Cảm biến hình ảnh: Chiến trường chính của ngành công nghiệp máy ảnh

Việc sản xuất silicon thì hiieern nhiên không được yêu cầu để chế tạo máy ảnh – bất kỳ ai cũng có thể ghép một mô hình lỗ kim – tuy nhiên, điểm rộng hơn phù hợp hơn. Để trở thành một nhà sản xuất cạnh tranh, toàn cầu, bạn có cần phải chế tạo các cảm biến thực sự đi vào body máy ảnh không?

Lịch sử sản xuất máy ảnh

Ngành kinh doanh sản xuất máy ảnh có nguồn gốc từ lãnh vực cơ khí chính xác, nơi chế tạo và lắp ráp các tuyệt tác cơ khí. Bất cứ ai đã cầm – và sử dụng – một bộ phim mà Leica sẽ phải ngạc nhiên trước niềm vui thẩm mỹ tuyệt đối khi xử lý nó, cùng với niềm vui và sự đảm bảo khi tải phim, cuộn phim và chụp.

Tất nhiên, thân máy chỉ là một nửa của phương trình, với ống kính là yếu tố quan trọng khác. Trên thực tế, không thể đánh giá thấp tầm quan trọng của ống kính và là một trong những lý do tạo nên thành công của Leica cũng như Nikon và Canon. Những hãng sản xuất máy ảnh thường mua lại các nhà sản xuất ống kính (như Bronica), trong khi những hãng sản xuất ống kính quang học và sau đó trở thành nhà sản xuất máy ảnh (chẳng hạn như Minolta).

Máy ảnh và ống kính được gắn liền với nhau và trong khi chắc chắn có các nhà sản xuất ống kính nổi bật (như Zeiss và Sigma), các ống kính của thương hiệu riêng được đặt tốt nhất để tận dụng tối đa các đặc điểm của máy ảnh.

Điều mà các nhà sản xuất không kiểm soát được là phim được đưa vô máy ảnh; đó là sự lựa chọn kỹ thuật và thẩm mỹ của nhiếp ảnh gia và phụ thuộc vào những gì họ đang cố gắng đạt được. Dương bản, âm bản, đen trắng, màu sắc, nhanh hay chậm… tất cả đều là những lựa chọn quyết định “diện mạo” cuối cùng mong muốn và dựa vào thuật toán hóa học của nhà sản xuất phim.

Sự chuyển đổi từ phim sang kỹ thuật số

Việc chuyển sang kỹ thuật số đã thay đổi hoàn toàn mối quan hệ giữa nhà sản xuất và nhiếp ảnh gia nơi “nhìn” được chuyển sang lãnh vực xử lý hậu kỳ, có thể là trong máy ảnh hoặc sau đó là hậu kỳ. Cảm biến hiện là một phần tử tích hợp có các thông số kỹ thuật rất quan trọng đối với hiệu suất tổng thể của máy ảnh.

Trên thực tế, cảm biến là một trong những tiêu điểm chính của các nhà sản xuất, bằng chứng là cuộc chạy đua không gian megapixel vào đầu những năm 2000. Mặc dù điều đó đã giảm đi phần lớn trong 10 năm qua, nhưng việc tập trung rất nhiều vào hiệu suất của cảm biến với tiếng ồn, dải động và tốc độ đọc ngày càng trở nên quan trọng.

Ví dụ, khi Nikon D800 được ra mắt, cảm biến 36 megapixel đã mang tính đột phá; sự xuất hiện gần đây của Z9 bao gồm một cảm biến 46 megapixel mới, trong 10 năm qua, thể hiện mức tăng megapixel hạn chế. Tuy nhiên, hai cảm biến không thể khác nhau nhiều hơn về tiếng ồn, dải động và tốc độ đọc, đó là nơi tất cả những lợi ích đã được tạo ra.

Z9 là một cảm biến tốt hơn rất nhiều, tạo ra hình ảnh rõ ràng hơn, với dải động rộng hơn, được ghi vào thẻ nhớ với tốc độ cực nhanh. Độ ồn và dải động liên quan trực tiếp tới việc tạo ra hình ảnh nhìn sạch hơn và phong phú hơn, trong khi tốc độ đọc ảnh không chỉ liên quan tới thời điểm quyết định mà còn là thời điểm cuối cùng .

Nikon Z9 mới có một cảm biến lấy tiêu đề ở cốt lõi của nó.

