Màn trập cơ học và màn trập điện tử

Màn trập (hay trong tiếng Việt đôi lúc còn được gọi là màn chập) là một chi tiết thuộc loại quan trọng nhất với một chiếc máy ảnh vì nó quyết định thời gian phơi sáng và kéo theo là nhiều hiệu ứng hình ảnh khác nhau. Tuy nhiên, ngoài chuyện tốc độ màn trập và ảnh hưởng của nó tới hiệu ứng hình ảnh (như trong bài viết về hiệu ứng hình cơ bản với tốc độ màn trập Vsion đã đăng) thì cách màn trập hoạt động, các loại màn trập và tác động của từng loại ra sao tới ảnh chụp, nhất là với máy ảnh kỹ thuật số, lại không phải kiến thức được nhiều người quan tâm kỹ. Vì thế, trong bài viết này Vsion sẽ tập trung vào giới thiệu vai trò của màn trập và phân biệt màn trập cơ học, màn trập điện tử để giúp các bạn quyết định trong tình huống nào cần dùng loại màn trập nào.

Click vào mục bạn muốn xem để tới phần nội dung bài viết. Các bạn có thể quay trở lại mục lục sau mỗi phần bằng cách click vào dòng chữ "Quay trở lại Mục lục" ở cuối

Khi nhắc tới màn trập thì cả hai khái niệm màn trập cơ học và màn trập điện tử chúng ta thường nhắc tới (và cũng là loại màn trập Vsion tập trung trong bài viết này) đều thuộc cùng một loại màn trập ( shutter ) gọi là màn trập mặt phẳng lấy nét ( focal plane shutter ). Loại màn trập này hoạt động ngay trên bề mặt film hay cảm biến để quyết định thời gian film hay cảm biến được phơi sáng. Còn loại màn trập thứ hai mà chúng ta sẽ không đi vào chi tiết trong bài viết này là màn trập dạng lá ( leaf shutter hay diaphragm shutter ). Đây cũng là một dạng màn trập cơ học nhưng có dạng như lá khẩu, được đặt ngay cạnh lỗ khẩu độ và đôi lúc có thể hoạt động giống như lá khẩu.

Trước khi đi sâu vào cách hoạt động của màn trập cơ học và màn trập điện tử, chúng ta sẽ tìm hiểu về khác biệt giữa cách thu nhận và xử lý tín hiệu của hai loại cảm biến máy ảnh CCD và CMOS trước vì đây là yếu tố quyết định tới cách hoạt động của hai loại màn trập.

CCD là viết tắt của charge-coupled device (linh kiện tích điện kép) còn CMOS là tên viết tắt của complementary metal-oxide semiconductor để chỉ công nghệ chế tạo loại mạch tích hợp. Hai cảm biến này đều hoạt động trên cùng một nguyên tắc là chuyển đổi hình ảnh sang tín hiệu điện tử và điểm khác biệt chính giữa hai loại cảm biến này là trong khi cảm biến CCD thu tất cả tín hiệu từ cảm biến cùng một lúc dưới dạng điện tích và chuyển đổi cùng một lúc sang tín hiệu điện tử thì cảm biến CMOS tích hợp mạch logic để xử lý tín hiệu ngay tại các điểm nhận sáng ( photosite ) và hình ảnh được thu nhận theo từng hàng photoside chứ không phải toàn bộ cảm biến cùng một lúc. Do đặc điểm khác biệt này và phần lớn các máy ảnh hiện nay đang dùng cảm biến CMOS nên có một đặc điểm chung của các máy ảnh này là hiện tượng " rolling shutter " ( màn trập lăn ), là hiệu ứng gây ra do việc các photosite được phơi sáng theo từng hàng, thay vì toàn bộ cảm biến được phơi sáng cùng lúc, bất kể là màn trập cơ học hay điện tử. Ngược lại với rolling shutter là global shutter hoạt động với cảm biến CCD, tức là toàn bộ cảm biến được phơi sáng đồng thời (được sử dụng chủ yếu trong các thiết bị công nghiệp và thiết bị phân tích đòi hỏi độ chính xác cao).

Màn trập cơ học bao gồm hai cửa trập (cửa trập trước - front curtain , cửa trập sau - rear curtain ) và trong các máy ảnh kỹ thuật số hiện nay thì hai cửa trập này được bố trí theo trục dọc (trên - dưới). Với các máy film thì hai cửa trập này thường được bố trí theo trục ngang và cũng có máy bố trí theo trục dọc.

