Camera, Máy ảnh, Webcam Laptop tại sao lại chụp ảnh quay video được?

 Đã bao giờ bạn thắc mắc về hoạt động của camera, máy ảnh, webcam laptop không? Camera có cấu tạo như thế nào mà có thể giúp chúng ta lưu lại được những hình ảnh, những đoạn video clip? Trong bài viết này chúng tôi sẽ giúp các bạn tìm hiểu bản chất của vấn đề trên, chúng tôi sẽ cố gắng diễn giải theo một cách đơn giản, ngắn gọn và dễ hiểu nhất.

Camera được cấu tạo từ nhiều bộ phận khác nhau

 Mỗi chiếc camera được cấu tạo từ rất nhiều bộ phận, trong đó bộ phận quan trọng nhất giúp xử lý hình ảnh đó chính là "cảm biến". Có lẽ với những bạn quan tâm về công nghệ thì chẳng còn lạ gì với cụm từ "cảm biến". Nhưng cảm biến là gì, nó cấu tạo như thế nào, hoạt động ra sao thì có lẽ nhiều bạn vẫn chưa biết. Chúng ta sẽ đi tìm hiểu về cái "cảm biến" trong camera nhé.

 Trước hết, phải hiểu rằng chúng ta nhìn thấy một vật là nhờ ánh sáng từ vật đó chiếu vào mắt ta. Camera muốn chụp được ảnh thì phải có ánh sáng từ vật đó đi vào camera, cụ thể hơn là đi vào bộ phận "cảm biến" của camera. Cảm biến trên Camera sẽ xử lý chùm ánh sáng đó và biến nó thành tín hiệu điện. Qua nhiều bước khác nữa thì tín hiệu điện sẽ được mã hoá thành mã nhị phân nhờ đó mà có thể hiển thị lên màn hình và được lưu trữ trong thẻ nhớ hoặc ổ cứng.

Bộ phận cảm biến của camera

 Tại sao bộ phận "cảm biến" của camera lại phân tích được ánh sáng và chuyển nó thành tín hiệu điện? Đây mới là vấn đề quan trọng nhất mà chúng ta cần phải tìm hiểu. Mỗi hình ảnh chúng ta nhìn thấy trên điện thoại, máy tính thì được cấu tạo bởi rất nhiều điểm ảnh. Mỗi điểm ảnh mang một màu sắc riêng và khi xếp chúng lại gần nhau thì sẽ tạo ra một hình ảnh rõ nét với nhiều màu sắc.

 Vậy những điểm ảnh đó từ đâu mà ra? Câu trả lời đó là, từ cái "cảm biến", đúng hơn là từ những điểm ảnh trong bộ phận cảm biến của camera. Trong mỗi "cảm biến" luôn chứa rất nhiều điểm ảnh, số điểm ảnh trong cảm biến của camera bằng đúng với số điểm ảnh trong mỗi bức ảnh mà nó tạo ra (chụp lại). Khi cái "cảm biến" chụp ảnh, nó sẽ "ra lệnh" cho từng cái điểm ảnh chụp lại màu sắc ánh sáng chiếu lên nó. Sau đó ghép từng màu của mỗi điểm ảnh lại thì sẽ có một cái ảnh hoàn chỉnh.

 Nhưng làm sao mỗi điểm ảnh trên bộ phận cảm biến của camera có thể chụp được ảnh, hay đúng hơn là làm sao có thể lưu lại được thông tin về màu sắc ánh sáng chiếu lên nó và biến nó thành tín hiệu điện? Để làm được điều đó, mỗi điểm ảnh lại được cấu tạo từ 4 cái điểm ảnh nhỏ hơn. Tại sao lại phải chia nhỏ ra như vậy? Bởi vì, như bạn đã biết, mỗi màu sắc được cấu tạo từ 3 màu cơ bản RGB (đỏ, xanh lá và xanh dương). Vậy muốn điểm ảnh trên cảm biến ghi nhận lại đúng màu sắc của ánh sáng chiếu lên nó thì phải ghi lại "cấp độ" của 3 màu cơ bản bên trên. Mà một điểm ảnh thì không thể cùng lúc ghi lại 3 màu được, nên cần phải có ít nhất 3 cái điểm ảnh, nhưng có lẽ để dễ dàng sắp xếp thành hình vuông mà các nhà sản xuất đã tạo ra 4 cái nhỏ (bao gồm 1 đỏ, 1 xanh dương và 2 xanh lá).

