Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ sáu, 10/09/2010 18:56 (GMT+7)

Quay phim chụp ảnh màu nhờ bộ lọc Bayer

Ta biết rằng ở cảm biến CCD có đến hàng chục triệu linh kiện MOS xếp theo hàng theo cột, mỗi linh kiện như vậy ứng một phần tử ảnh của cảm biến. Khi có ánh sáng chiếu vào, linh kiện MOS vừa làm nhiệm vụ phát ra quang điện tử vừa làm nhiệm vụ là cái tụ điện chứa quang điện tử vừa phát ra. Như vậy lượng quang điện tử chứa trong tụ điện tỷ lệ với cường độ ánh sáng chiếu đến phần tử ảnh tương ứng của cảm biến CCD. Đọc và ghi lại được điện tích chứa trong từng tụ điện là ghi được ảnh.

Để ghi được ảnh màu, phía trên cảm biến CCD người ta đặt tấm lọc màu Bayer (hình 1). Tấm lọc này gồm có rất nhiều ô hình vuông, mỗi ô là một màng lọc nhỏ, chỉ cho một trong ba màu cơ bản đi qua: ô đỏ R cho ánh sáng màu đỏ đi qua, ô lục G cho ánh sáng màu lục đi qua và ô lam B cho ánh sáng màu lam đi qua. Các ô này đặt ngay ngắn, mỗi ô trên một linh kiện MOS. Để tập trung ánh sáng chiếu vào trên từng linh kiện MOS có một thấu kính cực nhỏ như vẽ ở hình 2. Do đặc điểm của mắt người nhạy hơn với màu lục nên Bayer bố trí ở tấm lọc số ô màu lục gấp đôi số ô màu lam hay màu đỏ và sắp xếp các ô theo một trật tự về màu rất xác định như trên hình 1.

Từ tấm lọc Bayer ta có thể thấy một vài quy luật như vẽ ở hình 3 làm thí dụ.

- Quanh một ô màu lục gần nhất có hai ô màu đỏ theo chiều ngang, hai ô màu lam theo chiều đứng (hình 3a) hoặc hai ô màu lam theo chiều ngang hai ô màu đỏ theo chiều đứng (hình 3b), còn ở bốn góc luôn có 4 ô màu lục.

- Quanh một ô màu đỏ luôn có 4 ô màu lục ở trái, phải, trên, dưới và 4 ô màu lam ở bốn góc (hình 3c), quanh một ô màu lam, có 4 ô màu lục ở trái, phải, trên, dưới và 4 ô màu đỏ ở bốn góc (hình 3d).

Còn nhiều quy luật khác nữa, ở đây ta không xét kỹ chỉ cần biết là dựa vào đấy người ta thực hiện việc tham khảo màu của các phần tử ảnh ở chung quanh để gán cho đủ ba màu đối với từng phần tử ảnh ở giữa theo cách sau đây:

Hình 2: Các thấu kính tập trung ánh sáng dọi vào các ô của tấm lọc Bayer.

Trước hết ta thấy linh kiện MOS dưới mỗi tấm lọc Bayer chỉ nhận được ánh sáng của màu đi lọt qua ô lọc. Thí dụ linh kiện MOSdưới ô màu lục ở giữa (hình 3a) nhận được ánh sáng màu lục chiếu đến, đo và ghi điện tích chứa trong tụ điện ứng với ô đó chỉ có được cường độ của ánh sáng màu lục. Cường độ ứng với màu đỏ và màu lamtại ô màu lục là không trực tiếp đo và ghi được. Người ta lấy trung bình cường độ của ánh sáng màu đỏ đo ở hai ô đỏ sát gần đó để gán cho cường độ ánh sáng màu đỏ ở chỗ ô màu lục đang xét. Tương tựlấy trung bình cường độ ánh sáng màu lam đo được ở hai ô màu lam sát gần đó để gán cho cường độ ánh sáng màu lam ở chỗ ô màu lục. Nhờ cách gán ghép kiểu như vậy đối với phần tử ảnh ứng với ô màu lụcta có được cường độ ứng với cả ba màu: màu lục là do thực sự đo và ghi lại, màu đỏ và màu lam là do suy ra từ các ô đỏ và lam sát kề.