Với máy DSLR , ở trạng thái bình thường, cảm biến luôn được che phía trước bởi gương lật và cửa trập trước. Khi bắt đầu chụp (phơi sáng), gương lật được lật lên, cửa trập trước kéo xuống để cảm biến bắt đầu phơi sáng, sau đó cửa trập sau kéo xuống che cảm biến để kết thúc quá trình phơi sáng. Trong khi gương lật hạ xuống thì cửa trập sau kéo lên ở chuẩn bị cho lần phơi sáng tiếp theo.

Với máy không gương lật (mirrorless), cảm biến không bị cản và luôn tiếp xúc với ánh sáng do máy ảnh cần ở tình trạng live view để lấy nét nên chu trình hoạt động của màn trập cơ học có phần khác so với máy DSLR. Khi bắt đầu phơi sáng, đầu tiên cửa trập trước kéo lên che toàn bộ cảm biến để xóa thông tin đang có trên cảm biến, sau đó kéo xuống để lộ cảm biến tiếp xúc với ánh sáng và bắt đầu quá trình phơi sáng. Khi quá trình phơi sáng kết thúc, cửa trập sau kéo xuống che cảm biến lại, sau đó lại rút về vị trí cũ, chuyển máy sang chế độ live view (không chụp). Còn một dạng máy ảnh nữa là DSLT của Sony thì do cảm biến cũng luôn ở tình trạng không bị cản sáng nên màn trập cơ học cũng hoạt động cũng giống như máy mirrorless.

Mặc dù cách hoạt động có khác biệt đôi chút nhưng tất cả các máy ảnh đều phơi sáng theo một chiều chuyển động của màn trập là từ trên xuống dưới . Do hình ảnh cảm biến nhận được là hình ảnh ngược lại so với ảnh thật nên so với chiều ảnh thật thì thông tin được đọc từ dưới lên trên .

Màn trập hoạt động như thế nào ở tốc độ chụp cao?

Khác với khi chụp ở tốc độ thấp (cửa trập trước phơi sáng toàn bộ cảm biến trong một thời gian trước khi cửa trập sau đóng lại) thì khi chụp ở tốc độ cao, cửa trập sau đóng lại ngay chỉ sau khi cửa trập trước bắt đầu di chuyển và hai màn trập tạo thành một khoảng trống có kích thước cố định di chuyển dọc cảm biến. Tốc độ chụp càng cao thì mức độ trễ của cửa trập sau càng ngắn so với cửa trập trước nên kích thước khoảng trống này cũng nhỏ lại như trong hình động các bạn có thể thấy bên dưới. Đây là yếu tố quyết định dẫn tới những vấn đề của rolling shutter sẽ được nói tới ở phần dưới.

Các bạn có thể xem kỹ hơn về hoạt động của màn trập cơ học ở máy Canon 7D trong video dưới đây.

Ở máy ảnh DSLR chúng ta thường nói tới chuyển động của gương lật là một trong những nguồn chuyển động chính gây ra rung hình và làm giảm chất lượng ảnh ở tốc độ phơi sáng thấp. Tuy nhiên còn một yếu tố khác cũng có "đóng góp" trong việc làm rung máy mà ở hệ máy ảnh không gương lật nó có vai trò quan trọng hơn, đó là chuyển động của màn trập cơ học. Khi bắt đầu mỗi lần phơi sáng, như ở trên đã trình bày, màn trập cơ học của máy không gương lật phải đóng lại để xóa thông tin trên toàn bộ cảm biến, sau đó mở ra để bắt đầu phơi sáng (do chuyển động nhanh nên chúng ta có thể nghe thấy 1 tiếng "tạch" khi chụp, còn tiếng còn lại là của cửa trập sau) nên va chạm của màn trập với máy tạo ra độ dao động máy và có thể làm rung hình. Do khối lượng hệ máy nhỏ hơn DSLR nên ảnh hưởng này cũng rõ hơn trên máy DSLR (màn trập chỉ kéo xuống khi bắt đầu phơi sáng nên va chạm 1 lần). Khi tốc độ chụp quá cao hoặc quá thấp thì va chạm này không có ảnh hưởng đáng kể tới ảnh (do rung động chưa kịp ảnh hưởng ở tốc độ chụp cao hoặc tỷ lệ của thời gian rung động quá ngắn khi phơi sáng dài), nhưng ở một khoảng nhất định (có thể ở khoảng 1/5 - 1/10 giây) tỷ lệ của rung động này sẽ đủ lớn để làm ảnh bị nhòe, mờ, và được gọi là hiện tượng shutter shock ( sốc màn trập ). Trong hình minh họa bên dưới từ trang photographylife.com, chúng ta có thể thấy là shutter shock làm ảnh mờ ở tốc độ phơi 1/10 giây nhưng không ảnh hưởng ở tốc độ 1/2 giây (máy cắm trên tripod).

