Diễn Đàn Vật Lý | Thư Viện Vật Lý

[COLOR="blue"]Chúng ta đầu tư rất nhiều tiền, công sức, thời gian và cả tâm huyết vào chiếc kính thiên văn (http://thienvanhanoi.org/cuahang/product/vat-kinh-tieu-sac-d80f900/) của mình. Khi mà chiếc kính đã hoàn thành rồi, ta đã có thể chiêm ngưỡng những kiệt tác trên bầu trời, nhưng đôi khi chúng ta lại muốn ghi lại những gì mình thấy được để đem khoe với bạn bè hay nghiên cứu. Vậy nên lĩnh vực nhiếp ảnh thiên văn ra đời nhằm thực hiện điều đó và còn hơn thể nữa, nhiếp ảnh thiên văn đã đưa ta vượt qua giới hạn nhìn của mắt người. Trong bài viết sau đây, bằng những kiến thức nhiếp ảnh có được, mình xin nói về cảm biến trong chụp ảnh thiên văn - các đặc điểm cũng như tính chất của nó để chúng ta có cái nhìn sâu hơn và giúp ích mọi người trong việc tạo ra một bức ảnh thiên văn đẹp[/COLOR].



Trước tiên, các bạn cần phải hiểu để "nhìn" thấy vật thì trước hết phải có ánh sáng từ vật di chuyển đến một thấu kính. Thấu kính này hội tụ ánh sáng tạo ra ảnh của vật thể - và ảnh này in trên bề mặt cảm biến. Các tín hiệu ánh sáng sẽ được chuyển thành tín hiệu điện để rồi bộ xử lí tái tạo chúng thành hình ảnh. Ở mắt người thì thấu kính chính là thể thủy tinh, cảm biến là võng mạc và bộ xử lí là não bộ của chúng ta (phần nằm phía sau gáy). Vậy để chụp ảnh thiên văn, vật kính (http://thienvanhanoi.org/cuahang/product/vat-kinh-tieu-sac-d80f900/) đã có nhiệm vụ tạo ra ảnh của vật thể, và giờ ta chỉ cần một cảm biến để nhận ảnh nữa thôi. Nói về cảm biến chụp ảnh thì nó có vẻ hơi xa lạ đối với nhiều người. Thường thì đa số mọi người nghĩ là chụp ảnh phải bằng máy ảnh hay điện thoại nhưng thực chất để thu được bức ảnh tốt nhất, người ta gắn một cảm biến thu ảnh (thiết bị thu góp điện tích) vào vị trí mặt phẳng tiêu cự của vật kính. Thiết bị này người ta hay gọi là CCD. Cảm biến thực chất là một mạch điện được cấy trên một nền silicon mà ở trên đó có hàng triệu các tế bào điểm ảnh nhỏ. Mỗi một điểm ảnh là một cái giếng thế năng. Các photon đi đến và chúng đánh bật các điện tích ra, điện tích được tạo ra tỉ lệ với số photon đi đến và các điện tích đó được chứa ngay trong mỗi điểm ảnh.
(http://i1228.photobucket.com/albums/ee451/phuong_andromeda/linh%20tinh/CCD-vs-CMOS-DSLR-Camera-Which-One-is-Better-Camera-Sensor_zps94dd662b.jpg) (http://i1228.photobucket.com/albums/ee451/phuong_andromeda/linh%20tinh/images_zps9b006d28.jpg)(http://i1228.photobucket.com/albums/ee451/phuong_andromeda/linh%20tinh/images1_zps018360de.jpg)

Đó là cảm biến CCD, còn một loại khác là cảm biến CMOS. Nó thực chất là một công nghệ được cấy trên nền CCD, nó khác CCD ở chỗ mỗi một điểm ảnh được bố trí thêm một mạch điện tích hợp nhỏ nữa để tăng cường và xử lí tín hiệu - giúp việc cho bộ xử lí. Và ở bài viết này, chúng ta sẽ chỉ nói về cảm biến nói chúng chứ không đi sâu vào một loại nào.

[COLOR="green"][SIZE="3"]Vậy để chụp ảnh thiên văn thì chúng ta quan tâm đến những yếu tố gì của cảm biến ảnh.
[/SIZE][/COLOR]
[/B]

Như đã nói ở trên, có 2 loại cảm biến là CCD và CMOS, ưu nhược điểm của chúng như sau:
CCD: Độ nhạy sáng cao hơn, có khả năng chụp thiếu sáng tốt hơn, ảnh tạo ra đẹp và mịn hơn - ít bị sạn. Nhưng khó chế tạo, giá thành đắt và hạn chế về độ phân giải, tốc độ xử lí ảnh chậm do bộ xử lí phải đọc từng hàng một.
CMOS: Dễ chế tạo hơn, giá thành rẻ, dễ dàng chế tạo với độ phân giải cao hơn, tốc độ xử lí hình ảnh nhanh hơn. Tuy nhiên chất lượng ảnh trên cùng một độ phân giải không thể bằng CCD, ảnh bị noise mạnh hơn CCD.
Từ những điều đó, ta thấy CCD mạnh hơn CMOS trong lĩnh vực chụp ảnh thiên văn (chứ trong chụp hình bình thường thì mình không bình luận gì), do vậy, cho dù khá đắt đỏ thì dân nghiệp dư nước ngoài vẫn cố sắm cho mình một cảm biến CCD để phục vụ nhu cầu chụp ảnh. Nhưng một số cảm biến CMOS xịn thì giá của nó cũng không hề rẻ và chất lượng tốt không kém CCD.