Mỗi điểm ảnh trên cảm biến camera được cấu tạo từ 4 điểm ảnh nhỏ

 Như vậy một điểm ảnh sẽ được cấu tạo từ 4 điểm ảnh nhỏ hơn, mỗi điểm ảnh nhỏ hơn phụ trách ghi lại thông tin của một màu. Nhưng nó làm sao mà tự nhiên lại ghi được? Mỗi điểm ảnh nhỏ, lại được cấu tạo bởi 2 thành phần đó là "kính lọc ánh sáng" và "Diot quang".

 Kính lọc ánh sáng có tác dụng gì? Một chùm ánh sáng tự nhiên luôn chứa rất nhiều màu sắc khác nhau. Chúng ta muốn biết mức độ đậm, nhạt của mỗi màu sắc thì chúng ta phải sử dụng kính lọc để loại bỏ những màu còn lại. Khi đã lọc thì chỉ giữ lại 3 màu cơ bản, lúc này ánh sáng sẽ được chuyển tới Diot quang để phân tích.

 Diot quang được tạo ra bằng 2 lớp bán dẫn N và P. Khi tiếp xúc với ánh sáng, ánh sáng sẽ phóng photon vào diot và tạo ra dòng điện. Khi đo mức độ mạnh hay yếu của dòng điện được tạo ra thì người ta sẽ tính ra được độ đậm hay nhạt của màu sắc.

 Ví dụ như, cường độ dòng điện mạnh nhất có thể tạo ra là 1A, 1A sẽ tương ứng với độ đậm của màu sắc cao nhất là 100%. Thế thì khi dòng điện tạo ra có 0,5A thì nó sẽ tương ứng với độ đậm của màu sắc đó chỉ là 50% mà thôi.

 Do độ đậm nhạt của màu sắc lại hiển thị bằng con số nên nó sẽ được mã hoá thành mã nhị phân. Đến đây chúng ta có thể hiểu được rằng, Diot quang có thể ghi lại thông tin màu sắc (chính là độ đậm nhạt của 3 màu cơ bản RGB) là bởi vì khi ánh sáng đi vào diot sẽ tạo ra dòng điện. Người ta đo cường độ dòng điện mạnh hay yếu sẽ biết được độ đậm nhạt của màu sắc. Khi biết được độ đậm nhạt của 3 màu cơ bản RGB trên mỗi điểm ảnh nhỏ, chúng ta sẽ có màu sắc của một điểm ảnh hoàn chỉnh. Hàng nghìn, hàng triệu điểm ảnh hoàn chỉnh sẽ giúp chúng ta có một bức ảnh giống hệt như cảnh vật đã được chụp.

 Tóm lại, cảm biến trong camera sẽ hoạt động như sau, ánh sáng từ hình ảnh muốn chụp sẽ đi vào camera rồi đến cảm biến. Chùm ánh sáng đến đây sẽ được hàng triệu điểm ảnh "nhảy vào" phân tích, và mỗi điểm ảnh sẽ để ánh sáng đi qua bộ lọc màu nhằm giữ lại một trong ba màu cơ bản (RBG). Tiếp theo, nó sẽ phân tích độ đậm nhạt của từng màu cơ bản bằng cách phân tích dòng điện mà ánh sáng tạo ra. Sau khi đã phân tích 3 màu cơ bản, nó tổng hợp lại thành một điểm ảnh hoàn chỉnh, rồi hàng triệu điểm ảnh hoàn chỉnh này sẽ tạo thành hình ảnh được chụp. Còn việc mã hoá thông tin hình ảnh thành mã nhị phân để lưu lại và hiển thị trên màn hình như thế nào? Đó là, ánh sáng tạo ra dòng điện, người ta cho dòng điện chạy qua chíp xử lý để đổi thành mã nhị phân.

 Hy vọng bài viết này sẽ giúp các bạn hiểu được cách mà một máy ảnh, camera, webcam máy tính có thể chụp được ảnh hoạt động như thế nào.