Ngoài ra, có một vấn đề nữa liên quan tới màn trập cơ học là hiện tượng shutter lag ( độ trễ màn trập ) được mô tả là độ trễ từ khi ấn nút chụp cho tới khi cảm biến thực sự ghi nhận hình ảnh. Độ trễ này gây ra do thời gian máy ảnh phải nâng kính lật (với máy DSLR) và mở cửa trước màn trập để cảm biến bắt đầu phơi sáng. Mặc dù độ trễ này không gây sai khác đáng kể với nhu cầu chụp thông thường nhưng với chụp ảnh tốc độ cao chuyên nghiệp thì nó có thể là vấn đề quyết định chuyện khoảnh khắc có bắt được đúng lúc hay không. Mặc dù không mất thời gian lật gương nhưng máy ảnh không gương lật cần di chuyển cửa trập trước hai lần nên độ trễ này cũng không khác biệt gì so với máy ảnh DSLR.

Màn trập điện tử cửa trước ( electronic first curtain , hay gọi tắt là EFC ) là loại màn trập lai giữa màn trập cơ học và màn trập điện tử để giúp giải quyết hai vấn đề về shutter shock và shutter lag chúng ta nói tới ở trên. Loại màn trập này sử dụng cửa trước dạng điện tử để tránh rung động gây ra do màn trập cơ học và giảm tối thiểu shutter lag.

Trong ví dụ dưới đây các bạn có thể thấy là hiện tượng shutter shock đã bị loại bỏ khi sử dụng EFC. Ngoài ra, việc sử dụng EFC còn làm người chụp bắt được khoảnh khắc tốt hơn với độ trễ thấp và do không phải di chuyển cửa trập cơ học trước nên tuổi thọ màn trập cơ học có thể kéo dài gấp đôi .

Vậy tại sao chúng ta không có màn trập điện tử cửa sau với cửa trập cơ học trước và cửa trập điện tử sau? Vì chúng ta sẽ không tránh được shutter shock, shutter lag và tốc độ xóa thông tin sau khi phơi sáng của cảm biến có tốc độ chậm hơn tốc độ ghi thông tin nên cửa trập cơ học sẽ tốt hơn để đóng toàn bộ cảm biến lại. Ở các máy ảnh được thiết kế với tốc độ truy xuất tín hiệu nhanh để đảm bảo thời gian "đóng" cảm biến thì chúng ta mới có thể dùng chế độ hai cửa trập điện tử, hay vẫn được gọi là chế độ chụp im lặng (silent mode, silent shooting).

Do được ra đời sau nên EFC không có trên các máy ảnh cũ hay một số máy ảnh có thiết kế đặc biệt. Các bạn có thể tra cứu các máy ảnh có hỗ trợ EFC trong danh sách dưới đây:

Danh sách các máy ảnh có hỗ trợ màn trập điện tử trước (electronic first curtain):

Nikon:

• Nikon D7500
• Nikon D500
• Nikon D810
• Nikon D850
• Nikon D5

Canon:

• Canon EOS M / EOS M3 / EOS M5 / EOS M6
• Canon Digital Rebel XS / T5i / T6 / T6i / T6s / T7i / SL1 / SL2
• Canon 40D / 50D / 60D / 70D / 80D
• Canon 6D / 6D Mark II
• Canon 7D / 7D Mark II
• Canon 5D Mark II / 5D Mark III / 5D Mark IV
• Canon 5DS / 5DS R
• Canon 1DX / 1DX Mark II

Sony:

• Tất cả các máy Sony NEX từ sau NEX 5N
• Sony A5100 / A6000 / A6300 / A6500
• Sony A7 / A7 II / A7S / A7S II / A7R II / A7R III / A9

Fuji:

• Fuji GFX 50S

Olympus:

• Olympus OM-D E-M5 II
• Olympus OM-D E-M1 / E-M1 Mark II
• Olympus Pen-F

Panasonic:

• Panasonic GM1
• Panasonic G85
• Panasonic G7
• Panasonic G9
• Panasonic GH5 / GH5s

Pentax:

