Cảm biến ảnh

Cảm biến ảnh là phần tử cảm biến thực hiện chuyển đổi tín hiệu hình ảnh thành tín hiệu điện.[1][2]

Cảm biến ảnh CCD trên một bo mạch tích hợp
Ảnh phóng to góc cảm biến ảnh của một chiếc webcam
Cảm biến ảnh trên bo mạch của chiếc Nikon Coolpix L2 6 MP

Trong phần lớn các trường hợp sử dụng, tín hiệu điện được số hóa bằng chip ADC nhanh rồi chuyển tới các chip xử lý số khác trong thiết bị số. Chip ADC thường đặt cùng đế với cảm biến ảnh, cho ra dẫn xuất là cảm biến ảnh kỹ thuật số.[3]

Các loại cảm biến ở vùng ánh sáng nhìn thấy, hồng ngoại, tử ngoại được sử dụng phổ biến hiện nay là cảm biến CCD (semiconductor charge-coupled devices), CMOS (complementary metal–oxide–semiconductor). Ngoài ra còn có cảm biến ảnh ở vùng phổ tia X, tia gamma.[4]

Cảm biến ảnh được chế ở hai dạng:

Cảm biến dòng đơn còn có biến thể dạng vòng, thu dòng ảnh 360 °, khi dịch chuyển sẽ cho đường ảnh quét toàn cảnh bao quanh đường quét. Sử dụng phần mềm phù hợp và có xác định vị trí thích hợp thì thu được ảnh 360 ° bao quanh, và gọi là 360 Digital Camera. Thiết bị dạng này thường sử dụng trong kiểm tra lỗ khoan địa chất hoăc công trình xây dựng.[5]

CCD và CMOS

Ngày nay, hầu hết các máy ảnh đều sử dụng một trong hai loại cảm biến là CCD và CMOS. Cả CCD và CMOS đều thực hiện một nhiệm vụ giống nhau: biến các tín hiệu ánh sáng thành các tín hiệu điện.

CCD là một trong những công nghệ lâu đời nhất trên máy ảnh số, với chất lượng ảnh chụp vượt trội so với CMOS nhờ có dải tần nhạy sáng và kiểm soát nhiễu tốt hơn. Hiện nay, CCD vẫn được sử dụng nhiều trong các mẫu máy ảnh du lịch giá rẻ, song quá trình lắp ráp khó khăn và điện năng tiêu thụ quá nhiều của CCD đã dẫn tới sự thống trị của CMOS.

Trong lịch sử, cảm biến CMOS luôn được cho là có chất lượng ảnh chụp thấp hơn so với CCD, nhưng các đột phá về công nghệ mới đã khiến cho chất lượng của CMOS hiện đại trở nên ngang bằng hoặc thậm chí là vượt qua cả tiêu chuẩn của CCD. Với nhiều tính năng được tích hợp sẵn hơn là CCD, cảm biến CMOS hoạt động hiệu quả hơn, cần ít điện năng hơn và chụp ảnh tốc độ cao tốt hơn CCD.[6]