[/B]
Lại nói về độ phân giải, ở đây cảm biến CMOS có lợi thế hơn về điều này. Tuy nhiên mình nhắc lại cho mọi người nhớ. Độ phân giải của cảm biến chỉ được tận dụng tối đa khi độ phân giải ảnh do vật kính tạo ra lớn hơn độ phân giải của cảm biến. Nếu khả năng phân giải của vật kính kém hơn cảm biến thì chả có ý nghĩa gì cả. Trên thực tế, ở kích thước ảnh 0.6M là đã đủ tiêu chuẩn để xem ảnh trên mạng. Trên các màn hình full HD cũng chỉ là 1080*1920, chỉ hơn 2M một chút. Do vậy đừng quá quan tâm đến độ phân giải làm gì, theo cá nhân mình thấy 10M là quá đủ (trừ những trường hợp chụp ảnh để nghiên cứu).

Đây là một yếu tốt cực kì quan trọng trong chụp ảnh thiên văn, vì các đối tượng ta hướng đến rất tối cho nên yêu cầu về độ nhạy sáng là khá cao. Nhưng khi nâng ISO lên thì đồng nghĩa với việc ảnh sẽ bị noise mạnh hơn, và khả năng khử noise là tùy thuộc vào kích thước điểm ảnh và các thuật toán phức tap của bộ xử lí. Ở các máy ảnh du lịch, hay tốt hơn là DSRL thì mức ISO < 800 là chấp nhận được.

Rất quan trọng trong việc cho ra các bức ảnh đẹp. Nhưng để tạo ra một cảm biến lớn rất phức tạp và tốn kém (chi phí để sản xuất ra các cảm biến full fram đắt gấp 10 lần chi phí sản xuất các cảm biến hệ APS-C). Nhưng số tiền bỏ ra cũng đem lại cho bạn những lợi thế đáng kể.
Kích thước cảm biến tỉ lệ nghịch với kích thước ảnh thu được.

Xét trên cùng một độ phân giải thì cảm bến to sẽ cho ảnh đẹp hơn, do kích thước mỗi điểm ảnh là lớn hơn nên khả năng thu sáng và khử nhiễu của chúng tốt hớn (đó là lí do tại sao các mày ảnh DSRL full fram đắt như vậy).
(http://i1228.photobucket.com/albums/ee451/phuong_andromeda/untitledcopy_zps8540594c.jpg)(http://i1228.photobucket.com/albums/ee451/phuong_andromeda/untitledfdgdfgdfcopycopy_zpsbef00e23.jpg)


Phơi sáng trong chụp ảnh thiên văn là điều không thể thiếu. Nhiều người chưa hiểu khái niệm này là như thế nào. Mình xin ví dụ thế này: Bạn có một vòi nước và một cái cốc, nếu ta mở to vòi nước thì cũng có nghĩa là nước chảy ra mạnh và cái cốc sẽ đầy nước chỉ sau một vài giây. Nhưng nếu vì một lí do nào đó (sắp cạn nước hoặc vòi tắc chẳng hạn) nước chảy ra chỉ nhỏ từng giọt một thì bạn sẽ phải mất hàng chục phút để thu được cốc nước đầy. Chụp phơi sáng cũng vậy, với các đối tượng sáng như mặt trời, mặt trăng thì ánh sáng của chúng đi đến từng điểm ảnh mạnh mẽ như vòi nước chảy to vậy cho nên ta chỉ cần để cảm biến lộ diện trước ánh sáng 1 thời gian rất ngắn là đủ. Nhưng đối với các ngôi sao, hành tinh (http://thienvanhanoi.org/cuahang/product/den-chieu-hanh-tinh-he-mat-troi/) hay tinh vân thì ánh sáng của chúng đi đến cảm biến yếu ớt như là nước chảy nhỏ giọt vậy cho nên ta vần phải để cảm biến lộ ra trước ánh sáng thật lâu để "hứng" được lượng sáng cần thiết.
Một điều quan trọng nữa là để chụp phơi sáng lâu thì chúng ta phải có bộ phận bám nhật động (cho thiết bị chụp) để sao cho ánh sáng từ mỗi một chi tiết của vật thể luôn luôn rơi vào đúng một điểm ảnh trong quá trình chụp, đảm bảo cho hình ảnh thu được sắc nét chứ không bị râu ông nọ cắm cằm bà kia.

Khi chụp ảnh bằng cảm biến, ta phải xem chúng thông qua một màn hình máy tính - khá bất tiện. Trên một số máy DSRL có chức năng live view thì sẽ thuận tiện hơn.

Ở bài viết sau, mình sẽ đi sâu vào việc làm thế nào để chụp được một bức ảnh thiên văn đẹp từ các thiết bị phổ thông như máy điện thoại, máy ảnh du lịch...