• Pentax K-1

Việc sử dụng EFC có những lợi ích nhất định như chúng ta nói tới ở trên, tuy nhiên có một vấn đề lớn gây ra những bất lợi khi sử dụng EFC hoặc màn trập điện tử sẽ được đề cập tới trong phần tiếp theo, đó là giới hạn kỹ thuật ở tốc độ đọc tín hiệu từ các photosite làm thời gian thực tế cửa trập điện tử di chuyển hết cảm biến chậm hơn rất nhiều cửa trập cơ học. Trong thực tế, nếu bạn chụp ở tốc độ 1/1000 giây thì cảm biến sẽ phơi sáng từng hàng pixel 1/1000 giây, sau đó sẽ được "tắt" bằng cửa trập sau, và tiếp tục di chuyển từ trên xuống dưới cảm biến để phơi sáng các hàng pixel tiếp theo. Quá trình này có thể diễn ra trong khoảng 1/10 - 1/30 giây (gọi là tốc độ readout hoặc tốc độ scan) với phần lớn các loại máy ảnh dùng cảm biến CMOS.

Trong bảng dưới đây các bạn có thể tham khảo tốc độ quét cảm biến của màn trập điện tử ở một số dòng máy ảnh (trừ thông số của máy film là tốc độ của màn trập cơ học dùng trong máy film). Lưu ý đây là kết quả được xác định chủ yếu qua video quay bằng các máy ảnh này, tức là các máy có ghi chú chế độ quay phim thì tốc độ scan này còn cao hơn tốc độ scan khi chụp ảnh chất lượng cao nhất. Để so sánh thì tốc độ scan của màn trập cơ học trong phần lớn các máy ảnh hiện nay là khoảng 1/250 giây tức là 4 milli giây .

Do hiện tượng rolling shutter, thông tin hình ảnh được đọc theo từng hàng, cùng với tốc độ readout chậm của cửa trập điện tử làm cho các pixel thuộc các hàng khác nhau được ghi nhận thông tin tại các thời điểm khác nhau và rolling shutter càng được phóng đại khi sử dụng màn trập điện tử hoặc EFC.

Hiện tượng méo hình ( jello effect ) do rolling shutter là hiện tượng rất phổ biến khi quay, chụp vật chuyển động tốc độ cao. Vì thế nên mặc dù màn trập điện tử có khả năng phơi sáng cực nhanh (1/32000 giây hoặc nhanh hơn), thực tế ứng dụng của tốc độ phơi sáng nhanh này không có nhiều khi đối tượng sắc nét nhưng bị biến dạng.

Ngay cả khi bạn không chụp vật chuyển động tốc độ cao mà rung động, chuyển động của máy ảnh khi dùng màn trập điện tử (như khi lia máy hoặc khi dùng ống tele không có chống rung làm khung hình bị rung, lắc) thì thậm chí toàn bộ khung hình đều bị méo như ở hình dưới.

So với cảm biến CCD sử dụng global shutter được nhắc tới ở đầu bài viết, chúng ta có thể thấy sự khác biệt về mức độ méo hình trong video sau.

Mặc dù rolling shutter là hiện tượng luôn đi cùng với cảm biến CMOS, song những nỗ lực gần đây của các hãng chế tạo máy ảnh đã có thể hạn chế hiệu ứng rolling shutter xuống mức rất thấp, như trong trường hợp của các máy ảnh thế hệ mới Sony A9, Olympus OM-D EM-1 mark II với thiết kế tích hợp chip xử lý nằm ngay sát cảm biến và tăng giới hạn bộ nhớ đệm để tăng tốc độ truy xuất dữ liệu từ cảm biến và rút ngắn thời gian màn trập điện tử cần để đọc hết thông tin trên cảm biến. Trong trường hợp của Sony A9, cảm biến Exmor RS có thời gian đọc thông tin toàn bộ cảm biến full frame là khoảng 1/160 giây (xấp xỉ 6 milli giây) nên gần như tất cả các hiệu ứng của rolling shutter đều không quan sát thấy ngay cả ở tốc độ chụp cao.

