho phép mọi người xem ảnh qua web và được phát hành bởi Trung tâm Quốc gia về Ứng dụng Siêu máy tính vào năm 1992. Năm đó, Kodak DCS 200 cũng chính thức được trình làng với một ổ cứng tích hợp. Nó được phát triển dựa trên mẫu máy film 35mm Nikon N8008s và có 5 tùy chọn: trắng/đen hoặc màu, có hoặc không có ổ cứng. Chiếc máy này chụp được ảnh độ phân giải 1,54 triệu pixel, cao gần 4 lần so với độ phân giải của những máy quay video tĩnh.

Apple cũng nhảy chân vào: Apple QuickTake

Chắc chắn, tất cả chúng ta đều biết rằng Apple sản xuất điện thoại, nhưng liệu có mấy ai biết Táo khuyết cũng nhảy chân vào thị trường máy ảnh số? Đó là Apple QuickTake 100 được ra mắt vào năm 1994. Đây là chiếc máy ảnh số đầu tiên mà mọi người có thể mua với giá dưới 1.000 USD.

Chiếc máy ảnh này sở hữu một cảm biến CCD 640x480px và có thể lưu tối đa 8 ảnh 640x480px trong bộ nhớ bên trong. Dù có logo của Apple, thế nhưng, chúng thực sự lại do Kodak sản xuất. Phiên bản QuickTake 200 tiếp theo lại do Fujifilm chế tạo.

Những chiếc máy ảnh kết nối và CompactFlash

Epson đã ra mắt chiếc máy in phun để bàn có "chất lượng ảnh" đầu tiên vào năm 1994. Cuối năm đó, Olympus Deltis VC-1100 trở thành chiếc máy ảnh số đầu tiên có thể gửi hình ảnh. Người dùng phải cắm nó vào một modem, nhưng nó có thể truyền ảnh xuống đường dây điện thoại, thậm chí là điện thoại di động. Mất khoảng 6 phút để truyền một hình ảnh. Độ phân giải hình ảnh là 768x576px, tốc độ màn trập có thể thiết lập trong khoảng từ 1/8 – 1/1000 giây và có một ống ngắm LCD màu.

Thẻ SmartMedia và thẻ nhớ CompactFlash cũng xuất hiện vào năm 1994. Chiếc máy ảnh đầu tiên sử dụng thẻ nhớ CompactFlash là Kodak DC-25 ra mắt vào năm 1996.

Hình dạng của những thứ sau đó

Hình dáng những chiếc máy ảnh số nhỏ họn hiện đại nổi lên khi Casio QV-10 xuất hiện, được bổ sung thêm màn hình LCD ở mặt sau vào năm 1995. Màn hình này có kích thước 46mm theo đường chéo, tương đương 1,8 inch.

Casio QV-10 cũng có một ống kính xoay. Các bức ảnh được chụp lại bởi cảm biến CCD 1/5 inch bên trong, có độ phân giải 460x280px và được lưu trữ vào bộ nhớ bán dẫn, chứa tối đa 96 ảnh tĩnh màu. Những tính năng quen thuộc khác bao gồm chụp macro cận cảnh, tự động phơi sáng và hẹn giờ. Nó được bán với giá 1.000 USD.

Năm 1995, Logitech trình làng VideoMan, webcam đầu tiên của công ty có thể kết nối với máy tính cá nhân.

Kỉ nguyên số

Vào giữa những năm 1990, hình dạng máy ảnh số quen thuộc đã được định hình và sẽ tồn tại trong thập kỉ tiếp theo hoặc xa hơn nữa. Năm 1995, Ricoh RDC-1 chính thức xuất hiện. Đây là chiếc máy ảnh tĩnh kỹ thuật số đầu tiên có thể quay phim và ghi lại âm thanh. Nó có màn hình màu LCD 2.5 inch cùng ống kính khẩu độ f/2.8, zoom quang 3x. Đó vẫn là thông số kỹ thuật cơ bản của những chiếc máy ảnh bỏ túi trong nhiều năm, nhưng ít nhất, giá của chúng đã giảm theo thời gian. Trong khi đó, chiếc máy RDC-1 ban đầu có giá khá "chát chúa", 1.500 USD.