Cảm biến ảnh của các máy ảnh kỹ thuật số

Width (px)Height (px)Aspect ratioActual pixel countMegapixelsCamera examples
100100
1:1
10,0000.01Kodak (by Steven Sasson) Prototype (1975)
640480 307,2000.3Apple QuickTake 100 (1994)
832608 505,8560.5Canon Powershot 600 (1996)
1,024768 786,4320.8Olympus D-300L (1996)
10241024
1:1
1,048,5761.0Nikon NASA F4 (1991)
1,280960 1,228,8001.3Fujifilm DS-300 (1997)
1,2801,024
5:4
1,310,7201.3Fujifilm MX-700, Fujifilm MX-1700 (1999), Leica Digilux (1998), Leica Digilux Zoom (2000)
1,6001,200 1,920,0002Nikon Coolpix 950, Samsung GT-S3500
2,0121,324 2,663,8882.74Nikon D1
2,0481,536 3,145,7283Canon PowerShot A75, Nikon Coolpix 995
2,2721,704 3,871,4884Olympus Stylus 410, Contax i4R (CCD is actually square 2,272×2,272)
2,4641,648 4,060,6724.1Canon 1D
2,5601,920 4,915,2005Olympus E-1, Sony Cyber-shot DSC-F707, Sony Cyber-shot DSC-F717
2,8162,112 5,947,3925.9Olympus Stylus 600 Digital
3,0082,000 6,016,0006D100, Nikon D40, D50, D70, D70s, Pentax K100D, Konica Minolta Maxxum 7D, Konica Minolta Maxxum 5D, Epson R-D1
3,0722,048 6,291,4566.3Canon EOS 10D, Canon EOS 300D
3,0722,304 7,077,8887Olympus FE-210, Canon PowerShot A620
3,4562,304 7,962,6248Canon EOS 350D
3,2642,448 7,990,2728Olympus E-500, Olympus SP-350, Canon PowerShot A720 IS, Nokia 701, HTC Desire HD, Apple iPhone 4S
3,5042,336 8,185,3448.2Canon EOS 30D, Canon EOS-1D Mark II, Canon EOS-1D Mark II N
3,5202,344 8,250,8808.25Canon EOS 20D
3,6482,736 9,980,92810Canon PowerShot G11, Canon PowerShot G12, Canon PowerShot S90, Canon PowerShot S95, Nikon CoolPix P7000, Nikon CoolPix P7100, Olympus E-410, Olympus E-510, Panasonic FZ50, Fujifilm FinePix HS10, Samsung EX1
3,8722,592 10,036,22410Nikon D40x, Nikon D60, Nikon D3000, Nikon D200, Nikon D80, Pentax K10D, Pentax K200D, Sony Alpha A100
3,8882,592 10,077,69610.1Canon EOS 40D, Canon EOS 400D, Canon EOS 1000D
4,0642,704 10,989,05611Canon EOS-1Ds
4,0003,000 12,000,00012Canon Powershot G9, Fujifilm FinePix S200EXR, Nikon Coolpix L110, Kodak Easyshare Max Z990
4,2562,832 12,052,99212.1Nikon D3, Nikon D3S, Nikon D700, Fujifilm FinePix S5 Pro
4,2722,848 12,166,65612.2Canon EOS 450D
4,0323,024 12,192,76812.2Olympus PEN E-P1
4,2882,848 12,212,22412.2Nikon D2Xs/D2X, Nikon D300, Nikon D300S, Nikon D90, Nikon D5000, Pentax K-x
4,9002,580 12,642,00012.6RED ONE Mysterium
4,3682,912 12,719,61612.7Canon EOS 5D
5,1202,700 13,824,00013.8RED Mysterium-X
7,920 (2,640 × 3)1,760 13,939,20013.9Sigma SD14, Sigma DP1 (3 layers of pixels, 4.7 MP per layer, in Foveon X3 sensor)
4,6723,104 14,501,88814.5Pentax K20D, Pentax K-7
4,7523,168 15,054,33615.1Canon EOS 50D, Canon EOS 500D, Sigma SD1
4,8963,264 15,980,54416.0Fujifilm X-Pro1, Fujifilm X-E1 (X-Trans sensor has a different pattern to a Bayer sensor)
4,9283,262 16,075,13616.1Nikon D7000, Nikon D5100, Pentax K-5
4,9923,328 16,613,37616.6Canon EOS-1Ds Mark II, Canon EOS-1D Mark IV
5,1843,456 17,915,90417.9Canon EOS 7D, Canon EOS 60D, Canon EOS 600D, Canon EOS 550D, Canon EOS 650D, Canon EOS 700D
5,2703,516 18,529,32018.5Leica M9
5,6163,744 21,026,30421.0Canon EOS-1Ds Mark III, Canon EOS-5D Mark II
6,0484,032 24,385,53624.4Sony α 850, Sony α 900, Sony Alpha 99, Nikon D3X và Nikon D600
5,1405,140
1:1
26,419,60026.4Leica S1 (line scanner, 1997)[7]
7,3604,912 36,152,32036.2Nikon D800, Sony Alpha 7R
7,5005,000 37,500,00037.5Leica S2
7,2125,142 39,031,34439.0Hasselblad H3DII-39
7,2165,412 39,052,99239.1Leica RCD100
7,2645,440 39,516,16039.5Pentax 645D
7,3205,484 40,142,88040.1Phase One IQ140
7,7285,36810:741,483,90441.5Nokia 808 PureView
8,1766,132 50,135,23250.1Hasselblad H3DII-50, Hasselblad H4D-50
11,2505,0009:456,250,00056.3Better Light 4000E-HS (scanned)
8,9566,708 60,076,84860.1Hasselblad H4D-60
8,9846,732 60,480,28860.5Phase One IQ160, Phase One P65+
10,3207,752 80,000,64080Leaf Aptus-II 12, Leaf Aptus-II 12R
10,3287,760 80,145,28080.1Phase One IQ180
9,3729,372
1:1
87,834,38487.8Leica RC30 (point scanner)
12,60010,500
6:5
132,300,000132.3Phase One PowerPhase FX/FX+ (line scanner)
18,0008,0009:4144,000,000144Better Light 6000-HS/6000E-HS (line scanner)
21,2507,50017:6159,375,000159.4Seitz 6x17 Digital (line scanner)
16,352*12,264* 200,540,928200.5Hasselblad H4D-200MS (*actuated multi (6x) shot)
18,00012,000 216,000,000216Better Light Super 6K-HS (line scanner)
24,00015,990~ 383,760,000383.8Better Light Super 8K-HS (line scanner)
30,60013,6009:4416,160,000416.2Better Light Super 10K-HS (line scanner)
62,8307,500~ 25:3471,225,000471.2Seitz Roundshot D3 (80 mm lens) (scanned)
62,83013,500~ 5:1848,205,000848.2Seitz Roundshot D3 (110 mm lens) (line scanner)
38,00038,000
1:1
1,444,000,0001,444Pan-STARRS PS1
157,00018,000~ 26:32,826,000,0002,826Better Light 300 mm lens Digital (line scanner)

Các công ty sản xuất

Các công ty lớn trong lĩnh vực sản xuất cảm biến ảnh bao gồm:

  • Agilent
  • Aptina (formerly division of Micron Technology)
  • Canesta
  • Canon
  • Caeleste
  • CMOSIS
  • Dalsa
  • Eastman Kodak
  • ESS Technology
  • Fujifilm
  • MagnaChip
  • Matsushita
  • MAZeT GmbH
  • Mitsubishi
  • Nikon
  • OmniVision Technologies
  • ON Semiconductor (formerly Cypress Semiconductor)
  • PixArt Imaging
  • Pixim
  • Samsung
  • Sharp
  • Sony
  • STMicroelectronics
  • Toshiba
  • TowerJazz
  • Town Line Technologies
  • TransChip
  • Trusight
  • Trusense imaging

Tham khảo