Hiện tượng sọc màu đậm ngang hình xuất hiện khi chụp trong nhà hay nguồn sáng có lẫn nguồn sáng nhân tạo là một hiện tượng rất phổ biến và là một hệ quả khác của hiện tượng rolling shutter. Phần lớn máy ảnh hiện nay có tốc độ scan của màn trập điện tử rất thấp so với tốc độ scan của màn trập cơ học và thường chậm hơn 1/30 giây. Trong khi đó, nguồn điện chúng ta thường dùng có tần số 50, 60 Hz (tùy từng quốc gia) nghĩa là dòng điện không liên tục có cường độ tăng, giảm liên tục với tần suất 1/50, 1/60 giây. Điều này dẫn tới việc chuyển từ điện năng sang quang năng của bóng đèn cũng không được liên tục và tùy loại bóng đèn có khả năng duy trì ánh sáng khác nhau sau khi được kích hoạt điện mà ánh sáng đi tới cảm biến được chia thành từng đợt có biên độ khác nhau. Ở tốc độ nhanh hơn 1/30 giây thì như chúng ta nói tới ở phần trên, màn trập trước và sau sẽ di chuyển đồng thời trên cảm biến và tạo ra một khoảng trống di chuyển từ trên xuống dưới để các photosite được phơi sáng. Với tần số ánh sáng nhanh hơn tốc độ di chuyển của khoảng trống này thì hệ quả là các hàng pixel có thể thu được lúc ánh sáng cực đại và lúc ánh sáng cực tiểu, hình thành các vạch ngang (mà bản chất là các vùng nhận sáng khác nhau).

Khi gặp trường hợp này, có 3 cách giúp các bạn khắc phục:

• Giảm tốc độ chụp xuống cho tới khi hiện tượng sọc ngang biến mất (thông thường chậm hơn 1/60 giây là các vạch đã biến mất).

• Tắt màn trập điện tử hay EFC. Do màn trập cơ học có tốc độ scan 1/250 giây nên rất khó bạn có thể gặp hiện tượng này, trừ khi bạn gặp nguồn sáng có tần số cao.

• Sử dụng tốc độ bằng bội số của tần số dòng điện (là bội số của 1/50 ở Việt Nam do nguồn điện có tần số 50 Hz). Trong trường hợp dưới là ảnh chụp ở Mỹ có tần số nguồn điện 60 Hz nên các tốc độ 1/60 giây và 1/125 giây (xấp xỉ 1/120) không thấy rõ vạch ngang.
  

Một lựa chọn khác là sử dụng các máy ảnh có tốc độ readout cực nhanh như trong trường hợp của Sony A9, hiện tượng banding này cũng không quan sát thấy ngay cả ở tốc độ chụp cao.

Khi sử dụng EFC, do màn trập sau vẫn sử dụng cửa trập cơ học nhưng cửa trập này không nằm trên cùng mặt phẳng với cảm biến (màn trập điện tử trước) nên trong quá trình di chuyển song song tốc độ cao hai màn trập này, ánh sáng đi tới cảm biến bị che khuất một phần bởi cửa trập cơ học và tạo ra biến dạng bokeh làm bóng bokeh không thành hình tròn đầy đủ (như hình dưới). Với các máy có chế độ silent shooting như Sony A6300 (hai màn trập điện tử) thì chế độ chụp silent sẽ không bị hiện tượng này. Thí nghiệm cho thấy là hiện tượng này bắt đầu xuất hiện ở tốc độ chụp khoảng 1/1000 giây với Sony A6300.

Khi quan sát kỹ khác biệt giữa ảnh chụp bằng màn trập cơ học và EFC ở tốc độ cao, các bạn có thể thấy là không chỉ bokeh bị khuyết mà toàn bộ phần hình ảnh không nét có cảm giác không còn mượt như lúc dùng màn trập cơ học, và ngạc nhiên là khung hình cũng bị kéo giãn, mặc dù ảnh chụp từ máy ảnh đã gắn lên tripod. Bokeh bị khuyết giống như việc chúng ta chặn lỗ khẩu ống kính lại, việc này cũng làm tăng độ sâu trường ảnh DOF, hay nói cách khác là nếu bạn bật Electronic first curtain ở tốc độ cao, ảnh sẽ giống như bạn hạ khẩu độ xuống và bokeh trở nên kém mượt mà.

Nếu so sánh ảnh chụp bằng màn trập cơ học với màn trập điện tử hoàn toàn (chế độ silent) thì mặc dù không có biến đổi mấy về bokeh nhưng khung hình vẫn bị dịch lên và ảnh tối hơn khá rõ trong trường hợp này.

Những hiệu ứng này giảm dần mức độ khi tốc độ chụp chậm lại. Ở tốc độ 1/1000 giây, sai khác giữa 3 khung hình chụp bằng 3 chế độ màn trập khác nhau này không còn đáng kể và ở tốc độ chậm hơn không có khác biệt gì bạn có thể nhận thấy khi thay đổi loại màn trập.