Tuy nhiên, có lẽ động lực lớn nhất cho cuộc cách mạng thiết kế cảm biến này là video. Sự thúc đẩy không ngừng để kết hợp video vào máy ảnh tĩnh – đặc biệt là do Panasonic dẫn đầu – đã làm nổi bật mong muốn của thị trường đối với chức năng này. Trong khi cả Nikon (với D90) và Canon (với 5D Mark II) đều sớm tiếp thị video, khả năng của họ (và đặc biệt là của Nikon) đã tụt hậu so với đối thủ và chỉ gần đây họ mới thực sự dẫn đầu thị trường.

Với Z9, điều đáng chú ý là các thông số kỹ thuật thu hút sự chú ý của máy ảnh chủ yếu dựa trên cảm biến. Tốc độ đọc nhanh cho phép Z9 chụp ảnh RAW 20 khung hình / giây cho hơn 1000 hình ảnh, lên tới 30 khung hình / giây với JPEG và 120 khung hình / giây ở 11 megapixel, tất cả đều có lấy nét tự động hoàn toàn. Ngoài ra, Z9 cũng có thể quay video 8k ở 60p và 8k ở 30p trong 125 phút.

Điều này không phải là coi thường các yếu tố khác trong thiết kế của máy ảnh… cân bằng việc giảm tải hàng đống dữ liệu cảm biến của bộ xử lý Expeed 7 và chuyển nó vào thẻ nhớ. Hoặc IBIS và tự động lấy nét được cải thiện đáng kể và theo dõi chủ thể. Tuy nhiên, đó là cảm biến đang thu hút được các tiêu đề. Nhưng có lẽ đó là điểm mấu chốt: cảm biến là mấu chốt của hệ thống máy ảnh và được thiết kế không chỉ để cung cấp đầu ra tốt nhất có thể cho ngân sách nhất định mà còn hoạt động hiệu quả trong hệ thống cảm biến-ống kính-thân máy.

Vì vậy, có cần thiết để sản xuất cảm biến của riêng bạn?

Nhìn lại thị trường cảm biến hình ảnh

Đầu tiên, cần phải nói rằng sản xuất (hoặc chế tạo) cảm biến hình ảnh là một ngành kinh doanh mở rộng ồ ạt nhưng tốn kém. 1,5 tỷ điện thoại thông minh được bán ra mỗi năm là minh chứng cho điều đó, nhưng sau đó lại được đưa vô các hệ thống thị giác công nghiệp trong lãnh vực robot, xe hơi, y tế và khoa học, và không có gì ngạc nhiên khi nhu cầu toàn cầu đang tăng lên.

Vào năm 2019, thị trường này trị giá 17,2 tỷ USD và ước tính sẽ tăng lên 27 tỷ USD vào năm 2023. Thực tế, vì điều này, vào năm 2020, Samsung đã bắt đầu chuyển đổi dây chuyền sản xuất DRAM hiện có sang cảm biến hình ảnh. Đây không phải là một bước bất thường, vì khoảng 80% quy trình sản xuất (và cả thiết bị) đều giống nhau, nhưng nó vẫn sẽ yêu cầu ghi giảm 815 triệu đô la!

Công bằng mà nói, việc tham gia kinh doanh chế tạo không dành cho những người chơi nhỏ và trên thực tế, bị chi phối bởi một số ít bao gồm (vào năm 2019): Sony (51%), Samsung (21%), OmniVision (7%), On Semi (6%), Canon (4%) và Hynix (2%), với 9% còn lại là của một số hãng khác.

Biểu đồ của Techno Systems Research, thông qua Image Sensors World .

Khi nói tới thị trường điện thoại thông minh, các con số tương tự (vào năm 2020) : Sony (46%), Samsung (29%) và OmniVision (10%).

Nhưng những gì về các nhà sản xuất máy ảnh? Giải pháp đơn giản nhất là mua một sản phẩm hiện có bán sẵn, đây là lựa chọn mà nhiều nhà sản xuất áp dụng cho các mô hình của họ. Bạn biết những gì bạn đang nhận được và thiết kế máy ảnh của bạn để phù hợp với các thông số kỹ thuật, làm cho nó trở thành một cách tiếp cận tiết kiệm. Nhược điểm là gấp đôi: bạn không thể tối ưu hóa cảm biến theo thông số kỹ thuật thiết kế ống kính và body máy ảnh của mình, đồng thời bạn có khả năng kết hợp các cải tiến cảm biến mới nhất còn hạn chế.

Cách tiếp cận này hơi giống với việc sử dụng chip Intel hoặc AMD bên trong PC; bạn chọn thông số kỹ thuật bạn muốn và xây dựng một hệ thống xung quanh nó. Apple xác định đây là cơ hội để tạo sự khác biệt trên thị trường và phát triển chip M1 do Công ty sản xuất chất bán dẫn Đài Loan (TSMC) sản xuất.

