Cảm biến camera smartphone đang ngày một lớn hơn và thông minh hơn thế hệ cũ

Khi nói đến nhiếp ảnh, hệ 35mm vẫn là lựa chọn phổ biến nhất và được sử dụng trên mọi thứ, từ những chiếc máy ảnh PnS chụp đơn giản đến máy ảnh DSLR đắt tiền. Nó phổ biến đến mức tiêu cự của ống kính vẫn thường liệt kê dưới dạng tương đương 35mm. Quá trình chuyển đổi sang kỹ thuật số đã mang đến những chiếc DSLR “Full Frame” với kích thước cảm biến tương đương một khung film 35mm. Tuy nhiên, cũng đã có những chiếc máy ảnh số nhỏ hơn xuất hiện và chúng đủ nhỏ để bỏ trong túi chúng ta.

Đối với những thiết bị như vậy, cảm biến 1 inch là món quà quý giá, và dòng sản phẩm Sony RX100 là một ví dụ phổ biến. Những thứ đó đã không còn hợp thời khi camera smartphone được cải thiện khả năng, nhưng chúng lại có ảnh hưởng đến smartphone.

Sony Xperia Pro-I đã mượn cảm biến 1 inch từ người anh em RX100 của nó, dù không có cấu trúc quang học để tận dụng hết mọi khả năng của nó (RX100 tích hợp cảm biến 20MP, trong khi Xperia Pro-I chỉ sử dụng cảm biến 12MP). Hơn nữa, cái gọi là cảm biến 1 inch không thực sự có kích thước 1 inch và chúng giống như 2/3 inch hơn. Tương tự như thư 35mm, đây là một yếu tố quy đổi khác từ những chiếc máy ảnh cũ.

Cảm biến hình ảnh của Xperia Pro-I có kích thước pixel 2,4µm lớn ấn tượng. Trong khi đó, cảm biến ISOCELL HP3 200MP mà Samsung vừa giới thiệu có kích thước pixel tối đa chỉ 2,24µm với khả năng pixel binning 16-in-1 (ghép pixel 16 vào 1). Tất nhiên, 2 cảm biến này được thiết kế cho 2 camera khác nhau với 2 trường hợp sử dụng khác nhau.

Trên thực tế, Xperia Pro-I không phải là smartphone đầu tiên có cảm biến 1 inch và chắc chắn nó không phải là sản phẩm cuối cùng. Năm 2023 hứa hẹn sẽ là thời điểm mà loại cảm biến này trở thành tiêu chuẩn cho những chiếc flagship của các hãng điện thoại lớn.

Panasonic Lumix Smart Camera CM1 là một chiếc điện thoại chụp ảnh và tích hợp phần cứng siêu ấn tượng: cảm biến 1 inch 20MP nằm sau ống kính Leica f2.8 cùng “Venus engine” có thể quay video 1080p ở tốc độ 30fps (và 4K 15fps).

Panasonic Lumix CM1 là một ví dụ ban đầu về điện thoại thông minh có cảm biến 1 inch (Ảnh: GSM Arena)

Chiếc điện thoại này dày 21mm, nặng 204g, chạy Android 4.4 cùng ứng dụng camera riêng biệt với những tùy chỉnh thủ công hoàn toàn.

Tính năng thực sự thú vị của thiết bị này nằm ở phần vòng bạc nằm ở xung quanh ống kính khi nó chính là một vòng xoay có thể được sử dụng để thay đổi cài đặt camera. Lumix có giá lên đến 1.000 USD, là một mức giá cao vào thời điểm đó nhưng lại không phải một mức giá quá tệ đối với một thiết bị chuyên dụng để chụp ảnh.

Quay ngược thời gian đi xa hơn, giới công nghệ có Nokia 808 PureView – một chiếc điện thoại tiên tiến đến mức có cảm giác nó đến từ tương lai. Khi trình làng vào năm 2012, không có chiếc điện thoại nào ở thời điểm đó có thể trở thành đối thủ của nó tại thời điểm đó. Nokia 808 PureView được trang bị cảm biến 1/1,2 inch tích hợp bên trong. Cảm biến Toshiba HES9 mà Nokia sử dụng lớn hơn mọi cảm biến bên trong những chiếc điện thoại đương đại. Cụ thể hơn, chiếc smartphone Samsung Galaxy S III ra mắt cùng năm lại sở hữu cảm biến Sony IMX145 1/3,2 inch 8MP khá nhỏ bé.

Cảm biến lớn 1 / 1,2 inch của Nokia PureView (Ảnh: GSM Arena)

Cảm biến PureView có kích thước pixel 1,4µm khá lớn ngay cả theo tiêu chuẩn hiện đại cũng như số lượng điểm ảnh lên đến 41MP. Và chỉ đến năm 2018, chúng ta mới thấy được chiếc smartphone đầu tiên đánh bại nó trong cuộc chơi độ phân giải.

Và chính độ phân giải cao đã làm cho Nokia 808 có cảm giác tương lai. Công nghệ supersampling được sử dụng mặc định cho ảnh 8MP và tạo ra chất lượng tuyệt đẹp trên mỗi pixel cũng như mang đến khả năng zoom tuyệt vời. Những chiếc smartphone hiện đại cũng đang sử dụng cách tiếp cận tương tự, dù có một số khác biệt quan trọng.