Như vậy, nếu bokeh là một phần quan trọng trong tác phẩm của bạn thì nên chú ý tắt màn trập điện tử khi chụp với tốc độ cao, hoặc sử dụng chế độ chụp silent với một chút hy sinh độ sáng của hình.

Như ở phần trên chúng ta có thể thấy là ở chế độ sử dụng màn trập điện tử hoàn toàn, ảnh có thể tối hơn thấy rõ ở tốc độ chụp cao, và đây cũng là một biểu hiện của việc giảm dynamic range.

Do hiệu ứng rolling shutter sẽ nặng hơn khi tốc độ đọc tín hiệu từ photoside chậm nên một số mẫu máy ảnh phải tăng tốc độ đọc tín hiệu với cái giá là giảm chất lượng hình ảnh. Như trong so sánh ở hình dưới giữa Panasonic GH3 và GH4 thì GH4 khi dùng màn trập điện tử bị noise ở vùng tối nặng hơn so với khi dùng màn trập cơ trong khi không có khác biệt nhiều khi dùng màn trập điện tử với GH3. Trong trường hợp này ảnh đã được tăng 3 stop để khôi phục chi tiết vùng tối.

Sở dĩ có sự khác nhau này là vì GH3 được thiết kế với tốc độ đọc tín hiệu chậm hơn (tốc độ scan cảm biến hết 1/10 giây) và giữ nguyên độ sâu màu 12 bit với màn trập điện tử, trong khi đó GH4 được thiết kế để scan nhanh hơn (1/30 giây, hạn chế rolling shutter khi quay phim) nên phải hy sinh chất lượng hình ảnh xuống 10 bit với màn trập điện tử.

Hiện tượng này Vsion quan sát được trong thời gian đánh giá Laowa 105mm f/2 STF. Ở tốc độ chụp cao (nhanh hơn 1/1000 giây) và sử dụng màn trập điện tử cửa trước (EFC) thì nửa trên hình tối hơn phần còn lại và hiện tượng này càng rõ hơn ở tốc độ chụp cao như hình minh họa ở 1/8000 giây. Tuy nhiên khi tắt EFC thì hiện tượng này biến mất. Đây không phải quan sát duy nhất về hiện tượng phơi sáng không đồng đều trên cảm biến khi sử dụng EFC mà đã từng được kiểm chứng trên Dpreview, các bạn có thể tìm hiểu thêm ở đây nếu có thể đọc tiếng Anh tốt. Ở tốc độ phơi sáng cao, mặc dù trên lý thuyết thì màn trập cơ học cửa sau (rear curtain) ở chế độ EFC cần di chuyển cùng tốc độ với màn trập điện tử cửa trước, nhưng dường như ở cuối hành trình thì khoảng cách giữa hai màn trập ngày càng nhỏ lại (màn trập cơ di chuyển nhanh hơn màn trập điện tử) làm phần dưới cảm biến (tức là phần trên ảnh) không được phơi sáng đủ như các phần trước. Khác biệt này không đáng kể khi tốc độ phơi sáng từ 1/1000 giây hoặc chậm hơn. Trong trường hợp ống kính STF chúng ta có thể quan sát hiện tượng này rõ hơn do filter APD trong ống kính chặn ánh sáng gần viền lỗ khẩu mạnh hơn ở tâm.

Nếu chuyển từ EFC sang chế độ màn trập điện tử hoàn toàn (silent shooting) thì hiện tượng này cũng không xảy ra, nhưng bạn sẽ thấy toàn ảnh tối hơn so với khi dùng màn trập cơ học, như trong trường hợp ở trên đã trình bày.

Hiện nay các loại flash trên thị trường đều chưa có hỗ trợ chụp với màn trập điện tử. Để hiểu được tại sao có chuyện không tương thích này, chúng ta cần nhắc lại cách hoạt động của flash. Bản chất của flash là một nguồn sáng mạnh nhưng phát ra trong thời gian rất ngắn để vừa đủ làm sáng chủ thể trong một lần phơi sáng. Điều này có nghĩa là flash phải hoạt động đồng nhịp với màn trập máy ảnh để chiếu sáng khi toàn bộ cảm biến được mở (đảm bảo sáng toàn bộ ảnh) khi cường độ sáng đạt mức cao nhất. Trong hình minh họa ở dưới các bạn có thể thấy thời gian phát sáng của flash (Flash wave form) và thời gian chuyển động của màn trập phải thống nhất với nhau. Điều này chỉ có thể đạt được khi thời gian phơi sáng đủ chậm để có một khoảng thời gian cả hai cửa trập không cản ánh sáng đi vào cảm biến. Đây là giới hạn của tốc độ flash sync hay tốc độ tối đa bạn có thể dùng được flash thường với máy ảnh (thông thường đạt mức 1/250 giây ). Tốc độ này cũng chính là tốc độ tối đa của cửa trập cơ học (1/250 giây) có thể scan hết chiều cao cảm biến.