Các giải pháp thay thế để thiết kế và sản xuất cảm biến

Thiết kế và sản xuất cảm biến của riêng bạn – đặc biệt là đối với các mẫu máy cao cấp – rõ ràng là có lợi, mặc dù điều này phải được cân nhắc so với chi phí sản xuất cảm biến. Vì lý do này, các nhà sản xuất có hai lựa chọn thay thế.

Đầu tiên là cung cấp các thông số kỹ thuật và ràng buộc chung, sau đó được sản xuất cho các thiết kế của bên thứ ba. Đây thực sự là cách Sony Semiconductor Solutions (một công ty con của Sony) hoạt động, chứ không phải là một xưởng đúc sản xuất theo thiết kế được cung cấp (chẳng hạn như Tower Semiconductor). Nikon có một lịch sử lâu dài trong việc sử dụng cảm biến của Sony, nhưng phần lớn nhà sản xuất không cho rằng để giảm thiểu nguy cơ phụ thuộc vào một cảm biến quá nhiều. Trước đây, họ đã sản xuất một số cảm biến của riêng mình, bao gồm các mẫu LBCAST đời đầu, mặc dù có vẻ như nó không còn cơ sở vật chất nhưng vẫn giữ được nhóm thiết kế cảm biến mở rộng . 

Tương tự, Sigma giao việc sản xuất cảm biến Foveon cho Dongbu HiTek, Fuji sử dụng kết hợp cảm biến của Fuji và Toshiba, Panasonic có cảm biến từ quan hệ đối tác với TowerJazz, Olympus sử dụng một loạt nhà sản xuất và Pentax chủ yếu hợp tác với Sony.

Điều đó khiến Canon phải lưu ý rằng máy ảnh EOS của họ sử dụng cảm biến Canon (mặc dù điều đó cho thấy rằng các mẫu máy ảnh khác có thể sử dụng cảm biến bán sẵn được lắp ở nơi khác). Với khoảng 4% thị trường cảm biến, đây là một nhà sản xuất tương đối nhỏ, nếu quan trọng là. Và giống như Nikon, nó cũng sản xuất các hệ thống chế tạo được sử dụng bởi các xưởng đúc.

Việc phát hành R3 cho thấy rằng cảm biến Canon vẫn ở vị trí tiên tiến nhất và chứng tỏ một thị trường cạnh tranh ba chiều mạnh mẽ với Nikon và Sony.

Máy ảnh không gương lật Canon EOS R3 có cảm biến hình ảnh ấn tượng do Canon thiết kế và sản xuất.

Đọc thêm : Đánh giá Canon EOS R3: Tốc độ chớp nhoáng đáp ứng cơ thể chắc chắn

Các nhà sản xuất máy ảnh có nên chế tạo cảm biến của họ không?

Vậy các nhà sản xuất máy ảnh có cần sản xuất silicon không? Bằng chứng rõ ràng là họ không có, chỉ có Sony và Canon trong trại này. Tuy nhiên, điều quan trọng là thiết kế cảm biến hình ảnh của riêng bạn, đặc biệt cho các mẫu máy cao cấp nhất. Điều này mang lại sự khác biệt cho thị trường thông qua khả năng đổi mới trực tiếp thiết kế cảm biến đồng thời tích hợp nó vào toàn bộ hệ thống máy ảnh, điều mà chúng tôi thấy Nikon đang làm khá rõ ràng.

Có lẽ “tích hợp” là từ khóa ở đây: với sự ra đời của điện thoại thông minh, người dùng mong đợi một hệ thống tích hợp hoạt động toàn diện để tạo ra hình ảnh tốt nhất có thể. Các nhà sản xuất máy ảnh phải làm việc ngoài thân máy và ống kính để cung cấp một chuỗi xử lý dữ liệu từ chụp ảnh cho tới hình ảnh đã xử lý được phân phối theo cách mà người dùng cuối mong muốn.

Nó có thể khó hiểu đối với các nhiếp ảnh gia, nhưng máy ảnh cũng có thể trở thành vật bất ngờ trong quá trình chụp ảnh. Sau đó, những gì bạn làm đối với hình ảnh RAW là rất quan trọng và các nhà sản xuất máy ảnh đang phải chịu áp lực ngày càng tăng từ điện thoại thông minh, những công ty có khả năng quản lý những kỳ vọng này tốt hơn nhiều.

Cảm biến hình ảnh đã trở thành thành phần xác định của máy ảnh chưa? Hoàn toàn có thể như vậy.

Tín dụng hình ảnh : Hình ảnh được cấp phép từ Depositphotos