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

Hoàn thiện thể chế thúc đẩy phát triển ngành xuất bản trong kỷ nguyên số
Sáng ngày 6/8, VUSTA tổ chức Hội thảo đóng góp ý kiến cho dự thảo Luật sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật Xuất bản. Các chuyên gia, nhà khoa học từ các hội thành viên, đơn vị trực thuộc đã tham góp nhiều ý kiến góp phần hoàn thiện hành lang pháp lý cho hoạt động xuất bản trước sự phát triển nhanh chóng của công nghệ số, trí tuệ nhân tạo và những thách thức ngày càng lớn trong bảo vệ bản quyền.
Nghệ An: Trao 162 giải thưởng Olympic Hóa học 19-5
Cuộc thi đã truyền đi thông điệp mạnh mẽ về sự hấp dẫn của Hóa học và lan tỏa tình yêu của Hóa học đương đại đến mọi người. Thành công của cuộc thi là lời khẳng định về vai trò của Hóa học trong đời sống và tương lai của đất nước.
Xây dựng hành lang pháp lý phát triển đô thị Việt Nam
Chuyển mạnh từ tư duy quản lý đô thị sang kiến tạo phát triển đô thị là một trong những nội dung được nhiều chuyên gia góp ý tại Hội thảo “Đóng góp ý kiến cho dự thảo Luật Phát triển đô thị” do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam phối hợp cùng Hội Quy hoạch phát triển đô thị Việt Nam và Tổng Hội Xây dựng Việt Nam tổ chức sáng 5/8, tại Hà Nội.
Gia Lai: Liên hiệp các Hội tổ chức tập huấn kỹ năng truyền thông
Ngày 4/8, Liên hiệp các Hội KH&KT Gia Lai (Liên hiệp Hội) đã tổ chức lớp tập huấn “Kỹ năng xây dựng tin, bài trong bối cảnh truyền thông hiện nay” với sự tham dự của ông Lê Anh Tuân – Phó Chủ tịch Liên hiệp Hội, Nhà báo Lương Văn Danh – Phó Giám đốc Báo và Phát thanh – Truyền hình Gia Lai, báo cáo viên của lớp tập huấn; cùng khoảng 50 học viên đến từ các đơn vị thành viên Liên hiệp Hội.
Liên hiệp Hội Việt Nam làm việc với Quỹ VinFuture
Chiều ngày 03/8, tại trụ sở Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam), đại diện Liên hiệp Hội Việt Nam đã có buổi gặp mặt, làm việc với đại diện Quỹ VinFuture (Tập đoàn Vingroup) nhằm trao đổi, thảo luận sâu về tiềm năng và cơ hợp tác giữa hai đơn vị.
Cần bãi bỏ các thủ tục chồng chéo trong lĩnh vực nông nghiệp và môi trường
Đây là ý kiến của nhiều đại biểu tham dự hội thảo “Góp ý kiến Dự thảo Luật sửa đổi, bổ sung một số điều liên quan đến thủ tục hành chính, điều kiện kinh doanh trong lĩnh vực nông nghiệp và môi trường” vừa diễn ra sáng nay 4/8 tại trụ sở Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam.
Đắk Lắk: Trí thức khoa học và công nghệ - góp phần phát triển nhanh, bền vững của tỉnh
Sau hợp nhất tỉnh Đắk Lắk và Phú Yên, không gian phát triển mới mở ra nhiều cơ hội, đồng thời đặt ra những yêu cầu mới đối với đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ. Đại hội đại biểu Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh Đắk Lắk nhiệm kỳ 2026–2031 là dấu mốc quan trọng, khẳng định quyết tâm tập hợp, phát huy trí tuệ đội ngũ trí thức, đóng góp vào sự phát triển nhanh và bền vững của tỉnh.