Nếu vượt quá tốc độ flash sync, ánh sáng phản xạ từ flash sẽ bị che bởi cửa trập sau và tạo ra vùng tối trên ảnh (hình dưới).

Giải pháp cho trường hợp chụp tốc độ cao mà vẫn cần flash là sử dụng flash HSS ( High Speed Sync hay Flash có tốc độ đồng bộ nhanh), bản chất là loại flash tạo ra ánh sáng nhiều lần liên tục để chiếu sáng vật thể trong suốt quá trình khe hẹp tạo bởi hai cửa trập di chuyển trên cảm biến (hình minh họa ở trên).

Vậy tại sao cả hai loại flash đều không tương thích với màn trập điện tử? Do tốc độ scan quá chậm của màn trập điện tử (thông thường chỉ đạt mức 1/30 giây) nên nếu flash sử dụng với màn trập điện tử thì tốc độ flash sync sẽ chỉ nhanh nhất là 1/30 giây (không có giá trị thực tế nhiều), còn trong trường hợp flash HSS để chụp tốc độ cao, màn trập điện tử cũng cần 1/30 giây để scan hết cảm biến và flash sẽ bị cạn kiệt rất nhanh nếu phải duy trì nhiều lần phát sáng liên tục trong 1/30 giây.

Tuy nhiên trong tương lai, với cải tiến về tốc độ readout của màn trập điện tử, chúng ta hoàn toàn có thể trông chờ vào sự tương thích giữa flash và màn trập điện tử.

Trong phần cuối cùng Vsion xin được nói về một hiện tượng mà gần đây hay xuất hiện trong các nhóm chụp ảnh với máy Sony, đặc biệt là với người dùng A6000. Vì nguyên nhân của hiện tượng này từng được lý giải là liên quan tới màn trập điện tử nên Vsion sẽ đưa thông tin rõ ràng hơn ở đây để các bạn xác định chính xác vấn đề.

Hiện tượng được đề cập tới là các sọc trắng mảnh nằm ngang hình xuất hiện khi chụp ngược sáng với nguồn sáng mạnh và chỉ xuất hiện trong phạm vi vùng chi tiết tối gần nguồn sáng (như hình dưới). Hiện tượng này không chỉ xuất hiện ở A6000 mà còn xuất hiện ở một số máy ảnh khác như A77 mark II và tạm thời được gọi là sensor banding để phân biệt với hiện tượng banding khi chụp dưới nguồn sáng nhân tạo được đề cập tới ở trên.

Hiện tượng sensor banding đã được thảo luận từ khá lâu trên các diễn đàn và phần lớn người dùng không lặp lại được hiện tượng này. Chỉ trong những điều kiện góc chụp và cường độ sáng nhất định hiện tượng này mới có thể lặp lại. Một số người dùng chỉ quan sát được hiện tượng này sau khi bật EFC, một số chỉ lặp lại được khi dùng màn trập cơ học. Tuy nhiên, sau nhiều lần liên hệ với Sony thì đây là câu trả lời của hãng.

Basically what you see on those pictures is an exhibit of streaking effect commonly seen on CMOS sensors. The sensitivity to this phenomenon is more or less visible depending on the sensor construction. Each generation of sensor tries to reduce such phenomenon but it is not always possible to do so. The 24Mpix sensor used on this model (and on some other Alpha) is a bit more sensitive to this issue compared to previous models.

This phenomenon is reproducible on all ILCE-6000 using similar condition (bright backlight shot and dark subject in foreground, applying contrast boost in the shadows) but it is mostly noticeable when some post-processing are applied (like for example brightness/contrast change).

In normal shooting condition this should not be a major issue.

Những gì bạn thấy trong những tấm hình này về cơ bản là biểu hiện của hiện tượng kéo vạch thường gặp với cảm biến CMOS. Độ nhạy với hiệu ứng này có thể nhìn thấy được hoặc không phụ thuộc vào cách chế tạo cảm biến. Mỗi thế hệ cảm biến đều cố gắng để làm giảm hiện tượng này nhưng không phải lúc nào cũng thành công. Cảm biến 24Mpix dùng trong mẫu máy này (và một số máy ảnh Alpha khác) có phần nhạy hơn các máy trước đó.