Hình dáng nhỏ gọn quen thuộc đó tiếp tục được duy trì với Canon PowerShot 600 ra mắt vào năm 1996. Nó sở hữu cảm biến CCD 1/3 inch, 832x608px, tích hợp đèn flash, cân bằng trắng tự động cùng ống ngăm quang học cũng như màn hình LCD. Đây là thiết bị tiêu dùng đầu tiên có thể ghi hình ảnh vào ổ cứng và lưu trữ lên đến 176MB. Nó có giá bán 949 USD.

Dù đôi khi những chiếc máy ảnh bỏ túi sở hữu một vài hình dạng kỳ lạ và tuyệt vời, chẳng hạn Pentax EI-C90 khi ra thành 2 phần, yếu tố cơ bản bên trong vẫn được duy trì. Một vài chiếc máy ảnh trong những năm 2010 có kích thước gần bằng cuộn băng cassette chỉ có thể tạo ra các bức ảnh đầy nhiễu hạt.

Những mẫu máy ảnh SLR chuyên nghiệp dần dần cũng chuyển đổi sang kỹ thuật số. Các mẫu máy ảnh DSLR có thể gắn những ống kính film cũ kỹ nhưng cũng mang lại khả năng lưu trữ số dung lượng cao cùng màn hình tiện dụng nằm ở mặt sau. Thiết kế DSLR truyền thống, vốn ;thay thế sự phức tạp cơ học của kỉ nguyên film, hiện đang dần bị các chiếc máy ảnh mirrorless vượt mặt. Từ Sony, Canon, Nikon cho đến liên minh Micro Four Thirds (M4/3) của Olympus và Panasonic, tất cả các công ty này đều đang ưu tiên hàng đầu cho mirrorless.

Camera trên điện thoại

Tất nhiên, cuộc cách mạng kỹ thuật số lớn nhất chính là điện thoại có camera. Kyocera Visual Phone VP-210 ra mắt vào năm 1999 và Samsung SCH-V200 trong năm 2000 là những chiếc điện thoại đầu tiên có camera. Một vài tháng sau đó, Sharp Electronics J-SH04 J-Phone trở thành chiếc điện thoại đầu tiên không cần kết nối với máy tính. Đến năm 2003, doanh số điện thoại có camera đã vượt qua máy ảnh số.

Năm 2007, Apple trình làng iPhone và thời đại smartphone thực sự bắt đầu. Camera tích hợp trong smartphone nhanh chóng được cải thiện, nhưng có nhiều yếu tố kết hợp lại để biến mọi người thành nhiếp ảnh gia: bộ nhớ điện thoại lớn hơn để bạn có thể chụp nhiều ảnh hơn; cảm biến CCD đã được thay thế bằng chip CMOS tiêu tốn ít năng lượng hơn; kết nối 3G, 4G hay 5G giúp chúng ta chia sẻ hình ảnh ngay lập tức; và các trang web nhiếp ảnh như Flickr đã sớm nhường chỗ cho những mạng xã hội như Facebook và Instagram như một nơi để chia sẻ mọi bức ảnh của chúng ta.

Năm 2012, Nokia đã tung ra chiếc smartphone có camera 41MP, có tên là Nokia 808 PureView. Những bộ phim truyện ngày nay đã được ngay trên iPhone và các chiễ máy bay không người lại hạng nhẹ đã có thể chụp ảnh số trên bầu trời. Những chiếc điện thoại tốt nhất ngày nay đều được trang bị 2, 3 hoặc 4 camera nhằm có được các bức ảnh đẹp hơn. Sức mạnh tính toán của smartphone cũng tạo ra khả năng nhiếp ảnh điện toán, công nghệ xử lý giúp vượt qua các giới hạn của ống kính và cảm biến hình ảnh. Và thuật ngữ mới nhất và phổ biến nhất hiện nay đó là "pixel binning" (gộp pixel). Nó được sử dụng trong nhiều mẫu smartphone, bao gồm camera 108MP khổng lồ trên Samsung Galaxy S21 Ultra 5G.

May mắn thay, với những tiến bộ ở hiện tại, camera trên smartphone trong tương lai chắc chắn sẽ còn được cải thiện mạnh mẽ hơn nữa.

Lê Hữu (theo CNET)