Đối với các ô màu đỏ hay màu lam (hình 3c và 3d) người ta cũng làm tương tự, ứng với ô màu đỏ chẳng hạn, cường độ của ánh sáng màu đỏ là do trực tiếp đọc và ghi điện tích chứa trong tụ điện ứng với ô màu đỏ, còn màu lục là lấy trung bình từ bốn ô màu lục bao quanh, màu lam là lấy trung bình ở bốn ô màu lam ở bốn góc. Lập luận tương tự ứng với ô màu lam. Theo cách này đối với tất cả phần tử ảnh của cảm biến CCD ta đều có đầy đủ ba màu đỏ, lục, lam (một màu trực tiếp đo, hai màu còn lại là tham khảo chung quanh để gán cho). Như vậy là với một cảm biến CCD nhờ có tấm lọc Bayer ta đã ghi lại được ảnh màu.

Ta thấy ở từng phần tử ảnh trên cảm biến CCD, ghi được ba màu trong đó hai màu là do tính toán gán ghép. Màu sắc thực sự của ảnh màu ghi được rất phụ thuộc vào cách suy luận để gán ghép đó có phù hợp với màu thực tế không. Cách gán màu như đã trình bày trên là cách tính toán tham khảo đơn giản nhất. Các hãng chế tạo máy quay phim, chụp ảnh số, mỗi hãng tìm cách tham khảo các ô chung quanh để gán màu cho ô ở giữa theo những cách phức tạp hơn nhằm cho ảnh cuối cùng có màu sắc trung thực hơn. Các ô lọc màu của tấm lọc màu Bayer cũng không nhất thiết là có hình vuông. Thường ảnh hay được in ra có tỷ lệ 4/3, tức là dài 4 rộng 3 do đó ở tấm lọc màu Bayer đặt trên cảm biến CCD có nhiều khi làm ô lọc màu hình chữ nhật với cùng tỷ lệ 4/3. Nhờ đó trên cảm biến CCD, số ô theo hàng ngang cũng như theo hàng dọc, việc xác định địa chỉ của ô và tính toán được thuận lợi hơn.

Hình 3: Tham khảo màu ở chung quanh để gán thêm màu cho ô ở giữa.

Để dễ hình dung trong việc quay phim, chụp ảnh màu theo kỹ thuật số phải sử dụng những kỹ thuật vật lý tinh vi như thế nào taxét một máy ảnh hay máy quay phim loại trung bình khá có cảm biến CCD kích thước dài và rộng là 20mm x 15mm có 2800 x 2100 ~ 6 triệu linh kiện MOS, mỗi linh kiện chiếm diện tích có kích thước theomỗi chiều là 20mm/2800 = 0,007mm tức là 7 micromet đó có một thấu kính nhỏ và có một màng lọc màu dưới là một linh kiện MOS. Đó là cảm biến CCD có tấm lọc Bayer để chụp ảnh màu 6 megapixel (6MP).Thực tế số megapixel ghi trên máy quay phim hay máy ảnh cao hơn số pixel của cảm biến vì bên cạnh số phần tử ảnh thực tế có trên cảm biến CCD còn có số phân tử ảnh ở xung quanh do tính toán ghép thêmvào. Trong việc quay phim, chụp ảnh màu trước đây khi còn dùng phim màu thì khâu then chốt của kỹ thuật là nhờ vào các phương pháp hoá học chế tạo ba lớp nhạy màu phủ lên phim nhựa để làm ra phimchụp ảnh màu. Ngày nay trong việc quay phim, chụp ảnh màu theo kỹ thuật số thì khâu then chốt là làm được các cảm biến CCD, các tấm lọc màu theo kỹ thuật vi điện tử và các bộ vi xử lý, bộ nhớ nhỏ gọnthực hiện các phép đọc ghi số liệu và tính toán y như là một máy tính.