Hiện tượng này có thể lặp lại với tất cả máy ILCE-6000 (A6000) dưới cùng điều kiện chụp (nguồn sáng mạnh phía sau và vật thể tối màu ở phía trước, kéo sáng vùng tối) nhưng nó chỉ thể hiện rõ nhất khi xử lý hậu kỳ (như khi thay đổi độ sáng, tương phản).
Trong điều kiện chụp thông thường thì đây không phải vấn đề lớn.

Có một cách giải thích hiện tượng này là do độ nhạy sáng cao của pixel nên khi gặp nguồn sáng mạnh, các pixel bị tràn thông tin và gây ra các sọc trắng ở vùng lân cận có thể quan sát thấy nếu có vùng tối ở gần nguồn sáng. Như vậy sensor banding không liên quan tới màn trập như một số cách giải thích khác mà do đặc điểm cấu tạo cảm biến và hiện nay không có phương pháp nào giúp bạn xử lý vấn đề này khi gặp phải. Nếu bạn gặp phải hiện tượng này với máy ảnh của bạn thì tốt nhất là tránh chụp ngược sáng với nguồn sáng mạnh, sử dụng hắt sáng hoặc flash để bù sáng chi tiết tối sát nguồn sáng và giảm mức độ hậu kỳ kéo vùng tối trong ảnh.

Dưới đây là tổng hợp các ưu, nhược điểm chính của hai loại màn trập này

Phần lớn các nhược điểm của rolling shutter được thể hiện với tốc độ chụp cao (1/500 - 1/1000 giây tùy thuộc máy bạn đang dùng), chụp vật di chuyển hoặc khi máy di chuyển tốc độ cao, nên trong các trường hợp này các bạn nên tắt EFC hoặc silent shooting. Ngoài ra khi cần dùng flash bạn cũng phải tắt màn trập điện tử. Khi cần phơi sáng dài, EFC hoặc silent shooting vẫn là lựa chọn tốt hơn màn trập cơ học để tối giản hiện tượng rung hình do màn trập hoặc khi chụp sự kiện đôi lúc bạn vẫn cần bật silent shooting để tránh tiếng ồn gây chú ý và tăng hiệu quả cho thời gian chụp hình.

Một số lưu ý:

• Mặc dù phần lớn các máy ảnh hiện nay dùng cảm biến CMOS và có hiện tượng rolling shutter, vẫn có những thiết bị dùng cảm biến CMOS nhưng sử dụng global shutter như Sony PMW-F55 , BMPCC (Blackmagic Design Production Camera) 4K , URSA 4K , URSA Mini 4K , AJA CION .
• Tốc độ màn trập điện tử trung bình hiện nay đạt mức cao nhất là 1/32000 giây , tuy nhiên riêng một số máy như máy không gương lật của Nikon (Nikon J1) có thể đạt tốc độ 1/160000 giây .

• Focal plane shutter và leaf shutter là hai loại màn trập còn tồn tại đến ngày nay, tuy nhiên trước đó cũng có nhiều loại màn trập được dùng cho các loại thiết bị ghi hình khác nhau như màn trập Guillotine , màn trập Pivot , màn trập roller blind được dùng cho các máy ảnh gỗ, máy ảnh large format... Nếu các bạn muốn tìm hiểu thêm thì các bạn có thể đọc ở đây .

• Do đặc thù của quay phim cần phơi sáng nhiều lần trong một giây nên cơ chế màn trập hai cửa trập trở nên quá phức tạp để thực hiện trong thời gian ngắn. Vì thế nên trong các máy quay film truyền thống thì màn trập được thay bằng đĩa quay ( rotary disk ) như minh họa bên dưới.
  

Nguồn thông tin tham khảo:

• https://photographylife.com/what-is-electronic-front-curtain-shutter
  
• http://m43photo.blogspot.kr/2017/04/gh5-e-shutter-is-slower.html
  
• http://m43photo.blogspot.kr/2014/06/gh4-shutters.html
  
• http://www.dvxuser.com/V6/archive/index.php/t-303559.html
  
• https://www.premiumbeat.com/blog/how-camera-shutters-work/
  
• https://photo.stackexchange.com/questions/70758/horizontal-banding-pattern-near-sun-sensor-flare
  
• https://www.dpreview.com/forums/thread/3910548