Trang GSM Arena đã đọ sức Nokia 808 PureView với Xiaomi Mi 11 Ultra – chiếc điện thoại sở hữu cảm biến camera lớn nhất vào thời điểm đó. Cảm biến Samsung ISOCELL GN2 của Xiaomi Mi 11 Ultra có kích thước còn lớn hơn cả cảm biến bên trong Nokia 808 PureView với kích thước quang học 1/1,12 inch và có khả năng tạo ra kích thước pixel 1,4µm ở độ phân giải 50MP.

Xiaomi Mi 11 Ultra có cảm biến 1 / 1.12 inch "khổng lồ", vượt qua Nokia 808 PureView (Ảnh: GSM Arena)

Khi nói về camera số, chúng ta thường thấy những thông tin chi tiết về khẩu độ, cảm biến và kích thước pixel, nhưng không phải mọi pixel đều được sinh ra như nhau.

Cảm biến của Nokia 808 PureView có thể có kích thước lớn đến ấn tượng cũng như có độ phân giải rất cao, nhưng nó lại là công nghệ lỗi thời. Cảm biến này sử dụng công nghệ Front-Side Illuminated, đồng nghĩa với việc mạch của cảm biến cản đường các điốt quang. Chiếc điện thoại Nokia Lumia 1020 ra mắt trong năm sau đó có độ phân giải 41MP và sử dụng cảm biến Back-Side Illumination với kích thước 1/1,5 inch nhỏ hơn.

So sánh cảm biến front-side và cảm biến back-side (Ảnh: GSM Arena)

Đó không phải là tất cả. Cái tên “ISOCELL” xuất phát từ các rào cản vật lý vốn ngăn cách những pixel riêng lẻ, giúp giảm nhiễu. Samsung tiếp tục phát triển công nghệ và mang đến nhiều lợi thế hơn (chẳng hạn như khả năng mạnh mẽ hơn, có thể đo lường số lượng photon mà một pixel có thể thu thập trước khi đạt mức tối đa).

Sự chuyển đổi từ BSI sang ISOCELL và sự phát triển của ISOCELL (Ảnh: GSM Arena)

Samsung không đơn độc trong thiết kế này, ví dụ như OmniVision cũng có một công nghệ tương tự tên là PureCel Plus:

Công nghệ OmniVision của Samsung (Ảnh: GSM Arena)

Cũng có những sự phát triển mới khác, chẳng hạn như thiết kế cảm biến xếp chồng của Sony phân tách quá trình đọc các điốt quang và những transistor thành 2 lớp riêng biệt thay vì đặt chúng cạnh nhau, giúp tăng diện tích bề mặt của các điốt quang.

Sony đang phát triển một thiết kế cảm biến CMOS xếp chồng lên nhau (Ảnh: GSM Arena)

Tất cả những điều này đều cho thấy rằng kích thước pixel không phải là thước đó duy nhất cũng như cuối cùng đối với chất lượng hình ảnh. Trên thực tế, chính những thiết kế thông minh như thế này đã cho phép các nhà sản xuất cảm biến thu nhỏ kích thước pixel xuống chỉ còn 0,56µm. Một thực tế thú vị: Pentium Pro 150MHz từ 1995 được sản xuất trên một tiến trình 0,5µm và có 5,5 transistor.

Người kế nhiệm Mi 11 Ultra là Xiaomi 12S Ultra, đã chuyển hướng khi sử dụng cảm biến Sony IMX989 cho camera chính. Đây là cảm biến 1 inch 50MP khá ấn tượng. Nó lớn hơn nhiều so với mức 1/1,5 inch thường thấy trong những chiếc điện thoại ngày nay và thậm chí là cả các cảm biến 1/1,3 inch. Google Pixel 7 và Apple iPhone 14 Pro nằm trong danh mục này và có độ phân giải tương đương. Galaxy S22 Ultra cũng có cảm biến 1/1,3 inch, nhưng do có độ phân giải 108MP thế nên kích thước pixel vật lý nhỏ hơn.

Cảm biến camera Sony IMX989 được sử dụng trong Xiaomi 12S Ultra (Ảnh: GSM Arena)

Trước Xiaomi 12S Ultra đã có 1 chiếc điện thoại khác sử dụng cảm biến Sony IMX989, đó là Sharp Aquos R6. Thật thú vị, chiếc điện thoại Aquos cũng được dán logo Leica, vốn đồng phát triển camera cùng với Sharp. Thế nên, nó có nhiều điểm chúng với Xiaomi. Sharp vốn nổi tiếng tạo ra nhiều thứ đầu tiên trong ngành công nghiệp di động, nhưng với việc thương hiệu trên thị trường smartphone không được quảng bá nhiều khiến những chiếc điện thoại đột phá của hãng không được khách hàng chú ý.

Một số tin đồn tiết lộ rằng nhiều nhà sản xuất smartphone đang phát triển các flagship có cảm biến 1 inch, cụ thể là một cảm biến có độ phân giải trung bình và lớn. Sẽ có một vài sản phẩm sở hữu camera 200MP cũng như kích thước pixel nhỏ hơn trong tương lai.

Theo GSM Arena