Cầm một chiếc máy ảnh hay máy quay phim kỹ thuật số nhỏ gọn trên tay, nếu ngẫm nghĩ về nguyên lý làm việc của chúng chỗ nào ta cũng thấy có ứng dụng của vật lý ở trình độ rất tinh vi.

Xem Thêm

Thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức
Sáng ngày 28/7, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã phối hợp với Viện Khoa học và Quản lý kinh tế (IESEM) tổ chức hội thảo "Thực trạng và giải pháp thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức trong bối cảnh Cách mạng công nghiệp 4.0".
Thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý năng lượng - Giải pháp then chốt giảm phát thải nhà kính
Ngày 17/12, tại phường Bà Rịa, thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Sở Công Thương TP.HCM, Trung tâm Chứng nhận Chất lượng và Phát triển Doanh nghiệp và Công ty Cổ phần Tập đoàn Vira tổ chức Hội thảo khoa học “Giải pháp thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý, sử dụng năng lượng hiệu quả nhằm giảm phát thải khí nhà kính”.
Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách
Trong hai ngày 12-13/11, tại tỉnh Cao Bằng, Liên hiệp các Hội KH&KT Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PanNature) và Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cao Bằng tổ chức Chương trình chia sẻ “Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách”.
Thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của vật liệu tiên tiến trong sản xuất năng lượng sạch
Ngày 24/10, tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Khoa học Công nghệ Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam (VNACA) tổ chức Hội thảo khoa học “Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính”.
Dựa vào thiên nhiên để phát triển bền vững vùng núi phía Bắc
Đó là chủ đề của hội thảo "Đa dạng sinh học và giải pháp dựa vào thiên nhiên cho phát triển vùng núi phía Bắc" diễn ra trong ngày 21/10, tại Thái Nguyên do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Vusta) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PANNATURE) phối hợp tổ chức.
Muốn công tác quy hoạch hiệu quả, công nghệ phải là cốt lõi
Phát triển đô thị là một quá trình, đô thị hoá là tất yếu khách quan, là một động lực quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội nhanh và bền vững. Trong kỷ nguyên vươn mình, quá trình đô thị hoá không thể tách rời quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước...
Hội thảo quốc tế về máy móc, năng lượng và số hóa lần đầu tiên được tổ chức tại Vĩnh Long
Ngày 20/9, tại Vĩnh Long đã diễn ra Hội thảo quốc tế về Máy móc, năng lượng và số hóa hướng đến phát triển bền vững (IMEDS 2025). Sự kiện do Hội Nghiên cứu Biên tập Công trình Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VASE) - hội thành viên của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long (VLUTE) tổ chức.

