Mục lục bài viết
Thông số “cảm biến stacked” hay “cảm biến xếp chồng” xuất hiện ngày càng nhiều trên trang cấu hình camera flagship nhưng ít khi được giải thích nó tác động cụ thể đến trải nghiệm chụp nào. Khác với việc tăng megapixel hay kích thước cảm biến vốn ảnh hưởng trực tiếp đến độ chi tiết và khả năng thu sáng, cấu trúc xếp chồng giải quyết một vấn đề hoàn toàn khác: tốc độ cảm biến đọc và truyền dữ liệu ra ngoài nhanh đến mức nào.
Cảm biến truyền thống bị nghẽn ở đâu
Cảm biến CMOS thông thường đặt lớp điểm ảnh (pixel) và lớp mạch xử lý tín hiệu trên cùng một mặt phẳng silicon, cạnh nhau. Diện tích mạch xử lý chiếm chỗ của diện tích thu sáng, buộc nhà sản xuất đánh đổi giữa số mạch đọc dữ liệu và số điểm ảnh. Vì mạch đọc ít, dữ liệu từng dòng điểm ảnh phải đọc tuần tự theo kiểu quét dòng (rolling shutter) tốc độ giới hạn, gây hiện tượng ảnh bị nghiêng, méo khi vật thể hoặc máy di chuyển nhanh lúc chụp.
Cấu trúc xếp chồng tách hai lớp ra làm việc song song
Cảm biến stacked đặt lớp điểm ảnh phía trên và lớp mạch xử lý logic phía dưới, kết nối bằng hàng triệu điểm hàn siêu nhỏ xuyên lớp (through-silicon via). Nhờ tách vật lý, lớp mạch logic phía dưới mở rộng toàn bộ diện tích không bị giới hạn bởi khoảng trống giữa các điểm ảnh, cho phép nhồi nhiều kênh đọc dữ liệu song song hơn hẳn thiết kế phẳng truyền thống, giúp tốc độ đọc toàn khung hình nhanh hơn nhiều lần so với cảm biến không xếp chồng cùng độ phân giải.
Tốc độ đọc nhanh giảm rolling shutter khi chụp và quay
Khi quét dòng dữ liệu diễn ra nhanh hơn, thời gian trễ giữa dòng điểm ảnh đầu tiên và dòng cuối cùng trong một khung hình rút ngắn đáng kể. Điều này giảm trực tiếp hiện tượng vật thể chuyển động bị méo dạng hình bình hành, cánh quạt quay bị cong, hoặc ảnh rung khi lia máy nhanh. Với video, tốc độ đọc cao còn cho phép quay ở khung hình cao (120fps, 240fps trở lên) mà vẫn giữ độ phân giải lớn, vì mỗi khung hình cần đọc xong toàn bộ dữ liệu trong thời gian ngắn hơn nhiều so với 1/24 giây thông thường.
Bộ nhớ đệm tích hợp mở khóa quay chậm cực cao
Một số cảm biến stacked cao cấp còn tích hợp thêm lớp bộ nhớ DRAM ngay trong cấu trúc xếp chồng, tạo thành thiết kế ba lớp. Bộ nhớ đệm này lưu tạm dữ liệu tốc độ cực cao trước khi chip xử lý ảnh chính kịp xử lý, cho phép quay slow motion 960fps hoặc cao hơn mà không nghẽn băng thông truyền dữ liệu ra bộ nhớ chính của máy, khác với việc chỉ đơn thuần tăng tốc độ chip xử lý ảnh phía sau cảm biến.
Hiểu nhầm thường gặp
“Cảm biến xếp chồng giúp ảnh chụp nét hơn, chi tiết hơn” thực chất công nghệ này không trực tiếp cải thiện độ chi tiết hay dải tương phản của ảnh tĩnh, nó giải quyết vấn đề tốc độ đọc dữ liệu và độ trễ. Ảnh chụp thiếu sáng hay chi tiết vân bề mặt vẫn phụ thuộc chủ yếu vào kích thước điểm ảnh, khẩu độ và thuật toán xử lý ảnh chứ không phải cấu trúc xếp lớp của cảm biến.
Xem thêm
Nội dung này thuộc cụm bài Cảm biến & độ phân giải camera: tổng hợp bài viết. Xem thêm Pixel binning là gì, vì sao cảm biến 200MP chụp ra ảnh 12,5MP hay 50MP mặc định. Để tra cứu thông tin gốc, có thể xem thêm tại trang hỗ trợ Android chính thức của Google.
Zalo