Tin mới

Lâm Đồng: Hội thảo Giải pháp phát triển kinh tế ban đêm đến năm 2030
Sáng 1/10, tại Trung tâm Hành chính tỉnh Lâm Đồng, Sở Văn hóa, Thể thao và Du lịch phối hợp với Trường Đại học Kinh tế - Tài chính TP Hồ Chí Minh tổ chức Hội thảo khoa học về phát triển kinh tế ban đêm tỉnh Lâm Đồng. Với sự tham dự của đại diện lãnh đạo UBND tỉnh, lãnh đạo các sở, ban, ngành, địa phương cùng gần 100 chuyên gia, nhà khoa học, nhà quản lý và đại diện cộng đồng doanh nghiệp.
Đắk Lắk: Liên hiệp Hội - Thành viên tích cực của Mặt trận trong giai đoạn mới
Là thành viên của Mặt trận Tổ quốc Việt Nam tỉnh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh Đắk Lắk phát huy vai trò tập hợp, đoàn kết đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ, làm cầu nối giữa trí thức với Đảng, Nhà nước và Nhân dân. Trong giai đoạn mới, Liên hiệp Hội tỉnh tăng cường phối hợp, phát huy nguồn lực trí tuệ, góp phần củng cố khối đại đoàn kết và thúc đẩy Đắk Lắk phát triển bền vững.
Đại hội Liên hiệp Hội thành phố Cần Thơ lần thứ I, nhiệm kỳ 2026-2031
Trong hai ngày 01 và 02/10/2026, tại thành phố Cần Thơ, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật TP Cần Thơ đã long trọng tổ chức Đại hội đại biểu lần thứ I, nhiệm kỳ 2026-2031. ThS. Bùi Minh Châu, nguyên Phó Giám đốc Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Cần Thơ, được bầu giữ chức Chủ tịch Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật thành phố Cần Thơ nhiệm kỳ 2026-2031, Ban Chấp hành gồm 36 thành viên.
Phó Chủ tịch Liên hiệp Hội Việt Nam tham dự Diễn đàn Vi điện tử Toàn Nga 2026
Từ ngày 27/9 đến 3/10, tại Đại học Khoa học - Công nghệ Sirius, Lãnh thổ Liên bang Sirius, Liên bang Nga, đã diễn ra Diễn đàn Vi điện tử Toàn Nga 2026 - một trong những diễn đàn chuyên ngành lớn của Nga về phát triển vi điện tử, cơ sở linh kiện điện tử và các công nghệ điện tử liên quan.
5 nhà khoa học của Liên hiệp Hội Việt Nam được tôn vinh “Nhà khoa học của Nhà nông” năm 2026
Sáng 2/10/2026, tại Hà Nội, Trung ương Hội Nông dân Việt Nam tổ chức Chương trình tôn vinh “Nhà khoa học của Nhà nông” lần thứ VII và trao giải Cuộc thi “Sáng tạo kỹ thuật Nhà nông” toàn quốc lần thứ XI năm 2026. Trong số 42 cá nhân được tôn vinh năm nay có 5 nhà khoa học do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam giới thiệu.
Thanh Hoá: Kinh tế tuần hoàn, tín chỉ Carbon và mô hình sản xuất không phát thải
Ngày 30/9/2026, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Thanh Hóa (Liên hiệp hội) phối hợp với Sở Khoa học và Công nghệ, Trường Đại học Hồng Đức và Viện Nông nghiệp Thanh Hóa tổ chức Diễn đàn khoa học với chủ đề “Kinh tế tuần hoàn và tín chỉ Carbon - Phương pháp xây dựng mô hình sản xuất không phát thải tại Thanh Hóa”.
Đắk Lắk: Phát huy nguồn lực trí thức, xây dựng hệ sinh thái đổi mới sáng tạo tỉnh
Trong giai đoạn 2026-2030, xây dựng hệ sinh thái đổi mới sáng tạo (ĐMST) là yêu cầu quan trọng để Đắk Lắk khai thác tốt hơn tiềm năng, lợi thế và các nguồn lực cho phát triển. Cùng với KHCN và CĐS, ĐMST cần được nhìn nhận không chỉ là hoạt động của các viện, trường hay doanh nghiệp công nghệ, mà là một phương thức tổ chức nguồn lực để giải quyết những bài toán phát triển cụ thể của địa phương.
Phú Thọ: Tập huấn, truyền thông thúc đẩy giáo dục hòa nhập cho trẻ khuyết tật tại xã Lạc Sơn
Ngày 25/9/2026, tại xã Lạc Sơn, tỉnh Phú Thọ, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh Phú Thọ phối hợp với Viện Tài chính vi mô và Phát triển cộng đồng (MACDI) cùng các cơ quan, đơn vị liên quan tổ chức chương trình tập huấn, truyền thông thúc đẩy giáo dục hòa nhập cho trẻ khuyết tật.
Đại hội Hội Khoa học lịch sử Việt Nam lần thứ VIII: GS.TS Nguyễn Văn Kim được bầu làm Chủ tịch
Ngày 30/9/2026, tại Hà Nội, Hội Khoa học Lịch sử Việt Nam tổ chức Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ VIII, nhiệm kỳ 2026-2031. Đại hội là dấu mốc quan trọng mở ra chặng đường phát triển mới của Hội; GS.TS Nguyễn Văn Kim được tín nhiệm bầu giữ chức Chủ tịch Hội Khoa học Lịch sử Việt Nam nhiệm kỳ 2026-2031.